پیام نفت:

مقدمه

قصد داریم در این آموزش مشعل‌های حرارتی را مورد بررسی قرار دهیم . اگر شما این آموزش را به طور کامل پیگیری کنید در انتهای آن با مشکلات مشعل و نحوه رفع آنها از جمله خطاهای به وجود آمده قبل از احتراق کامل مشعل یا عدم ایجاد شعله پایدار و هر چیزی که به کارکرد نادرست مشعل مربوط شود تسلط پیدا می‌کنید.
برای اینکه با طرز کار مشعل بهتر آشنا شوید لازم است قبل از هر چیز مفهوم احتراق توضیح داده شود و بعد از آن خیلی مختصر چند اصطلاح مهم را توضیح خواهیم داد.
سپس انواع سوخت مورد استفاده در مشعل‌های صنعتی را بررسی می‌کنیم پس در همین بخش مشعل‌ها بر اساس نوع سوخت دسته بندی خواهند شد.
اجزاء تشکیل دهنده مشعل‌های حرارتی را معرفی خواهیم کرد.
انواع مشعل براساس مکانیزم و طرز کار معرفی خواهد شد.
کنترلر‌های اصلی مورد استفاده برای مشعل‌ها را معرفی و عملکرد آنها را بررسی می‌کنیم.
دمپر موتورهای پرکاربرد را معرفی و بررسی می‌کنیم.
در انتها به عیب‌یابی و علل پایدار نبودن شعله خواهیم رسید.
اصطلاحاتی که شما باید بدانید
برای اینکه شما یک متخصص یا تعمیرکار حرفه‌ای مشعل باشید قبل از هر چیز چند اصطلاح مهم در این زمینه را باید بدانید.
1- مثلت احتراق :برای اینکه احتراق اتفاق بیفتد سه عامل اصلی باید کنار هم قرار گیرند که برای بهتر دیدهشدن آنها روی یک مثلث نمایش داده می‌شوند این سه عامل سوخت ،اکسیژن و گرما است .

2- اشتعال یا نقطه اشتعال:کمترین درجه حرارتی که در آن سوختی که با ماده اکسید کننده (اکسیژن یا هوا) خوب مخلوط شده می‌تواند تولید بخارهای قابل اشتعال کند این نقطه شروع احتراق می‌باشد و این دما توسط جرقه زن ایجاد می‌شود. به طور مثال نقطه اشتعال برای بنزین کمتر از 21 درجه سانتی گراد و برای گازوئیل 65 درجه سانتی گراد است و مازوت 90 تا 120 درجه سانتی‌گراد است.
3-احتراق: درجه حرارتی است که در آن سوخت مشتعل شده به سوختن ادامه می‌دهد و یک شعله پایدار تشکیل می‌شود معمولا این دما برای سوخت‌های مایع 20 درجه بالاتر از نقطه اشتعال است مثلا دمای احتراق گازوئیل 120 درجه سانتی‌گراد و مازوت 160 درجه سانتی‌گراد است.
4-اصطلاحاتی مختص سوخت مایع 
     4-1 دانسیته: نسبت جرم به حجم مایع در دمای 150 درجه سانتی‌گراد است واحد آن کیلوگرم بر متر مکعب است از این واحد برای محاسبه جرم، حجم یا کیفیت احتراق می‌توان استفاده کرد.

     4-2 چگالی نسبی: نسبت وزن به حجم مشخصی از مایع به وزن همان حجم از آب را می‌گویند.
     4-3 ویسکوزیته یا گرانروی: مقدار مقاومت داخلی یک سیال مایع برای جاری شدن است یعنی هر چه یک سیال مایع سریع‌تر و روان‌تر جاری شود گرانروی آن کمتر است.
این پارامتر در محاسبه پمپ‌ها و سوپاپ‌ها تاثیر گذار است و با زیاد شدن گرانروی عبور سیال سخت‌تر شدن و با کم شدن گرانروی احتمال نشتی و زیاد شدن دبی از حد مجاز وجود دارد.
5-سوخت در چند فاز وجود دارد؟
سوخت‌های مورد استفاده در مشعل‌ها در دو نوع کلی مایع یا گاز هستند البته مشعل هایی وجود دارند که سوخت آنها چوب یا ذغال سنگ است که مورد بحث ما نیست .
سوخت مایع مثل گازوئیل و مازوت
سوخت گاز مثل گاز مایع و گاز طبیعی یا شهری
 
6-گرمای ویژه: مقدار گرمایی است که برای بالا بردن دمای یک کیلوگرم سوخت مورد نیاز است واحد آن است( کیلوکالری/کیلوگرم- درجه 
سانتی‌گراد)  گرمای ویژه برای محاسبه انرژی مورد نیاز برای گرم کردن سوخت‌های مایع کاربرد زیادی دارد (مانند مازوت).
7-ارزش حرارتی: مقدار گرمایی است که از سوختن یک کیلوگرم سوخت جامد یا مایع و یا یک متر مکعب گاز خارج می‌گردد. ارزش حرارتی سوخت متداول مختلف را در جدول زیر می توانید ببینید. 

 
 
8-نقطه شبنم: اگر محصولات احتراق سرد شود گازهای حاصل از احتراق چگالیده شده و آب تولید می‌گردد این دما، دمای شبنم است نقطه شبنم به میزان اسیدی بودن گازهای حاصل از احتراق بستگی دارد.
9-نقطه کدری: دمایی است که در آن سوخت مایع شبیه پارافین می‌شود و دیگر روان نیست این دما برای نگهداری سوخت مایع در مناطق سرد سیری اهمیت دارد.
10-اکسید کننده: سوخت برای ایجاد احتراق نیاز به اکسیژن دارد که این اکسیژن معمولا از طریق هوا به آن داده می‌شود.
11-ناکس: همانطور که گفته شد برای ایجاد فرآیند اکسیداسیون سوخت نیاز به هوا است و به دلیل وجود نیتروژن در هوا، در محصولات احتراق No و No₂ (اکسید و دی اکسید نیتروژن) وجود دارد که به آنها ناکس گفته می‌شود.
مشعل‌های حرارتی به طور کلی با دو نوع سوخت مایع و گاز کار می‌کنند.
سوخت‌های مایع معمولا یا مازوت (نفت کوره) است یا گازوئیل و سوخت‌های گازی یا گاز طبیعی (شهری) است یا گاز مایع (LPG)
گاز طبیعی به طور عمده گاز متان است و گاز مایع ترکیبی از گاز بوتان و پروپان است.
نکته بسیار مهم در استفاده از گازهای مایع چگالی آن است با توجه به اینکه گاز مایع از هوا سنگین‌تر است اگر در فضای بسته نشتی به وجود آید در گودال‌ها و چاله‌ها جمع شده ، باعث آتش‌سوزی و انفجار میکند.
گاز مایع محصول فرعی از پالایش نفت خام است در حالت فشرده به صورت مایع است و با کاهش فشار به صورت گاز و حجم 250 برابر حالت مایع پیدا می‌کند.
فرمول شیمیایی احتراق گاز طبیعی
برای اینکه با محصولات احتراق بهتر آشنا شوید بهتر است قبل از هر چیز فرمول شیمیایی گاز طبیعی را بررسی کنیم برای اینکه موضوع را بهتر متوجه شوید گاز طبیعی را فقط شامل متان یا CH4 در نظر میگیریم.

گرما+CH₄+2o₂+8N₂→Co₂+2H₂o+8N₂

با توجه به اینکه هوا شامل 20% اکسیژن و 80% نیتروژن است معادله فوق موازنه می‌شود در معادله فوق متوجه می‌شویم نیتروژن بدون هر گونه واکنشی در محصولات احتراق قرار دارد و فقط مقداری گرما را به خود جذب می‌کند.
همینطور متوجه می‌شویم در محصولات احتراق مقداری آب وجود دارد که اگر دمای محصولات احتراق از حد مشخصی بالاتر باشد این آب به صورت بخار خواهد بود و اگر دما از این حد پایین‌تر بیایید به آب تبدیل شده و ایجاد خوردگی در بویلر و قطعات آن می‌کند.
در گاز طبیعی مقداری گوگرد به صورت SH2 وجود دارد که آنرا در معادله فوق نیاوردیم این گوگرد با آب خروجی از دودکش می‌تواند تولید اسید سولفوریک کند که خوردگی شدیدی در بویلر ایجاد خواهد کرد .بنابر این در بویلر‌های چگالشی که دمای دودکش معمولا حدود 50 درجه سانتی‌گراد است بویلر باید از جنس استیل یا مواد مقاوم در برابر اسید ساخته شود.
در مورد دیگ‌های چگالشی در مباحث مربوط به خود به طور کامل توضیح داده خواهد شد و یکی از علل اینکه ، بازدهی دیگ‌های فولادی و چدنی نباید از 80% بیشتر باشد همین مسئله است.
معادله شیمیایی گاز مایع
برای توضیح بهتر این موضوع گاز مایع را فقط شامل پروپان در نظر می‌گیریم.

گرما+C₃H₈+5O₂+20N_2→3Co₂+4H₂o+N₂

با بررسی معادله احتراق گاز مایع و گاز طبیعی متوجه می‌شویم که برای سوختن هر متر مکعب گاز طبیعی 10 متر مکعب هوا نیاز است و برای سوختن هر متر مکعب گاز مایع 25 متر مکعب هوا نیاز است به همین دلیل با تغییر نوع گاز میزان هوا دهی و مقدار خروج گاز از نازل باید تغییر کند.

دسته‌بندی مشعل
مشعل‌ها را به دو روش دسته‌بندی می‌کنند:
1- براساس نوع سوخت که به 5 دسته تقسیم می‌شوند.
1-1مشعل‌های گازسوز
1-2 مشعل‌های گازوئیل سوز
1-3 مشعل‌های مازوت سوز
1-4مشعل‌های دوگانه‌سوز (گاز و گازوئیل)
1-5 مشعل‌های چند گانه‌سوز (گاز و گازوئیل و مازوت)
2-بر اساس نوع عملکرد آنها
2-1مشعل‌های تک مرحله‌ای
2-2 مشعل‌های دو مرحله‌ای
2-3 مشعل‌های دو مرحله‌ای کدریجی
2-4 مشعل‌های مدولیتنگ
اجزای مشعل
قبل از اینکه در مورد انواع مشعل و قطعات آنها به طور دقیق صحبت کنیم لازم است اجزای مشعل را به طور کلی نام ببریم و در هنگام معرفی مشعل‌ها به بررسی این قطعات خواهیم رسید.
1-سیستم سوخت رسانی: که شامل شیرهای برقی، پمپ و پرش سوئیچهایی برای چک کردن وجود یا عدم وجود سوخت می‌باشند در این بخش براساس نوع سوخت یک نازل هم وجود دارد که وظیفه پاشش پودر کردن یا پخش کردن سوخت جهت مخلوط شدن آن با هوا وجود دارد.
2-سیستم هوارسانی: شامل یک موتور فن و پروانه جهت بالا بردن فشار هوا و رساندن اکسیژن کافی به سوخت جهت احتراق می‌باشد این بخش شامل یک دمپر یا دریچه هوا جهت تنظیم مقدار هوا دهی نیز می‌باشد.
3-سیستم احتراق: این بخش شامل تجهیزاتی جهت مخلوط شدن سوخت و هوا و همین طور ایجاد شعله پایدار با پایین‌ترین میزان آلودگی است.
4- کنترلر: کنترلر که در مشعل‌های کوچک به آن رله مشعل هم گفته می‌شود ، همان پردازشگر و مغز مشعل است که دو وظیفه کلی برعهده دارد.
   4-1 فرمان بازو بسته شدن شیر برقی، پمپ و روشن و خاموش شدن موتور فن.
   4-2 چک کردن صحت عملکرد تجهیزات و رسیدن سوخت و هوا در زمان مورد نظر.
5-جرقه زدن: شامل ترانس جرقه ، وایر های ارتباطی و الکترودهای جرقه برای ایجاد دمای مورد نیاز برای اشتعال و شروع احتراق است.
 
کنترلر و تجهیزات کنترلی
این بخش را می‌توان مغز و تجهیزات ایمنی مشعل در نظر گرفت که هر مشعل باید این تجهیزات را داشته باشد.
1-کنترلر که در مشعل‌های کوچک و ارزان قیمت به نام رله مشعل هم خوانده می‌شود یکی از اجزایی است که در قیمت تمام شده مشعل تاثیر زیادی دارد چون از قیمت خیلی پایین شروع و در کنترلرهای معروف شرکت زمینس تا بیش از 50 برابر قیمت رله‌های ارزان، قیمت می‌گیرد.
رله‌های مشعل در انواع ارزان قیمت معمولا برای مشعل‌های تک سوز گاز یا گازوئیل طراحی می‌شود و در رله‌های گران قیمت‌تر به صورت دوگانه سوز ساخته می‌شوند.
علاوه‌بر کنترلر تجهیزات دیگری برای چک کردن هر یک از پارامترهای مشعل نیاز است .
2-پرشر سوئیچ گاز: این قطعه حداقل فشار گاز ورودی به مشعل را چک می‌کند و در صورت کمتر بودن فشار گاز مشعل غیرفعال می‌شود.
پرشر سوئیچ هوا: فعال بودن فن و ایجاد فشار هوا از طریق آنرا چک می‌کند.
3-تجهیزات رویت شعله: این تجهیزات به صورت کلی به سه دسته تقسیم می‌شوند
  3-1میله یون: این قطعه فقط در مشعل¬های گازی برای وجود شعله قابل استفاده است.
  3-2 فتوسل: این قطعه فقط برای مشعل¬های گازوئیلی قابل استفاده است.
  3-3 یو وی سل: این قطعه قابلیت تشخیص شعله در مشعل‌های گاز، گازوئیل و مازوت را دارد.
تمام این تجهیزات در خروجی خود یک جریان در حد میکروآمپر ایجاد می‌کنند که کنترلر این جریان جزئی را دریافت و وجود شعله را تشخیص می‌دهد.
از لحاظ قیمت میله یون ارزان‌ترین روش رویت شعله و یو وی سل گران‌ترین روش رویت شعله می‌باشد.
تجهیز کنترلی بعدی که به کنترلر مشعل متصل می‌گردد ترموستات‌های حد هستند در واقع ترموستات دمای دیگ را براساس مقدار تنظیم شده چک می‌کند و با کم شدن دمای سیال دیگ فرمان روشن شدن مشعل را می‌دهد. برای یک دیگ ممکن است از یک یا چند ترموستات استفاده شود. به طور کلی اگر مشعل تک مرحله‌ای باشد با برق ورودی به کنترلر سری می‌شود و اگر مشعل چند مرحله‌ای باشد ترموستات شعله کوتاه  بین راه برق ورودی و ترموستات شعله بلند در پایه‌های مشخص شده کنترلر که در مورد آن صحبت خواهیم کرد قرار می‌گیرد.
4-نشت یاب: این تجهیز که پیش‌تر در مورد آن صحبت شد بین شیرهای مغناطیسی گاز قرار می‌گیرد و فرمان خروجی آن به کنترلر متصل می‌شود و کار اصلی آن اعلام نشتی شیرهای برقی است.
5-جرقه زدن: این قسمت مشعل شامل یک ترانس با ولتاژ خروجی حدودا 10000 ولت است که این ترانس از یک طرف برق 220 ولت می‌گیرد و خروجی آن به الکترودهای جرقه که کنار نازل سوخت قرار دارد متصل می‌شود. این الکترودها با فاصله کمی از یکدیگر قرار دارند و با عبور جریان جرقه‌ای بین آنها ایجاد می‌شود و گرمای اولیه مورد نیاز برای اشتعال به وجود می‌آید. جرقه‌زن همزمان با باز شدن شیر برقی فعال و چند ثانیه بعد از تشکیل شعله غیر فعال می‎شود. ترانس‌های جرقه برای زمان‌های کوتاه می‌توانند کار کنند معمولا کمتر از 30 ثانیه و در صورت کار کرد زمان مداوم بیشتر آسیب می‌بینند.

منبع