شیرآلات ایستگاه­های تقلیل دهنده فشار بخار بیمارستان ها

در بیمارستان ­ها و دیگر ساختمان­ هایی که از بخار برای تولید آبگرم، گرمایش محیط و غیره استفاده می­ نمایند، اگر به درستی طراحی شوند و ادوات آن­ها که اکثراً شامل شیرهای صنعتی و پروسه ­ای می­ گردد. متأسفانه از آنجایی­ که همه از نوع وارداتی و شاید انحصاری هستند، حتی در مقایسه با کل ادوات و تجهیزات کنترلی الکترونیکی پیشرفته ساخت بهترین سازندگان جهانی نظیر هانیول، زیمنس و غیره که به­ طور مثال برای کنترل تجهیزات گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع[1] و یا از آن نیز فراتر یک سیستم یکپارچه مدیریت ساختمان[2] به کار می ­رود گران­تر است، به ­طور مثال همان­طور که شرکت ­های گرامی مهندسان مشاور اطلاع دارند، می­ توان برای کاهش دادن فشار بخار از یک مجموعه کوچک شامل شیر کنترلی، سنسور و کنترلر به جای شیر فشارشکن بخار استفاده کرد که هم قیمت آن ارزان­تر می­ باشد و هم دارای دقت و برون­ داد مهم­تر و بیشتری است.

گرچه اکثراً شیرهای ایستگاه ­های تقلیل فشار بخار برای کاهش دادن بخار توصیه می­ گردد و از نظر کیفی دارای وضعیت بهتری نسبت به شیرهای وارداتی می­ باشند که همه آنها مثل تله ­های بخار فلوت و ترموستاتیک[3] و فشارشکن­ ها و آن­هم از نوع پیلوت­ دار نظیر DP17 توسط شرکت آفرش در ایران تولید می شود ولی در عوض آن­چه تاکنون به ایران وارد شده است و در بسیاری از پروژه ­ها نیز مصرف شده است از نوع فشارشکن­ های عملکرد مستقیم[4] است که دارای حجم و دقت کافی نسبت به فشارشکن های پیلوت­ دار نمی­ باشند و ترفند دیگر وارد کنندگان و دلالان این بوده است که برای ایستگاه ­های تقلیل فشار بخار که در آن­ها باید از شیرهای زیادی چون شیر فلکه گلوب[5] و یا کف فلزی، سوزنی و غیره جهت قطع و وصل بخار استفاده کرد برای آن­که سود بسیاری عاید شود از شیرهای فلکه بلوزدار[6] با پوشش آکاردئونی که ویژه کار در خطوط روغن است در پکیج خود استفاده کرده­اند که به هیچ وجه نیازی به استفاده آن در خطوط بخار نمی ­باشد و حتی خود شرکت تولید کننده که مرکز آن در انگلیس می باشد ولی البته محصولات آن در هند تولید می شود در هیچ ­یک از مشخصات ایستگاه تقلیل فشار بخار[7] خود ذکری از شیرهای فلکه بلوزدار[8] بعمل نمی آورد.و بی گمان این شیرهای بسیار گران فقط توسط فروشندگانی به پروژه ها ارایه می گردد که از این طریق می توانند سودهای سرشاری برای خود و دیگران بدست آورند.

در واقع آنچه می توان گفت این است که قیمت این نوع شیرها در حدود 5 تا 10 برابر شیر های با کیفیت سوپاپی است که بطور مثال از سایز 0.5 تا 8 اینچ و با فشار کاری PN16 با مارک UHS آلمان بوسیله شرکت آفرش عرضه می گردد که از همه نظر برتری بسیاری به وارداتی های مشابه از نظر قیمت و کیفیت دارد.

کاهش فشار بخار

چرا باید نخست فشار بخار را در دیگ­های بخار به حداکثر رساند و سپس آن را توسط فشارشکن­ ها کاهش داد؟! 

و چرا باید فشاربخار تولید شده توسط دیگ بخار کمی بالاتر از درجه فشاربخار مصرفی توسط مصرف کننده بخار در  تجهیزات دیگر باشد، و چرا تولید بخار با فشار پایین برخلاف آنچه بسیاری از سرپرست ها و مدیران تأسیسات می اندیشند نه تنها باعث عمر بیشتر دیگ و سلامت شیرها و خطوط بخار نمی­ شود که برعکس همه­ ی آن­ها را در مدت زمان نسبتاً کوتاهی از کار می ­اندازد و حتی باعث کاهش راندمان کاری دستگاه ها مصرف کننده بخار مثل مبدل­ های حرارتی، اتوکلاوها و غیره در موتورخانه بیمارستان­ ها و دیگر صنایع می­ شود.

تولید بخار با حداکثر فشار توسط دیگ­ های بخار و کاهش بخار خروجی به محض وارد شدن به خطوط اصلی دارای منطقی پذیرفته شده است که قدمت چندین ساله دارد. همه ­ی دست­اندرکاران صنعت تولید بخار، و به ­ویژه مهندسین و تکنسین هایی که عمری را در موتورخانه ­های تولید بخار گذرانده ­اند، با واژگانی چون MAWP که برگرفته از Maximum Allowable Working Pressure می ­باشد آشنایی دارند، واژگانی که معنی آن به فارسی عبارت است از: «حداکثر فشار مجاز کاری» می باشد و همچنین هریک از وسایل و تجهیزاتی که با بخار سر و کار دارند و از آن برای تولید آب­گرم در ساختمان­ ها و به ­ویژه بیمارستان­ ها استفاده می کنند، نظیر مبدل­ های حرارتی، که در آن ها بخار با جریان یافتن در کویل­ ها یا لوله ­های یو (U) شکل موجب گرم شدن آب مخزن اطراف آن  می ­شود، و وسایلی چون دستگاه ­های ضدعفونی­ کننده یا استرلایزرها[9] و یا وسایلی که از بخار برای گرمایش ساختمان­ ها استفاده می کنند، و بسیاری دیگر دارای فشار مجاز کاری حداکثری[10] هستند که این به معنی استفاده از بخاری است که نباید فشار آن از این حد ماکزیمم بالاتر باشد و لذا می باید بخار تولید شده در دیگ بخار را که به مصرف این دستگاه­ ها می­ رسد نخست به دلایلی که ذکر خواهد شد اول تا حد فشارکاری دیگ که بالاتر از دیگر تجهیزات است تولید نمود و سپس این بخار را که جریان پرفشار یا بالادستی[11] نامیده می ­شود را به­ وسیله شیرهایی که فشارشکن بخار نام دارند را در حد قابل قبول و تعیین شده کاهش داد، تا صدمه ­ای به وسایل مصرف کننده بخار وارد نشود اما باید متوجه بود که این کار ساده­ای نیست یا به همین سادگی نیست زیرا فشارشکن ها نمی­ توانند به تنهایی به کاهش بخار خروجی از دیگ بپردازند، حتی اگر هم کاهش بخار امکان پذیر باشد، اما ارسال بخار با کیفیت بالا و موردنظر نیاز به یاری گرفتن از شیرآلات و وسایل دیگری دارد که تجمیع آن­ها در خط بخار که ایستگاه تقلیل فشاربخار نامیده می­ شود خود بیانگر نیاز به هماهنگی میان این ادوات است که ما باید به شرح هریک از آن­ها بپردازیم.

تنوع دیگ­ های بخار

دیگ­ های بخار از نظر ظرفیت و فشارکاری به دو گروه کلی تقسیم می ­شوند:

 دیگ­ های بخار نوع فایر تیوب 4 یا پکیج که شعله مشعل از درون لوله­ های چندی گذشته و به حجمی از آب که در اطراف آن­ها و یا درون مخزن دیگ وجود دارد به تبادل حرارت می ­پردازد و در زمانی معین آب را تبدیل به بخار می سازد، البته باید گفت که این دیگ­ها در دهه­ های اخیر بسیار متحول شده ­اند و با داشتن سه ردیف یا طبقه از لوله­ های حامل شعله به دلیل سه برابر شدن سطح حرارتی از یک سوی و این­که حتی کوره اصلی دیگ نیز به شکل آکاردئونی در آمده است که در آن سطح حرارتی بیشتری وجود دارد لذا دیگ­ های نوع فایر تیوب یا پکیج دارای راندمان بسیار بالاتری نسبت به نوع خود در سال های 50 میلادی می­ باشند که فقط دارای یک ردیف از مجتمع لوله­­ های شعله ­بر بودند و کوره آن­ها نیز به دلیل آکاردئونی نبودن دارای سطح حرارتی کمتری بود.

دیگ­ های بخار از نوع فایر تیوب از نظر میزان بخاردهی بر ساعت محدود به 22500 lb/hr.  (بیست و دو هزارو پانصد پوند بر ساعت یا حدود 10 تن بخار در ساعت) می­ باشند و فشارکاری آن­ها عبارت از 2/10 بار می­باشد.

دیگ­های نوع واتر تیوب[12] 

دیگ­ های نوع واتر تیوب دارای تفاوت­ های عمده­ای با نوع فایر تیوب می­ باشد که آن عبارت از گذر آب از داخل لوله ها و وجود شعله در بیرون لوله­ ها است که می­ تواند در مجموعه­ های جداگانه ­ای ساخته شده و سپس به هم متصل شوند تا بتوان حجم تولید بخار را بسیار فراتر از دیگ ­های نوع فایر تیوب یعنی به 100،000 پوند بر ساعت رساند، دیگر تفاوت این دیگ ­ها با نوع فایر تیوب این است که می ­توان از آن­ها فشاری بیشتر از 2/10 بار را انتظار داشت و لذا می ­توان نیاز نیروگاه­ های بخار را هم که نیاز به حجم بالای بخار و فشار دارند، را تأمین نمود.

شیرهای فشارشکن بخار

محصولاتی که بهترین نوع آن یعنی پیلوت دار دیافراگمی در کارخانه ماشین سازی آفرش ساخته می شود.

اکثر دیگ ­های بخار چنان طراحی شده ­اند تا بتوانند در فشار نسبتاً بالایی کار کنند، معمولاً بالاتر از فشار بخاری که در دستگاه ­ها مورد نیاز می ­باشد، البته دلایل بسیاری وجود دارد که چرا نباید دیگ ­های بخار دارای فشارکاری پایینی باشند. نخستین دلیلی که بر این منطق کاری دیگ­ های بخار وجود دارد این است که این موجب کاهش راندمان و ایجاد پتانسیل زیاد برای ایجاد مقوله ­ای به نام Carry Over می ­شود که آن به معنی همراه شدن آب کندانس با بخار به هنگام خروج بخار از دیگ است و ساده ­تر این­که بخار مرغوبیت خود را که یکی خشک بودن است از دست داده و آمیزش و همراهی آب با بخار موجب تولید بخارتر می­ شود و به این دلیل لازم است که برای کسب بالاترین راندمان در دیگ­ های بخار و حفظ و نگهداری این وضعیت، کار دیگ ها را براساس حداکثر توانایی آن استوار نمود و اجازه داد که دیگ­ ها به تولید بخار خشک بپردازند. 

اما از آن­جایی که دیگر دستگاه ­های سرویس ­دهنده در موتورخانه ها و به ­ویژه بیمارستان­ ها با بخار فشار متوسط یا پایین کار می­ کنند لذا باید فشار بخار تولید شده را در همان محل کاهش داد که این مهم توسط شیرهای فشارشکن انجام می­ گیرد. البته باید توجه داشت که این سیستم یعنی تولید بخار با فشار بالاتر از فشار مورد نیاز دستگاه ­های مصرف کننده، مثل دستگاه­ های استرلیزه، مبدل­ های حرارتی و دیگر دستگاه ­ها و ادوات سیستم­ های گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع [13]شرایطی فراهم می­ کند تا بتوان از لوله­ ها با قطر کوچک­تری برای توزیع بخار و رساندن آن به مصرف کنندگان استفاده کرد، که البته هم صرفه­ جویی در هزینه را به همراه دارد و هم حرارت کمتری بتوسط لوله­ ها از دست می­ رود و می­ توان با رساندن بخار با فشار پایین ­تر به دستگاه ­ها ایمنی آن­ها را نیز حفظ نمود، زیرا که این دستگاه ­ها دارای تحمل ­پذیری محدودی در برابر فشار بخار هستند، یعنی در واقع هریک از وسایل مصرف­ کننده بخار دارای استانداردهای سختی برای فشارکاری مجاز خود هستند که نباید از آن تجاوز نمود. دلیل دیگر راندمان انرژی برای تقلیل و کاهش فشار بخار عبارت از این است که مقدار گرمای ویژه یا گرمای نهفته[14] بخار در فشار پایین بیشتر  می باشد.

 البته آن­چه گفته شد تنها دلیل بایسته برای این که چرا باید فشار بخار را کاهش داد نیست زیرا که درجه حرارت بخار اشباع[15] بوسیله  فشار آن تعیین می­ گردد. دیگر این­که گرچه کنترل میزان فشار به سادگی انجام می ­شود اما می توان روش مؤثری برای کنترل دقیق درجه حرارت باشد که می­ توان از این روش در استریلایزرها[16] و کنترل درجه حرارت سطح خشک­ کن­ ها[17] استفاده کرد. شیرهای فشارشکن بخار که در دهه­ های اخیر متداول می باشد عبارت از فشارشکن های عملکرد مستقیم مشابه AFA152A و فشار شکن های پیلوت­ دار نوع دیافراگمی مشابه AFADP17 است که هر دو در شرکت آفرش تولید می­ گردد و لذا بایسته است که با شرح مختصری که از عملکرد هر یک  به طور اختصار می آوریم شما را در انتخاب آنچه مورد نیاز در پروژه­ ها می­ باشد یاری رسانیم.

شرح مختصری از کار فشارشکن­ های عملکرد مستقیم  

 شیرهای فشارشکن با عملکرد مستقیم[18]دارای ساده ­ترین طراحی در میان دیگر فشارشکن­ ها هستند (شکل AFA152A)در اینجا بخار یا فشار کاهش یافته[19] وارد فشارشکن شده و به قسمت دیافراگم اثر می­ گذارد و موجب مقابله با نیروی فنر می­ گردد که حاصل آن باعث باز شدن مجرای شیر اصلی[20] و خروج بخار به سوی مصرف می­ گردد. سناریوی عملیاتی این فشارشکن­ ها چنین است که اگر شیر بخواهد از وضعیت باز به بسته برسد نیاز به ایجاد فشار در زیر دیافراگم  دارد تا بتواند نیرویی در جهت مخالف نیروی فنر ایجاد نماید تا بتواند باعث تغییرات گریز ناپذیر فشار بخار تقلیل یافته گردد، موردی که در زمان بسته بودن کامل شیر و یا نیمه باز بودن آن به بالاترین درجه خود می رسد و به هنگام نیاز به میزان بخار بیشتر به حداقل تبدیل می­ گردد.

در اینجا فشار بیرونی که در زیر دیافراگم قرار دارد کوشش می­ کند تا همانند فشار ورودی که در زیر خود شیر اصلی وجود دارد موجب بسته شدن شیر شود اما درواقع لازم است که فنر کنترل­کننده دارای چنان قدرتی باشد که بتواند اثرات هردو فشار، یعنی فشار ورودی و تقلیل یافته را به هنگامی که فشار بخار کاهش یافته و تنظیم شده است را ثابت نگهدارد.

آن­چه در این­گونه فشارشکن­ ها باید مدنظر قرار گیرد این است که هر تغییر و نوساناتی در بخار ورودی موجب تغییر در نیرویی که تولید کرده می ­شود که در نتیجه بر فشار بخار تقلیل یافته نیز تأثیر خواهد گذارد. بی­ گمان فشارشکن­ های عملکرد مستقیم دارای مختصات و کاربردهای قابل قبولی برای تقلیل فشار بخار در موتورخانه ­ها می باشد و می ­توانند براساس نوع طراحی خود خدماتی ارائه دهند که به باور کارشناسان بهترین آن در زمانی است که بخواهیم فشار را از یک درجه بالا و به سادگی تقلیل دهیم و سپس پهنه آن را به ­وسیله فشارشکن های دیگر یعنی فشارشکن های پیلوت دار به فشار مورد تقاضا و دقیق رسانده  و ثابت نگه داریم.

 

 مرکز فناوری آفرش

Afaresh Technology Center

دکتر عباس اکبری 

[1] HVAC

[2]BMS

[3]Flout & Thermostatic (F&T) 

[4]Direct Acting

[5] Globe 

[6]Bellows

[7]Steam Reducing Station

[8]Bellows

[9]Sterilizers

[10]MAWP

[11]Up Stream

4 Fire Tube

[12]Water Tube Boilers

[13]HVAC

[14]Latent Heat

[15]Saturate Steam

[16]Sterilizers

[17]Dryers

[18]Direct Acting Control Valve

[19]Down Stream

[20]Main Valve