تله بخار ( استیم تراپ – Steam Trap )

تله بخار ( استیم تراپ – Steam Trap )

تله بخار ( استیم تراپ – Steam Trap)

از مهمترین اجزا سیستم های بخار هستند. تله های بخار حد فاصل بین بخار و کندانس بوده و با حفظ بخار در قسمت توزیع انرژی را حفظ نموده و در زمان مناسب کندانس و گازهای نامحلول را تخلیه می کنند.

تله هاي بخار بصورت موازي با سيستم نصب شده و وظیفه آنها تخلیه کندانس موجود در خطوط است.

باید توجه داشت که همیشه انتخاب و عملکرد نادرست یک تله بخار بسرعت مشکل ساز نمی شود بطور مثال در طول خط انتقال بخار اگر تله بخاری بسته شده باشد کندانس موجود در خط به تله بخار بعدی انتقال یافته و در آن تخلیه می شود . ولی اگر تله دوم هم خراب باشد و بسته شود بسیاری از مشکلات در شیرهای کنترل و تجهیزات بخار ، نشتی بخار در سیستم و نیز کاهش راندمان با توجه کافی به تله های بخار قابل رفع است . تله های بخار مانند هر قطعه مکانیکی دیگری دچار فرسودگی می شوند در صورت خرابی تله بخار بحالت باز مقدار قابل توجهی از بخار وارد سیستم کندانس شده و مشکلات متعاقب را به همراه دارد.

1- عملکرد اصلی تله بخار جلوگیری از هدر رفت انرژی گرمایی با نگه داشتن بخار در وسیله گرمایشی و عبور هوا و کندانس از سیستم می باشد.

2- برداشت هوا و کندانس نیازی اساسی جهت افزایش راندمان فرایند می باشد.

3- بخار نگاه داشته شده در پشت تله ، دارای انرژی و ارزش زیادی است که بدینوسیله از اتلاف آن به اتمسفر یا ورود به سیکل کندانس جلوگیری می شود.

4- با مشخص بودن نوع کاربری، فشار کاری و میزان مصرف بخار، نوع و ظرفیت تله های بخار تعیین می گردد.

تله بخار (( Steam Trap وسیله ای برای خارج کردن کندانس و گازهای غیر قابل کندانس شدن از بخار در حین مصرف و یا تلفات ناچیز بخار زنده ( Live Steam ) به کار می رود. بیشتر تله های بخار یک ولو Valve ) ) هستند که به صورت اتوماتیک باز، بسته و یا تنظیم می شوند. برخی دیگر مانند تله های ونتوری (Venturi Traps ) از جریان های دوفاز توربولانت برای مسدود کردن جریان بخار استفاده می کنند.

سه کارکرد اصلی تله های بخار عبارت اند از :

1- تخلیه ی کندانس به محض تشکیل آن

2- مصرف ناچیز بخار

3- قابلیت تخلیه هوا و دیگر گازهای غیر قابل چگالش

تله های بخار به طور کلی به سه دسته تقسیم بندی می شوند که با توجه به سیستم مورد نظر باید نوع مناسب را انتخاب کرد:

1- تله بخار مکانیکی : مبنای عملکرد آنها براساس اختلاف چگالی آب و بخار است . تله بخار فلوتری و تله بخار سطلی معکوس از این دسته اند.

2- تله‌ بخار ترمودینامیک : مبنای کار آنها براساس سرعت بالای بخار و همچنین چگالی بیشتر آب به بخار است. تله بخار دیسکی از این دسته اند.

3- تله‌بخار ترموستاتیکی: مبنای کار آنها براساس اختلاف دمای بخار و کندانس است. تله بخار ویفری و یتله بخار بیمتالیک از این دسته اند.

تله بخار شناوری ( تراپ شناوردار) یا فلوتری Ball Float Steam Trap:

به این تیپ تله بخار، تراپ کوزه ای یا تله بخار کوزه ای نیز گفته می شود.

تله بخارهای فلوتری بر اساس تشخیص اختلاف چگالی بین بخار و کندانس عمل میکنند. از این نوع تله ها بیشتر برای درین دستگاه ها با کنترل اتوماتیک دما استفاده می شود. این تله بخارها مجهز به سیستم تخلیه خودکار هوا می باشند. کندانس ورودی به تراپ باعث بلند شدن فلوتر و دور شدن شیر اصلی از قسمت سیت و خروج کندانس می شود.

مسیر خروجی همواره پر از آب بوده و بنابراین امکان خروج هوا یا بخار از این قسمت وجود ندارد. در صورت ورود بخار، فلوتر (شناور) به پایین افتاده و خروجی را خواهد بست.

در مدل های قدیمی این تراپ، شیر هواگیر دستی در قسمت فوقانی تله بخار تعبیه شده بود. تراپ های مدرن امروزی از شیر ترموستاتیک هواگیری جهت تخلیه هوا استفاده میکنند.

شیر اتوماتیک هواگیر از قطعه ی کپسولی مشابه در در تراپ های ترموستاتیک (Balanced Pressure) استفاده میکند و در قسمت بالایی سطح کندانس تعبیه می شود.

بعد از تخلیه ی هوای اولیه، شیر هواگیری که بسته شده بود تا زمانی که مجددا هوا در داخل تراپ جمع شود تا باز شده و ظرفیت تخلیه را افزایش می دهد .

در بسیاری از کاربرها تله بخار فلوتری به عنوان بهترین تله بخار محسوب شده و کندانس را مستقل از تغییرات دما و فشار ورودی تخلیه می نماید.

تخلیه ی کندانس به صورت پیوسته و در دمای بخار انجام می شود پس اولین انتخاب در کاربردهایی است که دارای نرخ انتقال انتقال حرارت بالا و حجم کندانس نسبتا زیاد می باشند.

تخلیه ی کندانس در شرایط متغیر و با حجم زیاد یا کم، به درستی انجام شده و تحت تاثیر تغییرات ناگهانی فشار یا جریان نیست .

با نصب شیر هواگیر داخلی، تخلیه هوا به صورت مطلوب انجام می گیرد. حجم تخلیه ی کندانس به نسبت اندازه تراپ زیاد است .

در مواردی که امکان گیر افتادن بخار ( Steam Locking ) وجود داشته باشد، استفاده از تراپ فلوتری که شیر آزادکننده ی بخار داشته باشد، تنها و بهترین حالت است . در برابر پدیده ی " ضربه ی چکش " مقاومت خوبی دارد.

محدودیت های تله بخار شناوردار یا فلوتری Ball Float Trap :

از آنجا که همواره مقداری آب در این تراپ در زمان خاموشی سیستم و یا سرد بودن هوا باقی می ماند، امکان انجماد و صدمه به قطعات شناور وجود دارد و در این موارد می توان از عایق مخصوص استفاده کرد.

مانند تمامی تراپ های مکانیکی، نوع و اندازه ی قطعات داخلی با توجه به محدوده ی فشار کاری متفاوت می باشد، تله بخارهایی که در اختلاف فشارهای بالاتر کار می کند، دارای اریفیس کوچکتری هستند تا نیروی شناوری فلوتر را متعادل نمایند .

تله بخار ( تراپ ) ترمودینامیک Thermodynamic Steam Trap :

این نوع تله بخار بسیار مستحکم بوده و عملکرد ساده ای نیز دارد. اثر دینامیکی بخار فلاش، در حال عبور از تراپ، پارامتر اصلی کارکرد این نوع از تله بخار است. تنها قطعه ی متحرک، دیسک موجود در بالای سطح صاف و در قسمت فوقانی تله بخار است.

در شروع راه اندازی فشار ورودی دیسک را به سمت بالا فشار داده و کندانس سرد به همراه هوا از حلقه ی داخلی وارد تله بخار شده و سپس از طریق سوراخ خروجی تخلیه می شوند. برخی از این شیرها فاقد سوراخ تخلیه می باشند .

با رسیدن کندانس داغ و در اثر کاهش فشار در خروجی تراپ، بخار فلاش تشکیل شده و بخار با سرعت زیاد عبور می کند. این افزایش سرعت موجب ایجاد یک خلا یا فشار کم هوا در زیر دیسک و پایین کشیده شدن آن به طرف سیت یا نشیمنگاه می شود.

در همان لحظه، بخار فلاش در قسمت بالایی دیسک نیز جمع شده و دیسک را به سمت سیت فشار می دهد. در این حال فشارهای قسمت های فوقانی دیسک، نیروی اعمالی از بالا بیشتر بوده و تا زمان کاهش فشار بخار فوقانی در اثر کندانس شدن آن، تراپ بسته می ماند. پس از اینکه فشار فوقانی بر اثر سرد شدن کم شد، دیسک مجدد به سمت بالا حرکت کرده و کندانس تخلیه می شود.

میزان باز و بسته شدن تله بخار به دمای بخار و شرایط محیط بستگی دارد. اکثر تراپ های ترمودینامیک بین 20 تا 40 ثانیه بسته مانده و سپس باز می شوند. در صورت کارکرد زیادتر که ممکن است به علت سرد بودن، مرطوب بودن و یا شدت باد در هوای محیط باشد، امکان استفاده از کلاهک عایق کاری مخصوص در قسمت فوقانی به منظور کاهش نرخ باز و بسته شدن وجود دارد.

مزایای تله بخار ترمودینامیک Steam Trap Thermodynamic:

این سبک تله بخارها می توانند در تمام محدوده ی فشار کاریشان بدون تغییر قطعات داخلی کار کنند. کوچک، سبک، ارزان و ساده هستند و نسبت به اندازه شان ظرفیت تخلیه بالایی دارند.

این تله ها می توانند در فشارهای بالا و بخار سوپرهیت استفاده شوند و در برابر پدیده " ضربه ی چکش " و ارتعاشات بسیار مقاومند. اگر از جنس استیل باشند مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی خواهند داست .

این تراپ ها در برابر انجماد صدمه نمی بینند و در صورتی که طوری نصب شوند که دیسک نسبت به زمین عمود باشد و دیسک بتواند به صورت آزاد به اتمسفر تخلیه شود، امکان ندارد یخ بزند ولی خوردگی در دیسک ایجاد می شود.

از آنجا که در این نوع تراپ، دیسک تنها قطعه ی متحرک است، تعمیر ونگهداری آن کاری ساده و بدون نیاز به باز کردن تراپ از روی خط لوله می باشد.

صدای " کلیک " در هنگام کار تراپ ترمودینامیک که نشان دهنده ی باز و بسته شدن آن می باشد، تست آن را آسان می کند.

معایب تله بخار ترمودینامیک Steam Trap Thermodynamic :

این تله بخار در شرایط وجود اختلاف فشار کم فشار و دما به درستی کار نمی کنند زیرا سرعت عبور جریان جهت ایجاد ناحیه ی کم فشار کافی نیست. حداقل فشار ورودی معمولا باید 0.3Bar باشد و می توانند در شرایط وجود فشار معکوس خروجی برابر 80% فشار ورودی عمل نمایند.

در زمان راه اندازی و و در صورت افزایش فشار آهسته، امکان تخلیه ی هوای زیادی از این تراپ ها وجود خواهد داشت. ولی در صورت افزایش سریع فشار، سرعت زیاد هوا موجب بسته شدن دیسک و و محبوس شدن هوا می شود. در این موارد شیر هواگیر ترموستاتیک مجزا به صورت موازی با تراپ مشکل را برطرف می کند. تله بخارهای ترمودینامیک مدرن دارای دیسک مخصوصی هستند، این دیسک امکان ایجاد فشار هوا در قسمت فوقانی دیسک را نداده و به هوا اجازه ی تخلیه می دهد.

تخلیه ی تراپ ترمودینامیک با صدا همراه است و در برخی کاربردها که نیاز به سکوت در محیط دارند ( بیمارستانها ) می تواند مشکل ساز باشد. در این صورت با نصب دیفیوزر مخصوص صداگیر می توان صدا را تا اندازه ی زیادی کاهش داد.

در صورت بیش از حد بزرگ بودن این تله بخار، سرعت باز و بسته شدن تراپ بیشتر شده و فرسایش دیسک افزایش می یابد. تخلیه ی خطوط اصلی بخار با استفاده از مدل های ظرفیت پایین و با انشعاب گیری صحیح از خط بخار صورت می گیرد.

تله بخار ترموستاتیکی Steam Trap : Thermostatic

این نوع تله بخارها خود شامل چند نوع تله بخار ترموستاتیکی می باشد که اساس کار آنها اختلاف دما بین بخار و کندانس (چگالیده) می باشد که ما در اینجا چند نوع معروف و پر مصرف این نوع تله بخارها را معرفی و عملکرد آنها را توضیح می دهیم.

سه نوع معروف این تله ها عبارتند از :

الف- انبساط مایع Liquid expansion

ب – فشار متوازن Balanced pressure

ج – دو فلزی Bimetallic

تله بخار ترموستاتیک از نوع Liquid Expansion :

بمنظورتخلیه کندانس سرد در ھنگام Shut down و قطع سیستم کاملًا مناسب می باشند و بایستی دقت شود که در دماھای بیش از ۱۰۰ درجه سانتیگراد بکار نروند. دارای قابلیت تخلیه ھوای بسیار عالی در ھنگام راه اندازی می باشند. به علت ساختار داخلی، این تله ھا، در اثر ازدیاد فشار که درنتیجه منجر به افزایش دما خواھد شد، بسته شد و ممکن است کندانس را به خوبی عبور ندھند وھرگز نباید در کاربردھایی که احتیاج به برداشت سریع آب از منطقه بخار دارند بکار روند. اساس کارتله ھای فوق با استفاده از کپسول حاوی مایع قابل انقباض و انبساط و دمای جوش کمتر از آب می باشد.

تله بخار ترموستاتیک از نوع Balanced Pressure Thermostatic Trap :

مدلھای این نوع تله ھا دارای کپسول کوچک محتوی مایع با دمای جوش پایین تر از آب می باشند ھنگامی که کندانس سرد و یا ھوا وارد تراپ شود، کپسول فوق کوچک و جمع می گردد و شیر خروجی تراپ را بازمی نماید که منجر به خروج کندانس خواھد شد. در صورت ورود بخار، به علت دمای بالای بخار، کپسول فوق منبسط شده و مانع خروج بخار خواھد شد. در اثر انتقال حرارت تراپ با محیط، کپسول مذکورمجددا سرد شده و شیر خروجی را باز می نماید . تراپ مذکور طوری طراحی شده است که به فشارسیال نیز واکنش نشان می دھد به طوری که در اثر ازدیاد فشار، زمان و دمای عملکرد تراپ نیز تغییر خواھد کرد و بدین صورت تراپ خود را با تغییرات فشار در سیستم ھماھنگ می نماید. این تراپھا کوچک،سبک و دارای قابلیت عبور کندانس به میزان زیاد نسبت به اندازه شان میباشند. قابلیت تخلیه ھوای خوب در ھنگام راه اندازی سیستم را دارا بوده و حتی در مناطق سرد و در مواقع خاموشی سیستم تقریبا غیر ممکن است که یخ بزنند. این تله ھا قابلیت تحمل بخار سوپر ھیت تا ۷۰ درجه سانتیگراد را دارند. دارای نگھداری بسیار ساده بوده و میتوان شیر و کپسول را به راحتی و بدون جداکردن تراپ نظیر (Boiling pan) از خط تعویض نمود. از موارد استفاده این تله ھا می توان به ظروف گرم کننده صنایع غذایی، ژاکتھای بخار, اتوکلاوھا و استرلیزه کنندھا در تجھیزات بیمارستانی، خشک کنھا رادیاتورھای بخار، خطوط اصلی توزیع بخار، سپریتورھا و… اشاره نمود .

نمونه موارد کاربرد:

- تجهیزات فرایندی کوچک

- خطوط انتقال بخار

- تریسرهای بخار

- تجهیزات استرلیزه

مزایا:

تخلیه هوای مرطوب

قابل استفاده در محدوده فشار وسیع

خنک سازی کندانس

کاهش بخار فلاش

مقاومت در برابر سوپرهیت و ضربه چکش

کوچک و سبک

معایب:

امکان جمع شدن کندانس در خط بخار

نیاز به نصب لوله خنک کن

تله بخار ترموستاتیک از نوع Bimetallic Thermostatic Steam Traps :

این نوع تله ها با استفاده از اختلاف دمای بین بخار و کندانس عمل می نمایند. این نوع تله بخارها قادرند کندانس تولید شده را درحالت مادون سرد تخلیه می نمایند. این تله ها در بین تله های ترموستاتیک، از استحکام بالایی برخوردار هستند و در برابر ضربه چکش و کندانس های خورنده مقاوم می باشند.

مدلھای این نوع تله ھا نیز با استفاده از تفاوت دما بین کندانس و بخار کار مینمایند. اساس کار با استفاده از دو فلز با ضریب انتقال حرارت متفاوت می باشد که از دو سر به ھم جوش داده شده اند. این تله ھا دارای خط واکنش دما ثابت ھستند که به منظور تطبیق آنھا با منحنی اشباع، از دو یا چند المان در یک تله استفاده میگردد. این کار باعث تقویت تله شده و باعث خواھد شد تا نیروی حاصل برای باز و یا بسته شدن تراپ زیادتر گردد. ھنگام ورود کندانس سرد به تله، المانھای فوق در حالت عادی و صاف قرار دارند و شیر خروجی تراپ بازمیباشد، به محض رسیدن کندانس داغ یا بخار، المانھای فوق به حالت منحنی درآمده که منجربه بسته شدن شیرخروجی تراپ می شود. قابلیت تخلیه ھوای خوب حین راه اندازی سیستم، مقاومت در برابر ضربه چکش و کندانس خورنده بخار با فشار بالا و … از مزایای این تله ھا می باشند ضمن این که می توانند در محدوده گسترده ای کار نمایند. این تله ھا بعنوان شیر یکطرفه نیز عمل کرده و orifice از فشار بدون نیاز به تغییر در قطر در صورت برگشت کندانس بسته خواھند شد و نگھداری و تعمیرات بسیار آسان را نیز دار می باشند. به علت این که این تله ھا زیر دمای بخار اشباع کار میکنند باید حتما در انتھای یک پایه خنک کننده نصب شوند.

این تله ھا در مواردی که احتیاج به برداشت سریع کندانس از سیستم مناسب نبوده و در برابر تغییرات بار و یا فشار سریع عمل نمیکنند. نسبت به ناخالصھا و مواد خارجی داخل بخاربسیار حساس بوده و قبل از آنھا حتی بایستی از صافی استفاده نمود. موارد استفاده این نوع تله می باشد.

مزایا:

استحکام

خنک سازی کندانس

تخلیه هوای مطلوب

تنظیم دمای تخلیه

عملکرد شیر اصلی به عنوان شیر یکطرفه

محدودیت ها:

جمع شدن کندانس

نصب لوله خنک سازی طولانی

پاسخ آهسته به تغییرات بار

تله بخار مکانیکی Steam Trap Mechanical:

این نوع تله بخارها بر اساس خواص ترمودینامیکی سیال کار می کنند و انواع مختلفی دارد از جمله دیسکی، ضربانی (imply)، پیستونی، مارپیچی .

مهمترین تله بخارهای این گروه که مورد استفاده زیادی در صنعت دارد تله بخار دیسکی می باشد.

تله های بخار سطلی Inverted Bucket Steam Traps :

این تله ها جزو تله های مکانیکی با استحکام بالا هستند و در برابر ضربه چکش بسیار مقاوم می باشند. درصورت سفارش در داخل آنها از یک شیر یکطرفه برای کارایی بهتر استفاده می گردد و همچنین می توان برای بخار سوپرهیت از این نمونه استفاده کرد. دامنه انتخاب اوریفیس های این نوع تله بخار بسیار متنوع می باشد و لذا با توجه به اختلاف فشار ظرفیت های مختلف تامین می گردد. سایز تا “۲ و برای فشار تا ۶۲ بار، با جنس بدنه چدن، آلیاژهای فولاد و استنلس استیل تولید می گردد.

مزایا :

• برداشت کامل و سریع کندانس به محض تشکیل

• استحکام

• قابلیت استفاده در بخار سوپر هیت

محدودیت ها:

• تخلیه ی هوای ارام

• اجماد

مانیتورهای تله های بخار : Spiratec Steam Traps Monitors

هر تله بخاری که معیوب شود می تواند باعث مشکل در سیستم بخار گردد. مانیتور های تله های بخار می توانند تمامی تله ها را تحت نظر بگیرند و عملکردشان را نمایش دهند و هنگامی که در عملکردشان مشکلی به وجود آید مانند نشتی بخار زنده و یا انسداد تله بخار، اپراتور را مطلع سازند. سنسورهای این دستگاه را می توان در خطوط بخار نصب و سیگنال مربوطه جهت تست تله بخار را از آن دریافت نمود.

ایستگاه فشرده تله بخار : Quick Fit Steam Traps

در این مجموعه تجهیزات ایستگاه تله بخار با تکنولوژی روز دنیا در یک مجموعه تولید می شوند که می تواند زمان اجرای پروژه و هزینه های تعمیرات و نگهداری را به شدت کاهش دهد. در واقع یک ایستگاه تله بخار از اجزاء متعددی تشکیل یافته که در این ایستگاه فشرده به یک قطعه مختصر گردیده اند. رنج متعددی از تله های بخار مناسب این سیستم تولید می گردند.

علت نصب تله بخار :

وظیفه تله بخار تخلیه کندانس و گازهای غیر قابل انحلال بدون اجازه فرار بخار زنده است .هیچ سیکل بخاری بدون تله بخار کامل نیست . تله بخار در واقع با خروج کندانس از سیستم توزیع بخار اجازه تحویل بخار خشک و با شرایط مطلوب را به مصرف کننده فراهم می نماید . مقدار کندانس خروجی تله های بخار بسیار متغیر بوده و ممکن است در دمای بخار باشد و یا پس از افت دما و استفاده از بخشی از انرژی محسوس آن تخلیه شود که به نوع ، مدل و... بستگی دارد . تجربه نشان داده است که در صورت تطبیق تله بخار با شرایط کاری بهترین راندمان به دست می آید . برخی از تله ها در دماهای بالا کار کرده و یا در معرض ضربه چکش قرار دارند و باید در برابر خوردگی و آلودگی مقاوم باشند . بنابراین بدیهی است که یک نوع تله بخار انتخابی مناسب جهت تمام کاربردهای موجود نمی باشد . محل نصب تله های بخار بعد از هر مرحله تبادل حرارت ، مانند بعد از مبدل ، کنوکتور و نیز در پایین اغلب رایزرها و انتهای لوله اصلی بخار می باشد.

ملاحظات انتخاب تله بخار :

هواگیری : در زمان راه اندازی یعنی شروع فرآیند ، فضای سیستم بخار پر از هوا بوده که موجب کاهش انتقال حرارت و افزایش زمان راه اندازی می شود و باید بتوان حتی المقدورقبل از مخلوط شدن هوا با بخار ورودی آن را تخلیه کرده و به محل امن هدایت نمود .

برداشت کندانس : بعد از تخلیه هوا تله بخار باید کندانس را بدون اجازه عبور بخار خارج نماید زیرا نشتی بخار غیر اقتصادی و مضر است.

قابلیت اطمینان : تجربه نشان می دهد که آب گیری مناسب از سیستم بخار بمنزله قابلیت و یا در واقع عملکرد بهینه سیستم با حداقل مراقبت می باشد .

موارد ذیل بهمراه عدم آبگیری نامناسب از سیستم بخار ، اطمینان سیستم را کم می کند :

خوردگی : بعلت شرایط نامناسب کندانس که با استفاده از مواد مناسب و نیز ایجاد شرایط مطلوب در آب تغذیه قابل تقلیل است.

ضربه چکش : که غالبا بعلت افزایش فشار و یا ارتفاع خط کندانس خروجی از تله بخار روی می دهد.

آلودگی : در اثر نفوذ مواد شیمیایی و کف از داخل دیگ به سیستم بخار و کندانس

بخار فلاش : پدیده ای که در زمان انتقال کندانس از فشار بالا به فشار پایین تر روی می دهد به بخار فلاش معروف است که ممکن است در نتیجه گیری از وضعیت کاری تله بخار سوء تفاهم ایجاد می کند.