تهویه مطبوع+
+
+
+
گرمایشی و موتورخانه+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
استخر،سونا،جکوزی+
شوک حرارتی بویلر» را می توان اینطور تعریف کرد : اتفاقی که ناشی از تغییرات حرارتی در درون بویلر بوده و باعث انبساط و انقباض ناگهانی و سریع آن می گردد . ریشه اصلی وقوع شوک حرارتی در بویلر ، وجود تنش حرارتی القاء شده در طی مدت زمان طولانی می باشد که این اتفاق خصوصا در سیستمهای گرمایش با آبگرم رخ می دهد. عوامل مختلفی می توانند در ایجاد تنش حرارتی و ترک خوردگی های احتمالی نقش بازی کنند. اغلب آنها شامل ورود بیش از اندازه آب با دمای کم یا سرد و با شدت جریان زیاد، درون بویلر داغ می باشد. کلمه «شوک» اشاره به نوع موثری از خرابی دارد که در اکثر مشاهدات با آنچه که در واقع اتفاق می افتد، فاصله زیادی دارد. بیشتر این خرابیها در مدت زمان طولانی اتفاق می افتد ولی گاهی نیز در عرض چند هفته ممکن است رخ دهد، اما معمولا بایستی زمان زیادی از آن بگذرد تا خرابی آن بروز پیدا کند.
خرابیها، عموما از نوع خستگی فلز و یا آهن بوده و باعث القاء تنش حرارتی در کل اسکلت فلزی بویلر می شوند. منشا این تنش حرارتی القایی، مقاومت موجود در بدنه بویلر بوده که در برابر حرکت ناشی از انقباض و انبساط بوجود می آید. این تنشها در هر سیکل تشکیل شعله توسط مشعل رخ میدهند. یک سیکل به یکبار روشن و خاموش شدن مشعل اطلاق می گردد. این خرابیها به شکل نشتی هایی که ناشی از ترک پره هاست، خود را ظاهر می کند. اشکالاتی مثل این شاید در ذات خود، فاجعه آمیز نبوده باشد اما از نظر تحمیل هزینه های تعمیرات و مدت از کار افتادگی دستگاه، موضوعی بسیار جدی می باشد. سازندگان این دستگاهها و طراحان آن، روشهای بسیاری را در طول سالیان گذشته برای مبارزه با این مشکل یافته اند. تعدادی از این راهها موفقیت آمیز بوده ، اما تعدادی از آنها ارتباطی با منشا این نوع خرابیها ندارند. برای این موارد، سازندگان دیگهای چدنی آموخته اند که بایستی به شکل دیگها توجه کنند. گوشه های شعاعی تیز و تغییر ناگهانی در ضخامت چدن می تواند تنشها را در طی زمان استفاده، تقویت کند.
همچنین سازندگان، می توانند اثرات تنشهای حرارتی را بوسیله ایجاد تغییرات در فرآیند پاشش خود، کاهش دهند. اختلاط فلزات، اضافه نمودن عناصر کمیاب، دمای پاشش، و تعداد دفعات خنک سازی همگی در بهبود استقامت پره ها در زمان تولید نقش مهمی بازی می کنند. نکته مهمی که باید به آن اشاره شود این است که هنوز دیگهای چدنی وجود دارند که 100 سال است که در حال استفاده و بهره برداری هستند.این حقیقت انکارناپذیر نشان می دهد که افزایش عمر بویلر ، ارتباط مستقیمی با بروز رسانی فرآیند تولید در کارخانه دارد.
در طراحی سیستم بویلر نیز، اختلاف دمای آب رفت و برگشت نباید از 40 درجه فارنهایت تجاوز کند. (22.2 درجه سانتیگراد) این مقدار اختلاف دما، معمولا برای دیگهای فولادی 20 درجه فارنهایت (11.1 درجه سانتیگراد) می باشد. خیلی اوقات، وقتیکه در طراحی سیستم بشدت بر روی صرفه جویی انرژی تمرکز می شود، حفاظت از بویلر نادیده گرفته می شود. معمولا در طراحیها ؛ برای صرفه جویی انرژی و کاهش استفاده گرمایی ساختمان، دمای تنظیم بویلرها در شبها کاهش داده شده (ساختمانهای غیر مسکونی) و یا دستگاهها در آخر هفته ها خاموش می شوند و یا با پایین آوردن تنظیم ترموستات اتاقی این اتفاق می افتد.
با کاهش دماهای تنظیم شده و یا خاموش کردن بویلرها، دمای آب با دمای بیرون برابر می شود. در زمانیکه پایانه های حرارتی (رادیاتور یا فنکویل ها) در زونها بکار می افتند و پمپها روشن می شوند، آب سرد (همدما با دمای بیرون)، وارد بویلر می شود. تحقیقات معتبر نشان می دهد که خرابی معمولا نتیجه وجود ناسازگاری مداوم بین دو موضوع ذیل است: 1- تامین انرژی مورد تقاضای ساختمان توسط بویلر که در طراحی سیستم و کنترل آن اعمال می شود و 2- اعمال محدودیتهایی جهت تامین شرایط بهره برداری صحیح توسط شرکت سازنده دستگاه، جهت محافظت از یکپارچگی بدنه بویلر در برابر آسیب ها برای تولید گرمایش مطلوب .
یک روش رایج در جاییکه کنترل هوشمند ساختمان دارد، بیشتر شدن اختلاف دمای کارکرد بویلر پس از راه اندازی مجدد، بعد از خاموش بودن آن در شبها و یا آخر هفته ها می باشد. خاموش کردن بویلرها در شب و یا آخر هفته ها برای کاهش مصرف انرژی با کاهش دمای داخل و یا قطع ترموستاتها صورت می پذیرد. این مساله در زمانیکه مجددا شیرها باز شده، پمپها روشن شده وآب سرد به داخل بویلر داغ وارد می شود ، باعث ایجاد مشکلاتی می گردد. زمانیکه دمای بیرون کاهش می یابد، کنترل هوشمند ساختمان به تمام شیرهای مربوط به زونهای مختلف فرمان میدهد تا در یک زمان، برق دار شده و باز شوند. در این حال آب سرد داخل منبع انبساط باز، سریعا" به سیستم برگردانده شده و با دبی زیاد، وارد بویلر می گردد، در نتیجه آب با اختلاف دمایی بیشتری نسبت به دمایی که بویلر تاب و تحمل آنرا دارد، در سیستم گردش میکند که این باعث ایجاد شوک حرارتی می گردد.
همچنین سیستمهای گرمایشی که در آنها فقط دمای بویلر کنترل شده و دبی آب در آن کنترل نمی شود، با تغییرات ناگهانی در عملکرد پمپ ، مستعد بروز شوک حرارتی می باشند. کنترل این بار تحمیلی ناشی از تغییرات دبی در بویلر، می تواند از بروز شوک حرارتی جلوگیری کند. بار تحمیلی خود نیز تابعی است از اختلاف دما و اختلاف دبی. یکی از موثرترین راههای شناخته شده جهت جلوگیری از شوک حرارتی اجرای یک حلقه بسته مجزا از سیستم و پمپ اصلی می باشد که خود دارای پمپ اختصاصی خواهد بود. چنانچه نرخ جریان ورودی به بویلر (دبی) ثابت باشد، بار بویلر به میزان اندازه گیری اختلاف دمای آب ورودی و خروجی بستگی خواهد داشت و اگر دما در بویلر نیز در شرایط ثابت حفظ شود، این دمای آب برگشت خواهد بود که بار تحمیلی به بویلر را تعیین خواهد کرد. « جلوگیری از شوک حرارتی در بویلر یعنی کنترل دبی آب سرد ورودی به بویلر بطوریکه دمای آب در بویلر بطور آهسته تغییر کند.»
بیشتر سازندگان دیگهای چدنی ترجیح می دهند که اختلاف دمای آب ورودی و خروجی بویلر 40 درجه فارنهایت باشد. (22.2 درجه سانتیگراد) دمای بویلر معمولا روی 180 درجه فارنهایت (82.2 درجه سانتیگراد) تنظیم می شود. چنانچه دما بیرون فرضا 60 درجه فارنهایت (15.5 درجه سانتیگراد) باشد، دمای آب برگشت در حدود 90 درجه فارنهایت (32.2 درجه سانتیگراد) خواهد بود که این دما باعث ایجاد یک اختلاف دمای 90 درجه فارنهایتی (32.2 درجه سانتیگراد) در بویلر خواهد شد. (rT = 180-90=90)
بوسیله نصب یک شیر سه راهه (شکل1) در مسیر آب رفت بویلر به سیستم، کنترلری که بر روی شیر سه راهه نصب شده است می تواند میزان آب داغ درون سیستم را بر مبنای طرح زمان بندی آن ، توسط دمای بیرون کنترل کند. (سیستم کنترل هوشمند) بسیار مهم است که کنترلر بتواند دمای آب برگشت (آب ورودی به بویلر) را نیز اندازه گیری کند. اگر دمای آب ورودی بشدت کاهش یابد شیر سه راهه، مسیر رفت به سیستم را خواهد بست و آب داغ خروجی از بویلر به مسیر برگشت پمپ خواهد شد تا دمای آب برگشت را بالا ببرد. مسیر نصب شیر سه راهه و کنترلر جایی دورتر از سیستم نصب می شود که با بستن مسیر آب رفت، آب را بای پس کرده و بدین ترتیب از بویلر در برابر ورود آب سرد، محافظت می کند.
در سیستمهایی که دارای کنترل دمایی دوگانه (سرمایش و گرمایش) می باشند بوضوح می توان مشکلات بویلرها را تجربه کرد. آنهم در زمانیکه سیستم تلاش می کند از حالت سرمایش به گرمایش تغییر کند. کل سیستم لوله کشی و پایانه های حرارتی (فن کویلها) با آب 50-60 درجه فارنهایت (10-15.5 درجه سانتیگراد) پر شده است و این درحالیست که آب داخل بویلر 180 درجه فارنهایت (82.2 درجه سانتیگراد) دما دارد.
سیستمهای دارای پمپ گرمایی عموما به یک بخش گرمای تکمیلی برای تامین دمای مناسب آب رفت نیاز دارد. معمولا این وظیفه بر عهده بویلرهاست تا گرمای اضافه سیستم را تامین کنند. در این نوع سیستمها معمولا دمای آب ورودی به بویلرها بین 70 تا 85 درجه فارنهایت (21-29.5 درجه سانتیگراد) خواهد بود، درحالیکه بویلرهای چدنی غیرچگالشی نمی توانند در دمایی پایین تر از 140 درجه فارنهایت (60 درجه سانتیگراد) کار کنند و این ایجاد مشکل خواهد کرد.
یک روش مرسوم برای بهم متصل کردن این سیستمها (پمپ های گرمایی) به بویلر، استفاده از روش لوله کشی مدار اولیه / ثانویه می باشد. (شکل 2) با نزدیکتر کردن مسیرهای رفت و برگشت به یکدیگر، افت فشار در مسیر، در شرایط حداقل حفظ خواهد شد. این باعث خواهد شد تا پمپها در کنار هم براحتی کار کنند بدون اینکه کوچکترین تاثیری بر روی یکدیگر گذاشته و مانع جریان یافتن جریانهای کنترل نشده از یک مسیر به مسیر دیگر می شود.
سیستم کنترل هوشمند ساختمان، معمولا در ساختمانهای جدید و یا ساختمانهای در حال نوسازی بکار برده می شوند. این سیستم ها عملکرد تجهیزات گرمایشی، سرمایشی و تهویه مطبوع را زیر نظر گرفته و کنترل می کند. این سیستمها شامل لوله کشی و کابل کشی ساده بوده و باعث کاهش مصرف انرژی و انعطاف پذیری در ساختمانهایی که دارای کاربریهای مختلف و گاها متضاد بوده، شده و همچنین باعث افزایش آسایش افراد خواهد شد. البته این ممکن نخواهد بود مگر آنکه پرسنل بهره بردار از نحوه کار و کنترل سیستم کنترل هوشمند آگاه گردند. کلیه موارد لازم برای بهره برداری صحیح، بایستی قبل از قرارگیری بویلر در مدار (راه اندازی) پیش بینی شود.
امکانات و محدودیتهای بهره برداری تجهیزات ، برای جلوگیری از خطراتی که متوجه دستگاهها می باشند، قطع نظر از جنس و ساختمان آن بایستی مورد ارزیابی و تجزیه و تحلیل قرار گیرند. چدن ماده ای بسیار مناسب برای استفاده در گرمایش می باشد. این ماده دارای طول عمر زیاد، مشخصات انتقال حرارتی نسبتا خوب و با قیمت مناسب می باشد. در عین حال ترد و شکننده بوده و تحمل کافی در برابر تغییرات دمایی زیاد را ندارد. اما دیگ های فولادی از موادی با مشخصات متفاوت تری نسبت به چدن ساخته می شوند.
غالب پرسنل کاربر سیستم هوشمند ساختمان، با کنترل و نحوه عملکرد چیلرها که در شرایط متناوب کاری خود ، لود و یا آنلود می کنند، آشنایی دارند. با این وجود وقتیکه نوبت به سیستم گرمایشی می رسد، با آن مثل تجهیزاتی که فقط نیاز به روشن و یا خاموش شدن دارد، رفتار می کنند. اما نکته ضروری این است که بایستی از عملکرد سالم و ایمن بویلرها، اطمینان حاصل شود.
در اینجا به ذکر مواردی پرداخته می شود که با مشاهده آن در پروژه ها، بایستی به شوک حرارتی مشکوک شد:
اتخاذ تدابیر احتیاطی در برابر تنش حرارتی القایی (شوک حرارتی)
همیشه این امکان وجود ندارد که بدنه داخلی بویلر براساس استانداردها طراحی و ساخته شود. درست در همین زمان است که برنامه دهی نادرست به سیستم کنترل هوشمند ساختمان، باعث القاء تنش حرارتی به سیستم و در نتیجه کمتر شدن حد خستگی مواد سازنده بویلر می شود. این مساله حقیقت دارد که شرکتهای سازنده بویلرها، با بیشتر عملکرد کنترلی سیستم کنترل هوشمند ساختمان آشنایی ندارند. پس لازم است که سازندگان بویلر پس از آشنایی با این نوع سیستمها، دستورالعملهایی را برای استفاده طراحان سیستمهای کنترلی با توجه محصولات خود ، تهیه کنند تا این تاثیرات به حداقل خود برسد.
این دستورالعملها می تواند شامل موارد زیر شود :
در طراحی یک سیستم گرمایشی، دو نکته کلیدی را همیشه بایستی به خاطر داشت: اولا طولانی تر کردن مدت زمان اشتعال مشعل با درجه کم نسبت به تعداد دفعات روشن و خاموش نمودن آن ولی با درجه اشتعال زیاد ، ارجحیت دارد. ثانیا تلاش شود تا آنجا که امکان دارد بویلر را با استفاده از روشهای محافظت آن در برابر تغییرات دمایی، حفظ نمود.
برای رسیدن به اهداف فوق دو گام ذیل بایستی برداشته شود :
برای کاهش میزان تنش ، در ابتدا می بایست نحوه کار کنترلرهای مشعل را در کنار یکدیگر بدرستی تعریف و تنظیم نمود. این بدین معنی است که کنترل مدولار نباید بلافاصله باعث ایجاد اشتعال با درجه زیاد در مشعل شود، آنهم در زمانیکه مشعل تازه روشن شده باشد و شعله اصلی تازه شکل گرفته باشد. وقتیکه سیستم کنترل هوشمند ساختمان در جاییکه بویلرها بصورت متوالی وارد مدار می شوند، بکار گرفته می شود و بطور مستقیم در ارتباط با دما هوای خارج، با فرمان دادن مستقیم به شیر سه راهه، دمای آب را کنترل می کند، شیر سه راهه می تواند تبدیل به منبع ایجاد تنش در سیستم شود که در آنصورت بایستی حذف شود.
با وجود امکان سیستم کنترل هوشمند برای تنظیم دمای آب داغ، طراح سیستم کنترلی سیستم، لازم است تا به خاطر داشته باشد که او فقط نباید سیستم فرمان گیری بویلر را طراحی کند، بلکه می بایست برای کنترل درجه اشتعال مشعل نیز، در ارتباط با تنظیمات بویلر، تدابیری بیندیشد. این مطلب از مشتعل شدن سریع مشعل با درجه زیاد جلوگیری می نماید که نتیجه منطقی آن حذف تنش حرارتی غیر ضروری از سیستم می شود.
دومین روش کاهش تنش حرارتی این است که انتخاب بویلر و تنظیم مشعل بر اساس درجه کم و زیاد، در موتورخانه با دقت صورت بگیرد. در فصول معتدل بهار و پاییز با توجه به اینکه نیاز حرارتی کمتری برای گرمایش ساختمان وجود دارد، تمایل به افزایش تعداد سیکل مشعل (خاموش و روشن شدن) بیشتر می شود. انتخاب تعداد و سایز بویلرها برای استفاده در کلیه فصول سال، به این معناست که همه بویلرها با یک سایز انتخاب نشوند، بلکه برای فصلهای معتدل تر بهار و پاییز، بهتر است از بویلر کوچکتر و برای زمستان که نیاز به تامین بار حرارتی بیشتری است، از بویلر بزرگتری استفاده شود . استفاده ی متناوب از بویلرهای بزرگ و کوچک بصورت مدولار که در آن بویلر کوچکتر برای استفاده در فصلهای معتدلتر سال به کار می رود، باعث کاهش مصرف انرژی در سیستم آن هم بخاطر کاهش اتلاف حرارتی در پوسته بویلر می شود و این به مزیتهای این سیستم می افزاید. همیشه این امکان وجود دارد که محدودیتهای مالی مانع از انتخاب و اجرای ایده آل بویلرها و تعداد آنها خواهد شد. با این وجود انتخاب سیستم بهتر، باعث نتایج مطلوبتری خواهد شد.
نتیجه گیری
شوک حرارتی در دیگهای چدنی ، نوعی از خرابی است که ناشی از «خستگی» چدن توسط تنشهای حرارتی القایی در سیکلهای حرارتی (مشعل) می باشد و مسئول ایجاد آن شرکت سازنده نمی باشد بلکه این به رفتار و چگونگی بهره برداری، طراحی و کنترل سیستم گرمایشی مربوط می شود. در برخی از پروژه ها، شاید فقدان دانش کافی باعث ایجاد آن می شود و در برخی دیگر محدودیتهای مالی. بخاطر داشته باشید که بویلرها شبیه لامپ نیستند که برای صرفه جویی انرژی، با روشن و خاموش کردن آنها بتوان به صرفه جویی انرژی دست یافت. بلکه بویلرها، شبیه موتورهایی هستند که وقتی گرم شده و به حرکت می افتند، در سرعتهای متوسط ، هم اقتصادی بوده و هم دارای طول عمر بیشتری می باشند.
پی نوشت
مراجع : http://www.thermal-techinc.com
