غلايات مواسير المياه

غلايات مواسير المياه

أدى تطور الصناعة خلال القرنين الماضيين إلى زيادة استخدامات الغلايات لتوليد البخار. وقد ارتبط التوسع في استخدام الغلايات بحدوث انفجارات ضخمة في بعض الحالات لأسباب مختلفة، حيث كانت الغلايات في تلك الفترة تتكون من وعاء ضغط يتعرض لمستويات ضغط داخلي مرتفعة تؤدي إلى وقوع إجهاد شد على الحوائط الداخلية للغلاية (tensile stress) معروف باسم الإجهاد الحلقي (loop stress) ويتم تقديره بواسطة المعادلة التالية:

P X D = S
2T
حيث:

S الإجهاد الحلقي

P ضغط التشغيل الداخلي

D قطر الوعاء

T سمك المادة العدنية

ويتضح من المعادلة أنه: لأي قيمة لـ(S) فإن زيادة قطر الغلاية مع زيادة مخرجاتها ينبغي أن تصحبه زيادة في سمك المعدن (T). فإذا زادت قيمة ضغط التشغيل (P) فإن الوسيلة الوحيدة للحفاظ على ثبات قيمة (S) تنحصر إما في تصغير قطر الغلاية (D) أو زيادة سمك المعدن(T). والحل الأخير يؤدي إلى ارتفاع تكاليف صناعة الغلاية وزيادة حجمها. أما الحل الآخر وهو تصغير قطر الغلاية فيمثل حلا عمليا. ويمثل هذا التصور التصميم الأساسي لغلايات مواسير المياه حيث تتواجد المياه داخل مواسير تتدفق من حولها نواتج الاحتراق (الغازات الساخنة) كما هو موضح في (شكل رقم2) تتكون أسطح التسخين في الغلاية من مجموعة من المواسير، بعضها معرض مباشرة للهب والبعض الآخر معرض لتدفق الغازات الساخنة الناتجة عن احتراق الوقود.

وتزود مجموعات المواسير بعوارض حارفة (Baffles) تعمل على إيجاد مسارات متعددة لتيار الغازات الساخنة المتدفق لتزيد من كفاءة أسطح التسخين. وبهذا تنتقل الحرارة إلى المياه في الغلاية عبر مواسير رقيقة المقطع بسمك جدار الغلاية ذات مواسير اللهب. ويمكن بالتالي زيادة ضغط التشغيل (working pres – sure) أكثر مما هو متاح في غلايات مواسير اللهب. كما يمتاز هذا النوع عن غلايات مواسير اللهب من ناحية انخفاض الأضرار التي قد تنتج من حدوث تشققات بأحد المواسير إذا ما قورنت بالأضرار التي قد تنتج من جراء تصدع أو تشقق الحارق أو الجدار المحيط بالغلاية ذات مواسير اللهب. وقد استمر العمل بهذا التصميم لفترة طويلة رغم مستويات الضغط المحدودة التي يوفرها، ثم ظهرت الغلايات متعددة الأسطوانات (multi – drum boilers) وعرفت الأسطوانات السفلى التي تترسب فيها شوائب المياه باسطوانات الطين (mud drums).

 

 

 

وكانت الغلايات القديمة تتضمن حوائط من الطوب مبطنة من الداخل، حيث توجد مواسير المياه، بطوب حراري. ومع التطويرات التي طرأت على تصميم الغلايات، أصبحت الأسطح الخارجية لهذه الحوائط مغطاة جزئيا بمواسير للمياه وأطلق عليها حوائط المياه (water – walls)، تتصل المواسير بأسطوانة البخار إما مباشرة أو بواسطة مجمع توزيع (header). وتمتص حوائط المياه جزء من الطاقة الحرارية الناتجة عن الاشتغال لتخفيض درجة حرارة غازات العادم قبل وصولها على مجموعات مواسير الحمل الحراري (convection bank). ومع تطور التصميمات زادت المساحة المغطاة بمواسير المياه وانخفضت معها كمية الحرارة المفقودة عن طريق التسرب من الجدران إلى الجو.

وأدخلت تطويرات كثيرة على النظام الأساسي لغلايات مواسير المياه، فأصبح الحائط الطوبي الداخلي مغطى تماما بأسطح يتم تبريدها بواسطة المياه. وتتكون الجدران إما من مواسير متلامسة: “مواسير التماس” (tangent tubes) أو مواسير تتصل ببعضها بواسطة ألواح من الصلب ملحومة محوريا: “الجدران الملتحمة” (welded walls).

ومع ازدياد مستوى ضغط التشغيل واستخدام الموفرات (economizers) وسخانات الهواء لم تعد هناك حاجة لاستخدام عددا كبيرا من الأسطوانات في الغلاية، وأصبحت الغلايات ذات الأسطوانتين هي أكثر الأنواع شيوعا في الاستخدام الصناعي، إذ يصل مستوى ضغط التشغيل فيها إلى 100 بار. وهناك أيضا عددا من الأنواع غلايات مواسير المياه ذات أسطوانة واحدة متوافرة في الأسواق. يوضح (جدول رقم1) خصائص غلايات مواسير اللهب ومواسير المياه.

الغلايات المركبة (Composite Boilers)

تقوم فكرة تصميم هذا النوع الحديث من الغلايات على دمج طريقة تشغيل غلايات مواسير اللهب ومواسير المياه معا كما هو موضح في (شكل رقم3).

في هذا التصميم تم استبدال أسطوانة البخار ومجموعة مواسير الحمل الحراري

مواسير اللهب مواسير المياه
محدد بمقدار 20- 30 بار (20 بار للغلايات ذات الحجم الأكبر) غير محدد
محدد بحوالي 20 ميجاوات غير محدد
كافة أنواع الوقود التجاري غير محددة حيث أنه يمكن تصميم الفرن ليناسب نوعاً معيناً من الوقود نظرا لاتساعه
منخفضة مقارنة بمواسير المياه يمكن تجميعها بمحل البيع أو تركيبها في الموقع
80%-85% (القيمة الحرارية الإجمالية) تبعاً لنوع الوقود ويمكن زيادة النسبة بتزويد الغلاية بالموفر 85%- 90% (القيمة الحرارية الاحتمالية) تبعاً لنوع الوقود. الغلاية مزودة بالموفر أو بمسخن هواء متقدم ويمكن استخدام الاثنين لزيادة الكفاءة إلي حد أقصي
تسخين مياه توليد بخار للعمليات الصناعية – توليد بخار للعمليات الصناعية
– توليد بخار لتوليد الطاقة الكهربية

(جدول رقم1) خصائص غلايات مواسير اللهب وغلايات مواسير المياه

الخاصية بغلاية مواسير المياه التقليدية بغلاف جدار يحتوي علي عدد كبير من المواسير المجوفة أي تم استبدالها بغلاية مواسير لهب بدون الفرن. وهي هذا التصميم تتصل الجدران المائية للفرن بغلاية مواسير لهب تعمل أيضاً كأسطوانة للبخار بواسطة مجموعة من الأنابيب ويجمع هذا التصميم مميزات نوعي غلايات مواسير اللهب والمياه: فهو اقتصادي منخفض لإطلاق البخار، كما يتيح إمكانية ترتيب فرن مواسير المياه وحجماً متغيراً لغرفة الاشتعال يناسب معدات الإشعال الخاصة بنوعية