ماهى الغلايات 3

الغلاية Water Boilers

يمكن تعريف الغلاية بأنها منظومة ذات ملحقات تستخدم لتسخين الماء أو لتوليد بخار الماء عند ضغط معين ودرجة حرارة محددة تبعا للاستخدام مع أقل معدل استهلاك للوقود وأعلى كفاءة للغلاية. وتستخدم الغلاية أساسا فى إنتاج البخار أو الماء الساخن أو الهواء الساخن.
تقسيم الغلايات (Boiler classification)

يمكن تقسيم الغلايات من عدة أوجه مختلفة كالتالى :-


1- تبعا للمائع المتدفق خلال المواسير :
أ- ماء (غلاية ذات مواسير ماء) .
ب- غازات ساخنة وأدخنة ناتجة من حرق الوقود (غلايات ذات مواسير لهب) .

2 - تبعا لمحور الغلاية :
أ- رأسية (غلاية راسية( .
ب- أفقية (غلاية أفقية).

3 - تبعا لاستخدام الغلاية :
أ- ثابت (غلاية ثابتة)
ب- متنقل (غلاية متنقلة)

4- تبعا لدورة المياه والبخار :
أ - دورة طبيعية (غلاية ذات دورة مياه وبخار طبيعية)
ب - دورة جبرية (غلاية ذات دورة مياه وبخار جبرية)

5- تبعا لعدد الأنابيب :
أ- أنبوبة واحدة (غلاية ذات أنبوبة واحدة(
ب- متعددة الأنابيب (غلاية متعددة الأنابيب

6- تبعا لمصدر الحرارة :
- صلب
- سائـل
- غــاز
- الحرارة المفقودة

الغلايات ذات أنابيب اللهب(Fire – tube boilers)

فى هذا النوع من الغلايات تتدفق الغازات الساخنة والأدخنة الناتجة من حرق الوقود داخل أنابيب مغمورة بالماء

.
الغلايات ذات أنابيب الماء(Water – tube boilers)

فى هذا النوع من الغلايات تتدفق المياه بداخل المواسير المحاطة من الخارج بالغازات الساخنة والأدخنة الناتجة من حرق الوقود .
الغلايات ذات أنابيب اللهب

تنقسم الغلايات ذات أنابيب اللهب الى نوعين أساسين هما :-


1- الغلايات ذات أنابيب اللهب الرأسية
أ- غلاية رأسية بسيطة
ب- غلاية رأسية ذات أنابيب عرضية
ج- غلاية رأسية ذات أنابيب دخان رأسية
د- غلاية رأسية ذات أنابيب دخان أفقية

2- الغلايات ذات أنابيب اللهب الأفقية
¨ غلاية كورنش ولانكشير
¨ غلاية لانكشير المعدلة
¨ غلاية متعدد الأنابيب ذات اشتعال خارجى
¨ الغلاية الاقتصادية
¨ غلاية سكوتش البحرية
¨ غلاية الحرارة المفقودة

3- الغلايات ذات أنابيب الماء
تكون أنابيب المياه إما مستقيمة أو منحنية وسريان الماء خلالها إما حر أو جبرى.
الغلايات ذات أنابيب المياه المستقيمة

¨ غلاية بابكوك وولكوكس الارضية
¨ غلاية بابكوك وولكوكس البحرية
¨ غلاية يارو

4- الغلايات ذات أنابيب المياه المنحنية
¨ غلاية استرلنج
¨ غلاية فورستر الأبيض

5- غلايات أنابيب المياه ذات السريان الجبرى
¨ غلاية بنسون
¨ غلاية لامونت
¨ غلاية شميت –هارتمان
¨ غلاية فيلوكس
¨ غلاية رامزين

وهناك أنواع مختلفة من الغلايات (المراجل)، أبسطها هو الغلايات الأسطوانية ذات الغلاف، و التي يتم تسخينها بواسطة لهب مسلط على جدارها الخارجي. و ينبغي عند اختيار نوع الغلاية، أو تصميمها، أن تتم مراجعة العوامـل الحراريـة و الهيدروليكية و الإنشائية و نوع الوقود وأنظمة الاحتراق، لتناسب أغراض التشغيل.

وتختلف المشاكل المرتبطة بالغلايات عموماً تبعاً لنوع الغلاية و نظام تشغيلها، لذلك فإنه من المناسـب الإلمام ببعض المصطلحـات مثل، الغلايـة، مولدات البخار، غلايات الضغط الحرج، الضغط المنخفض، الضغط العالي، البخار، و غلايات تسخين المياه الساخنة (hot water heating boilers) . و تتضمن مواد القوانين المختلفة، و كذلك الرموز المدونة على الغلايات، التعريفات الخاصة بمتطلبات التركيب أو إعادة التفتيش، و تراخيص تشغيل الغلايات.

الغلاية أو مولد البخار :
هي وعاء ضغط محكم يتم تسخين السوائل بداخله (غالباً المياه). فإذا كان الغرض مناستخدام الغلاية هو الحصول على المياه الساخنة فيطلق عليها اسم سخان مياه أو "غلاية المياهالساخنة" (hot-water boiler) . أما إذا كان الغرض من استخدام الغلاية هو توليد البخارالرطب، المشبع ، أو المحمص) تحت ضغط مرتفع فيطلق عليها اسم "مولد البخار" (steam generator) .
يتم تسخين
المياه في الغلاية بواسطة الحرارة الناتجة عن حرق الوقود (صلب ، سائل ، غازي)، أو باستخدامالكهرباء أو الطاقة النووية . و يتم انتقال الحرارة إلى المياه داخل الغلاية عن طريق أسطح التسخين.و يتطلب تشغيل الغلاية و صيانتها و التفتيش عليها فريقاً من الفنيين على مستوى عال من التدريب . كما يحتم التطوير المستمر في تقنيات التحكم و أجهزة القياس إلمام القائمين بتشغيل الغلاية بإجراءات التحكم الحديثة القائمة على أساس نظام متكامل يتضمن المتغيرات التالية:

• أحمال التدفق الحراري Load flow for heat
، استخدام العمليات أو توليد الطاقة الكهربية. (*****-type boiler)


• تدفق الوقود و كفاءة الاحتراق .
• تدفق الهواء اللازم للاحتراق المناسب الذي ينتج عنه أقل تركيز للملوثات .
• معدلات تدفق المياه و البخار لمتابعة التغير في الأحمال .
• معدلات سريان عوادم احتراق الوقود للحصول على أكبر قدر من الطاقة الحرارية .

كما يتطلب تشغيل الوحدات الأوتوماتيكية معرفة أساليب التشغيل الأمثل و كيفية عمل نظم التشغيل للحصول على أفضل النتائج. غير أن تشغيل الوحدات الأوتوماتيكية لا يغني عن الإلمام التام بأساليب التشغيل اليدوي التي يتم اللجوء إليها في حالة حدوث أعطال طارئة مما يلزم القائمين على عمليات التشغيل معرفة كافة تفاصيل نظام الغلاية حتى يتمكنوا من إصلاح الأعطال بشكل سريع. و في حالة استحالة التعرف على الأعطال فإنه يمكن بواسطة أجهزة القياس الحديثة و البرمجيات تتبع العمليات في مختلف مراحل نظام الغلاية لمعرفة إذا ما كان العطل مرتبط فقط بأجهزة القياس أم أن أحد مكونات النظام أصابه عطل كهربي أو ميكانيكي.
و توفر المدخنة مصرفاً لسحب الغازات العادمة، و يعتبر ارتفاعها من المتغيرات الهامة في عملية تشغيل الغلاية


تصنيف الغلايات وفقاً للاستخدام

يمكن تقسيم أنظمة الغلايات إلى:-

غلايات لتوليد الطاقة الكهربية .
غلايات البخار عالي الضغط للاستخدام الصناعي .
غلايات البخار منخفض الضغط للاستخدام الصناعي .

أنظمة التسخين بالبخار .
أنظمة المياه الساخنة، منخفضة الضغط و عالية الضغط .
أنظمة تستخدم سوائل تسخين أخرى غير دورة المياه-البخار ( 1) 2) 3) 4) 5) 6)
2-5 أنظمة المياه الساخنة (Hot-Water Systems)

هناك ثلاثة فئات من أنظمة المياه الساخنة :-


1- أنظمة التزويد بالمياه الساخنة لأغراض الغسل و الأغراض الأخرى المشابهة .

2- أنظمة تسخين الهواء من أنواع الضغط المنخفض و يطلق عليها عادة أنظمة تسخين المباني.

3- أنظمة مياه الحرارة المرتفعة و الضغط العالي التي تعمل عند درجات حرارة أعلى من 120ْم و مستوى ضغط أكبر من 10 بار.

و يحتاج كل من نظام تسـخين الميـاه الساخنـة (hot-water-heating system) و نظام مياه الحرارةالمرتفعة (high-temperature hot-water system) إلى خزانات للتمدد (expansion tanks) تسمح بتمدد المياه بسبب الحرارة العالية دون حدوث زيادة في الضغط . غير أن خزانـات التمدد قد تفقد وسائدهاالهوائيـة (air cushion) مما يؤدي إلى حدوث ارتـفاع في الضغط نتيجة تمدد المياه بالحرارة، و هذه المشكلة عادة ما تواجه أنظمة تسخين المياه الساخنة. و إذا أهملت هذه المشكلة فقد يؤدي تزايد الضغط إلى فتح صمام التـنفيس (relief valve) و إغراق المبنى . لذلك فإن تصريف خزان التمدد دورياً يعد أمراً ضرورياً لاستعادة الوسائد الهوائية بالخزان.


2-2-6 أنظمة تستخدم سوائل تشغيل أخرى :

هناك أنواع من الغلايات لا تقوم بتسخين المياه، بل سوائل أخرى خاصة إذا ما كانت هذه الزيـوت تعمل على توصيل الحرارة بين الغلايـة و أجهزة التسخين أو التجفيف كما يحدث في صناعة النسيج . و هذه الزيوت هي مواد كيميائية عضوية ذات درجة غليان مرتفعة، و تتكون من ثنائي الفينيل و أكسيد ثنائي الفينيل.


نوع الوقود المستخدم في الغلايات :

تعتبر عملية الاحتراق نوعاً خاصاً من الأكسدة يتحد خلالها الأكسجين الجوي بعناصر الوقود. و تختلف التأثيرات البيئية لعملية الاحتراق تبعاً لنوع الوقود المستخدم . و هناك ثلاثة أنواع رئيسية من الوقود التجاري التي تستخدم في الغلايات :

• الوقود الثقيل (المازوت
• الوقود الخفيف (السولار
• الغاز الطبيعي .
كما تستخدم أنواع أخرى من الوقود بكميات ليست كبيرة:
• الكيروسين .
• الغاز البترولي المسيل .
• مصاصة القصب و المخلفات الزراعية .
• الليكور الأسود (black liquor) .


و ترتبط الملوثات الناتجة عن عمليات الاحتراق و المنبعثة إلى الهواء مباشرة بنوعية الوقود المستخدم. يوضحالجدول (2-2) معدل انبعاث الملوثات لكل كجم من أنواع الوقود الرئيسية , أما المخلفات الزراعية فينتج عنها كميات من الرماد و الجسيمات تتعدى الحدود التي تسمح بها القوانين البيئية.


تقنيات معالجة المياه

تعتبر نوعية الميـاه عنصراً أسـاسياً و مؤثراً في كفاءة الغلايـات و أنظمـة البخار. و تحتوي مصادر المياه المختلفة على شوائب متنوعة مثل الغازات الذائبة، و المواد الصلبة العالقة و الذائبة. و تعتمد عمليات معالجة المياه إما على إزالة تلك المواد أو تخفيض تركيزاتها إلى المستوى الذي يحد من تأثيراتها السلبية أو على إضافة مواد أخرى للحصول على نفس النتائج. و تهدف معالجة مياه التعويض في الغلاية الى :
• منع تكون القشور في الغلاية (scales) و في المعدات الملحقة بها و التي تؤدي إلى انخفاض كفاءتها و حدوث أضرار جسيمة بها.
• الحد من تكون الرغوة و تجنب تلوث البخار بالمواد التي تحتويها مياه الغلاية.
• الحد من تآكل جسم الغلاية بسبب الأكسجين الذائب في مياه التغذية، و تآكل مواسير شبكة البخار بسبب تواجد ثاني أكسيد الكربون . و يحدد الملحق (C) نوعية المياه التي يوصى باستخدامها لتغذية الغلايات.

و هناك طريقتين أساسيتين في معالجة المياه: المعالجة الخارجية و المعالجة الداخلية.[/
color]
1[color=blue]- المعالجة الخارجية للمياه

تعتمد هذه الطريقة على إزالة الشوائب الموجودة في المياه أو تخفيض تركيزاتها قبل دخولها إلى الغلاية. و تستخدم هذه الطريقة في حالة ارتفاع نسبة بعض الشوائب في المياه إلى الحد الذي لا يستطيع معه نظام الغلاية التعامل معها. و أكثر الطرق شيوعاً في المعالجة الخارجية للمياه هي التبادل الآيوني (ion exchange) و نزع الغازات من المياه (dearation) و نزع المعادن (demineralization) . و تجدر الإشارة إلى أنه من الضروري إجراء كشف دوري على المتغيرات الأساسية التي تحدد نوعية المياه و تسجيلها.
و تستخدم مجموعة الاختبارات الجاهزة للكشف عن نوعية المياه (water test kits)، أما الكشف عن الأملاح الذائبة الكليـة فيتم بواسطة جهاز قياس القدرة التوصيلية (conductivity meters) ..
• تكون القشور و الحمأة
تحتوي المياه على نسب متفاوتة من بيكربونات و كلوريدات و كبريتات و نترات الكالسيوم و الماغنسيوم و الصوديوم، بالإضافة إلى السيليكا و بعض آثار الحديد و المنجنيز والألومنيوم .
تتسبب أمـلاح الكالسيوم و الماغنسيوم في عسر الميـاه، أما معظم قشـور الغلايات والترسيبات الأخرى في أنظمة التبريد فتتسبب فيها مركبات الكالسيوم و الماغنسيوم.

و يمكن تقسيم أملاح الكالسيوم و الماغنسيوم إلى مجموعتين:
بيكربونات الكالسيوم و الماغنسيوم التي تتسبب في العسر القلوي للمياه (العسر المؤقت أو عسر الكربونات) و يسهل التخلص منها بالتسخين، فيتحرر غاز ثاني أكسيد الكربون مما يؤدي إلى تكثف البخار الحمضي الذي يرتبط بمشاكل التآكل في شبكة توزيع البخار .
كبريتات وكلوريدات و نترات الكالسيوم و الماغنسيوم التي تتسبب في العسر الغير قلويالعسر المستديم) و لا يمكن التخلص من هذه الأملاح بالغليان. و عادة ما تتواجد النترات بكميات صغيرة للغاية. (non-alkaline hardness) ( 1) 2)

إن استخدام المياه الخام مباشرة في الغلاية ينتج عنه تكون القشور الصلبة التي تلتصق بأسطح التسخين . و تتميز هذه القشور بانخفاض توصيلها الحراري (1.15 و 3.45 وات/متر ْم) مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة المعدن فيلين و تحدث به نتوءات و انبعاجات و شقوق عند الضغط المرتفع مما قد يتسبب في نتائج خطيرة.

و تعتبر أكثر الأجزاء تأثراً بهذه الظاهرة هي أنابيب المياه التي تتعرض للإشعاع الحراري ، أو مواسير الأفران في الغلايات ذات الغلاف الخارجي، حيث تكون معدلات انتقال الحرارة و بخر المياه مرتفعة. أما المواسير المعرضة للحرارة بواسطة الحمل الحراري أو التوصيل فإنها تستطيع تحمل سمكاً أكبر من القشور المترسبة قبل توقفها عن العمل. و تقدر الخسارة المباشرة في الحرارة أو في الوقود نتيجة ترسب القشور بـ 2% أو أقل في غلايات مواسير المياه بينما تصل إلى 5 أو 6% في غلايات مواسير اللهب حيث تكون أسطح التسخين أصغر حجماً.

و تمثل الغازات الذائبة نوعاً آخر من المشكلات إضافة إلى مشكلات ترسب الحمأة والقشور. فتتسبب غازات ثاني أكسيد الكربون و الأكسجين الذائبة و ثاني أكسيد الكربون الذي يتحرر عند تسخين المياه التي تحتوي على البيكربونات في تآكل الموفرات و مكونات الغلاية الأخرى. و حيث أن البخار المتولد يحتوي أيضاً على هذه الغازات الذائبة فإن متكثفاته تؤدي كذلك إلى تآكل المواد المعدنية. و تحت ظروف معينة، قد يحمل البخار المتولد بعض الأملاح و المواد الصلبة العالقة إلى شبكة توزيع البخار والآلات التي تستخدم البخار فتترسب بها تلك الأملاح و المواد الصلبة.


2- المعالجة الداخلية للمياه
تعتمد المعالجة الداخلية على التخلص من الشوائب الموجودة بالمياه في داخل الغلاية. و تتم المعالجة إما في خطوط مياه التغذية أو داخل الغلاية نفسها. و من الممكن الاعتماد فقط على المعالجة الداخلية للمياه كما يمكن الجمع بين المعالجة الداخلية و الخارجية. و يصمم نظام المعالجة الداخلية للمياه للتغلب على مشكلات عسر مياه التغذية، و التحكم في التآكل، والتخلص من الأكسجين الذائب، و الحد من الجسيمات المحمولة مع تيار المياه . و من خلال هذا النظام يتم التخلص من العسر القلوي للمياه الخام و ترسيب الأملاح المسببة للعسر عن طريق التسخين. أما العسر المستديم فيتم ترسيبه في الغلاية عن طريق إضافة بعض القلويـات مثل كربونات الصوديـوم و الصودا الكاوية، و فوسفاتات الصوديوم. و نظراً لارتفاع أسعار هذه المواد فإن استخدامها يقتصر على الحالات التي تكون فيها المياه الداخلة ذات نوعية رديئة. إلا أنه في نظم الغلايات التي تعمل عند مستويات ضغط جوي أعلى من 14 بار، أو في حالات العسر المنخفض لمياه التغذية فإن استخدام هذه المواد يكون ضرورياً.