تله بخار (Steam Trap)

به تجهیزی که توسط مکانیزمی مشخص کندانس را از سیستم خارج می­کند و اجازه­ خروج بخارزنده را نمی­ دهد، تله بخار می­گویند. تمام تله بخارها دارای یک اوریفیس هستند که مابین سیستم بالادست و پایین دست آن قرار دارد و به دلیل این اختلاف فشار کندانس از این اوریفیس خارج می­ شود.

تله بخار ها شیرهای اتوماتیکی هستند،که به منظور به دام انداختن بخار و استفاده از انرژی حداکثری آن و خروج هوا ،آب مقطر و گازهای غیر قابل تراکم به کار می روند و می توان گفت مبنای کار این شیر بر جدا نمودن عوامل کاهش ضریب انتقال حرارت که در اثر مخلوط شدن آنها با بخار صورت می گیرد، می باشد .

تله بخار برای ما چه کاری انجام می دهد ؟

1-خروج آب مقطر از خط بخار

2-به دام انداختن و تله کردن بخار

3-خروج هوا و گاز های غیر قابل تراکم مثل اکسیژن و کربن دی اکسید

اما  لزوم انجام این کار توسط تله بخار در چیست و چرا باید عملکرد تله بخار اینگونه باشد؟  بیایید باهم مورد به مورد بررسی کنیم که ضرورت  این وظایف تله بخار در چیست؟

1-تله بخار آب مقطر را خارج می کند زیرا:

آب مقطر محصول انتقال حرارت از سیستم بخار می باشد و به صورت خاص در وسایل مصرف کننده بخار و یا به طور ناخواسته در اثر تشعشع یا جا به جایی با محیط اطراف به وجود می آید اما آب مقطری که در اثرازد دست دادن گرمای نهان تبخیر ایجاد گردیده است باید سریعا از سیستم خارج شود  حتما این سوال ایجاد می شود که چرا ؟ پاسخ به این سوال را در دلایل ذیل می یا بیم:

–ایجاد ضربه قوج در اثر وجود آب مقطر : 

سرعت بخار در گاهی اوقات به 160 کیلومتر در ساعت می رسد،هنگام شکل گیری آب مقطر،این سرعت موجب حرکت رو به جلوی بسیار سریع آب مقطر و زیادتر شدن حجم آن گشته تا جایی که ممکن است تمام سطح مقطع لوله را آب اشغال کند . فشار زیاد پشت این حجم آب مقطر موجب ایجاد سروصدا و ضربات شدیدی به سیستم گشته و موجب صدمه دیدن فلانچ ها ، وسایل موجود در خط و خود خط بخار می گردد. شدت ضربات با حجم آب مقطر و سرعت بخار رابطه مستقیم دارد بنابراین آب مقطر قبله از صدمه زندن به سیستم بخار باید خارج گردد.

–کاهش راندمان حرارتی سیستم 

وقتی آب مقطر ایجاد شده در خط بخار با بخار تماس پیدا می کند ، تعادل حرارتی بین آب مقطر و بخار ایجاد شده در نتیجه دمای بخار خروجی کاهش می یابد و نوع دیپری از شوک حرارتی وارد می شود که زیر مجموعه ضربات قوچ می باشد . چون حجم بخار از حجم آب مقطر بیشتر است،هنگام تبدیل ناگهانی به مایع  یک حالت کاویتاسیون ایجاد کرده و موجب شوک می شود.

همچنین آب مقطر موجود در سیستم سطح و ظرفیت گرمایی را در وسایل مصرف کننده کاهش می دهد و مانند یک سد و یک عایق حرارتی عمل می نماید.پس خروج سریع آب مقطر با استفاده از تله بخار، منجر به بازدهی بالای خط بخار می شود .

2-تله کردن بخار چیست؟ و چرا باید بخار را تله کنیم ؟ 

منظور از تله نمودن بخار استفاده از حداکثر انرژی آن و جلوگیری از به هدر رفتن انرژی می باشد ، برای مثال یک کیلو گرم آب در حالت اشباع (117.80Kp درجه سانتیگراد) حدودا 491 کیلو ژول بر کیلوگرم انرژی دارد و یک کیلو گرم بخار در همان فشار 2702 کیلو ژول بر کیلوگرم انرژی دارد ، در واقع این اختلاف انرژی که برابر با 2211 کیلوژول بر کیلوگرم است ، در انرژِی داخلی پنهان است که وقتی بخار تبدیل به مایع می گردد این انرژی آزاد می شود.پس انرژی بیشتری از یک کیلو گرم بخار هدر می رود تا یک کیلو گرم آب ، بنابراین ما نمی خواهیم بخار بدون آنکه  انرژی خود را آزاد کنداز فرایند بخار خارج شود .

3-چرا باید هوا را از خط بخار خارج کنیم ؟ 

به طور طبیعی در شروع و راه اندازی سیستم، هوا در خطوط بخار، وسایل مصرف کننده و تغذیه کننده آب بویلر وجود دارد . این هوای موجود نیز باید از سیستم خارج شود اما هوا چگونه می تواند به خطوط بخار صدمه بزند ؟ عملکرد تله بخار برای خارج کردن هوای موجود چگونه است ؟

هوای موجود در سیستم قبلی بخشی از حجم بخار را در برگرفته و موجب کاهش دمای مخلوط هوا و بخار به زیر درجه حررات بخار می گردد . همانطوریکه مشخص است با افزایش درصد حجمی هوا ما شاهد کاهش دمای سیستم هستیم مثلا در حالتیکه هوا در سیستم وجود ندارد و فشار کاری برابر با 100psig می باشد ،ما شاهد دمای حدودا 340 درجه فارنهایت خواهیم بود در صورتیکه  با وجود تنها 10 درصد هوا خواهیم دید که دما به حدود 320 درجه فارنهایت تقلیل پیدا می کند. بنابراین می توان گفت تله بخار با خارج نمودن هوا از خط بخار باعث افزایش درجه حرارت بخار می شود در نتیجه بازدهی خط بخار افزایش می یابد.

تقسیم بندی تله بخارها:

تله بخارهایی که امروزه در صنایع استفاده می ­شوند بر اساس روشی که برای بسته و باز کردن اوریفیس به کار می­گیرند معمولا در سه دسته قرار دارند:

• تله بخار مکانیکی
• تله بخارترمودینامیکی
• تله بخار ترموستاتیک

پرکاربردترین سایز­های تله بخار، ½ “ و ¾ “ و 1 “ هستند. اما تا سایز 2 اینچ نیز گهگاه درخواست می­شود. علاوه بر اینها تا سایز 4 اینچ نیز توسط شرکت­های معروف جهان برای کاربردهای بسیار خاص تولید می­شود.

تله بخارها از نظر اختلاف فشار عملکردی بین بالا و پایین دست آن­ها، تا فشار 250 بار ساخته می­شوند. همچنین ماکزیمم فشار طراحی تا کلاس 2500 وجود دارد.

متریال تله بخارها بسیار متنوع هستند و به سه شکل ریخته­گری، فورج، و ماشینکاری ساخته می­شوند. تله بخارهای مکانیکی به شکل ریخته­گری و مدل­های ترمودینامیک و ترموستاتیک به صورت فورج هستند.

استفاده  صافی با سوراخ­های کوچکتر و سایز اوریفیس در بالادست  و داخل خود تله بخاراجباری است.

انواع تله بخار

1) تله بخار مکانیکی :

در این نوع از تله بخار،اوریفیس با استفاده از یک شیر کوچک مخروطی یا ساچمه ای بسته می ­شود. این مخروط یا ساچمه بر روی یک اهرم یا دستک قرار دارد و این دستک با کمک اختلاف دانسیته ­ی بین بخار و آب بالا و پایین می ­شود. زمانی که در مخزن تله بخار آب داریم، دستک بالا رفته و شیر باز می ­شود و در نتیجه کندانس بیرون می ­رود. و زمانی که کندانس نداریم دستک پایین آمده و شیر بسته می ­شود.

دو نوع این تله بخار مدل شناوری (Ball float type) و سطل معکوس (Inverted bucket) هستند.

الف) تله بخار مکانیکی با توپ شناور: 

عملکرد تله بخار مکانیکی به این صورت است که  بایین  تله بخار دارای یک توپ شناور بوده و همراه با اهرم و پین متصل به آن از جمع شدن آب مقطر در سیستم بخار جلوگیری می شود.  یعنی با افزایش ارتفاع آب مقطر توپی و در نتیجه پین بلند شده ، راه خروجی بار می گردد. در ضمن برای خروج هوا و دیگر گاز های غیر قابل تراکم در این نوع شیر ها یک دریچه خروج هوای ترمو استاتیکی تعبیه می گردد. اما تله بخار مکانیکی چگونه عمل میکند؟

در ابتدای کار شناور پایین و پین در داخل seat قرار دارد و راه خروجی بسته می باشد. در این حالت دریچه خروج هوای ترمو ستاتیکی با وجود محیط سرد باز بوده و تخلیه هوا به راحتی صورت می گیرد.بعد از گرم تر شدن سیستم و رسیدن دمای محیط به نزدیک دمای بخار اشباع دریچه ترموستاتیکی عمل نموده و راه خروج هوا را می بندد و با گذشت زمان وایجاد آب مقطر در سیستم،سطح آب مقطر بالا آمده و باعث خارج شدن پین از داخل seat می شود.و در نتیجه آب مقطر خارج می گردد. و سیکل دوباره تکرار می گردد.

مزایای تله بخار مکانیکی با توپ شناور :

اما چرا باید از تله بخار مکانیکی با توپ شناور استفاده کرد؟ در واقع در مورد تله بخار مکانیکی می توان گفت :

– هنگام استفاده از این تله بخار،دما تاثیری در بالا آمدن یا پایین آمدن شناور ندارد. بنابراین می توان آب مقطر در دمای اشباع خارج نمود .

-از آنجا که این نوع تله بخاردارای مزیت تخلیه دائم می باشد، به تغییر حجم آب مقطر به خوبی عکس العمل نشان می دهد و  ظرفیت تخلیه زیادی می تواند داشته باشد.

معایب تله بخار مکانیکی با توپ شناور: 

اما همیشه استفاده از تله بخار مکانیکی با توپ شناور به صرفه نیست و گاهی اوقات  به ضرر سیستم بخار است. برای مثال :

-هنگامی که تله بخار خالی باشد ضربه قوچ می تواند به سیستم آسیب برساند.

-چون کار کرد شناور براساس خط آب مقطر می باشد، بایستی تله بخار به صورت شاقول نصب گردد.

-به دلیل عدم وجود صافی باعث ورود ذرات ریز به سیستم بخار شده و منجر به آسیب به تله بخار و سیستم می شود .

-از آنجا که همیشه مقداری آب مقطر در تله بخار وجود دارد،در مکان های محیط باز و سرد حالت یخ زدگی به وجود می آید و در نتیجه تله بخار آسیب می بیند .

ب) تله بخار مکانیکی سطلی :

در تله بخار مکانیکی سطلی به جای استفاده از یک توپ به عنوان جسم شناور از یک سطل فلزی استفاده می شود . این تله بخار در هنگام پایین بودن سطل، راه خروج تله بخار باز است. در تله بخار مکانیکی نوع سطلی راه ورود در زیر سطل می باشد و به دلیل اینکه چگالی بخارآب مقطر کمتر است ، در نتیجه حضور بخار سطل را بالا برده و  وقتی بخار تبدیل به مایع شد سطل پایین آمده و اجازه خروج آب مقطر را می دهد. در این نوع تله بخار برای خروج هوا در بالای سطل یک حفره کوچیک ایجاد می شود .

2) تله بخار ترمودینامیکی :

در این نوع از تله بخارها تنها یک قطعه ی متحرک وجود دارد. این قطعه یک دیسک کوچک است که بر روی اوریفیس های ورودی (درمرکز) و خروجی (در راست) قرار می گیرد. زمانی که مایع به ترپ می رسد به آسانی دیسک را بلند کرده و وارد محفظه ی بالا می شود و سپس از اوریفیس خروجی تخلیه می گردد. زمانی که بخار به این تله بخار برسد، با توجه به اینکه سرعت بخار بسیار بیشتر از مایع است در زیر دیسک یک فشار استاتیکی کمتر از فشار بالای آن ایجاد شده و دیسک به نشیمنگاه می چسبد و در نتیجه اوریفیس های ورودی و خروجی را می بندد. پس از مدتی که بخار بالای دیسک در اثر انتقال حرارت کندانس شد و فشار بالای و پایین آن یکی شد دوباره لحظه ای بالا آمده و در اثر عبور مجدد بخار از زیر آن بار دیگر پایین می آید. بدین ترتیب این نوع از تله بخار دارای یک عملکرد نوسانی می باشد و مشخصه ی آن صدای “تپ تپ” نوسانی خروج بخار و کندانس است.

عملکرد تله بخار ترمو دینامیکی چگونه است ؟ 

برای اینکه بدانیم عملکرد تله بخار ترمودینامیکی چگونه است باید این نکته را به خاطر داشته باشیم که تله بخار ترمودینامیکی از یک بدنه اصلی،درپوش و دیسک تشکیل شده است . همچنین برای جلویگیری از ورود ذرات ریز می توان از یک صافی در تله بخار استفاده کرد. در تله بخار ترمودینامیکی یک دهانه ورودی وجود دارد که جریان پس از ورود به سمت صافی حرکت کرده و به وسیله یک راه عبوری به سطح seat  متصل میگردد. حفره های خروجی نیز در اطراف ورودی ها و در یک دایره با قطر بیشتر قرار داشته و به راه خروجی متصل می باشد. عمل کنترل جریان توسط یک در پوش در بالای سطح seat صورت می گیرد .

به طور کلی عملکرد تله بخار ترمودینامیکی یا همان تله بخار دیسکی بر اساس اختلاف فشار دهانه ورودی و دهانه خروجی است. در تله بخار های ترمودینامیکی حداقل 20 درصد کاهش فشار در خط خروجی نسبت به خط ورودی وجود دارد.و عملکرد تله بخار ترمودینامکی نیز بر همین اساس طراحی می شود.اما استفاده از تله بخار های ترمودینامیکی چه فایده ایی دارد؟ چرا از تله بخار ترمودینامیکی استفاده کنیم؟

مزایای تله بخار ترمودینامیکی : 

تله بخار ترمودینامیکی به دلیل طراحی متفاوت در گستره وسیع تری از سیستم های بخار و عملکرد تله های بخار کاربرد دارد. در واقع :

-تله بخار ترمودینامیکی در خطوط بخار با دما و فشار بالا قابل استفاده است . این تنها نوع تله بخار با چنین کاربردی می باشد.

-به علت اینکه آب مقطر باقی مانده ناچیز است ، لذا در برابر یخ زدگی مقاوم بوده و تله بخار ترمودینامیکی  در مکان های باز و بسته کاربرد دارد.

-ساختار کوچک تله بخار ترمودینامکی باعث می شود در مناطق عملیاتی کوچک به خوبی و به راحتی مورد استفاده قرار گیرد .

-در برابر ضربه قوچ یا همان شوک هیدرولیکی مقاومت بسیار خوبی دارد.

-تله بخار ترمودینامیکی فقط یک عضو محرک دارد که آن هم دیسک بوده و در صورت فرسایش به راحتی قابل تعویض است.

اما در چه مواقعی استفاده از تله بخار ترمودینامکی به صرفه نیست؟

معایب تله بخار ترمودینامیکی : 

-تله بخار ترمودینامیکی در شروع کار نمی تواند میزان هوای زیادی را خارج کند.

-به علت سیکل سریع آن سوصدای زیادی دارد و نمی توان از آن در جاهای آرام استفاده کرد .

3) تله بخار ترموستاتیک:

در­تله بخارهای ترموستاتیک باز و بسته شدن اوریفیس توسط یک شیر ترموستاتیک کنترل می­ شود. شیر­های ترموستاتیک زمانی که سیال با دمای پایین (هوای اولیه ­ی سیستم، کندانس) به آنها می ­رسد منقبض می ­شوند و اوریفیس باز می ­شود و وقتی سیال دما بالا (بخار، آب اشباع) آنها را غرق کند منبسط شده و اوریفیس را می بندند. بدین ترتیب اجازه ­ی عبور هوا و کندانس داده شده و از خروج بخار جلوگیری می ­شود.