التدريب على حساب سعة غلاية الزيت الساخن بناءً على معدل التدفق وΔT ونوع العملية
الصيغ؛ أمثلة صناعية (البيتومين/الغذاء/النسيج)؛ أخطاء الحجم الشائعة
إن القياس الصحيح لسعة غلاية الزيت الساخن هو أساس تصميم نظام تسخين فعال واقتصادي. بأسلوب تعليمي، تقدم هذه المقالة للمهندسين ومديري صناعات البيتومين المفاهيم والصيغ الرئيسية والخطوات العملية لحساب القدرة المطلوبة. والهدف النهائي هو التحديد الدقيق للطاقة الحرارية المطلوبة (بالكيلو سعر حراري في الساعة) لضمان الأداء الأمثل لخط الإنتاج.
تعريف المعلمات الأساسية في اختيار القدرات
قبل الدخول في الحسابات، يجب تحديد المعلمات الأساسية للنظام:
- الحمل الحراري للعملية ($Q_P$): إجمالي الطاقة المطلوبة لتسخين المواد الخام والحفاظ على درجة حرارة المعدات.
- فقد الحرارة البيئية ($Q_L$): فقدان الحرارة من خلال الجسم المعزول للغلاية والأنابيب وخزانات التخزين.
- الكفاءة الحرارية (${\eta}$): الكفاءة لتحويل الوقود إلى طاقة مفيدة في الغلاية (عادة بين 0.85 و 0.92).
- عامل الأمان: عامل لتغطية التقلبات في الاستهلاك أو فقدان الكفاءة بمرور الوقت (عادة من 10 إلى 20 بالمائة).
السعة النهائية المطلوبة للغلاية ($Q_{\text{Boiler}}$) هي دالة لمجموع هذه المعلمات.
صيغ التصميم الرئيسية
يتم حساب السعة المطلوبة للغلاية (بالكيلو كالوري في الساعة) من خلال المعادلة التالية:
[ Q_{\text{Boiler}} = \frac{Q_P + Q_L}{{\eta} \times SF} ]
حيث $SF$ هو عامل الثقة (على سبيل المثال، 1.15 للثقة بنسبة 15%).
حساب الحمل الحراري للعملية ($Q_P$)
يتكون $Q_P$ من جزأين رئيسيين: تسخين المواد الخام والحفاظ على درجة الحرارة.
1. التسخين:
إذا كان من الضروري تسخين كتلة من المادة (مثل البيتومين) بكتلة $M$ (كجم)، مع اختلاف في درجة الحرارة قدره $\Delta T$ (مئوي) في وقت معين $t$ (ساعات)، يتم حساب الطاقة المطلوبة على النحو التالي:
[ Q_{\text{Heat}} = \frac{M \times C_p \times \Delta T}{t} ]
حيث $C_p$ هي السعة الحرارية النوعية للمادة (حوالي 0.5 كيلو كالوري/كجم درجة مئوية للقار).
2. صيانة الحرارة:
يهدف هذا الحمل الحراري إلى تعويض فقدان الحرارة من الخزانات وخطوط الأنابيب عند درجة حرارة التشغيل. ويجب الحصول على هذه القيمة من خلال جدول المواصفات الفيزيائية للمعدات أو القياس التجريبي.
مثال عددي لمصنع قار ذو استهلاك حراري محدد
لنفترض أن مصنع أسفلت يحتاج إلى ما يلي:
- تسخين يومي 50 طن قار من 20 درجة مئوية إلى 160 درجة مئوية خلال 8 ساعات عمل.
- المحافظة على درجة الحرارة العامة للنظام (الخزانات والأنابيب) عند 160 درجة مئوية، وهو ما يعادل فقدان حرارة ثابت قدره 500,000 كيلو كالوري/ساعة.
- الكفاءة الحرارية المتوقعة للغلاية: ${\eta} = 0.90$.
- عامل الثقة: $SF = 1.15$.
الخطوة 1: حساب حمل التسخين الأولي (التسخين):
كتلة البيتومين $M = 50,000 \text{kg}$. $\دلتا T = 160 - 20 = 140^\circ\text{C}$. $C_p = 0.5$. وقت الإحماء $t = 8 \text{hours}$.
[ Q_{\text{Heat}} = \frac{50,000 \times 0.5 \times 140}{8} = 437,500 \text{ kcal/h} ]
الخطوة 2: حساب حمل صيانة الحرارة:
[ Q_{\text{الخسارة (الإجمالي)}} = 500,000 \text{ kcal/h} ]
الخطوة 3: حساب إجمالي الحمل الحراري المطلوب للعملية ($Q_P$):
[ Q_P = Q_{\text{Heat}} + Q_{\text{الخسارة (الإجمالي)}} = 437,500 + 500,000 = 937,500 \text{ kcal/h} ]
الخطوة 4: حساب السعة النهائية للغلاية:
[ Q_{\text{Boiler}} = \frac{937,500}{0.90 \times 1.15} \approx 1,138,759 \text{ kcal/h} ]
لذلك يجب أن تكون سعة غلايات الزيت الساخن المطلوبة 1.14 مليون سعر حراري في الساعة على الأقل.
الأخطاء الشائعة في الحسابات وطريقة تصحيحها
- تجاهل فقدان الحرارة من الأنابيب: يمكن أن تؤدي الأنابيب الطويلة بين الغلايات والخزانات إلى فقدان حمل كبير. التصحيح: احسب دائمًا فقدان الحرارة للأنابيب بشكل منفصل وأضفه إلى $Q_L$.
- اختيار كفاءة مفرطة في التفاؤل: استخدم كفاءة 95% لغلاية تعمل فعليًا بالزيت القديم. التصحيح: استخدم دائمًا الكفاءة الفعلية للنظام (استنادًا إلى شهادة الشركة المصنعة) وقم بتضمين عامل الأمان.
- لا يشمل وقت التوقف (وقت الدفعة): إذا كان الإنتاج دفعة واحدة (دفعة)، فيجب توقيت وقت التسخين بشكل صحيح في الحسابات.
استخدام برامج الحساب الهندسي
تستخدم الشركات ذات السمعة الطيبة مثل Vachar Niro برامج متخصصة تعتمد على معايير ASME أو TEMA لمحاكاة تدفق الحرارة ونقل الحرارة في الملفات والضغوط الحرارية بحيث تظل السعة المحسوبة مستقرة في البيئة الحقيقية.
الأسئلة الشائعة حساب السعة
- هل يؤثر نوع الوقود (ديزل أو غاز طبيعي) على السعة المحسوبة؟
لا يؤثر نوع الوقود بشكل مباشر على القدرة الحرارية للغلاية (كيلو كالوري) ولكنه يؤثر على الطاقة المدخلة المطلوبة للموقد وتكلفة التشغيل، لأن القيمة الحرارية للوقود مختلفة. - ما المقصود بعامل الموثوقية (SF) في قياس السعة ماذا هل هو كذلك؟
عامل الأمان هو هامش للتعويض عن حالات عدم اليقين أو فقدان الكفاءة أثناء عمر الجهاز أو الاحتياجات المؤقتة غير المتوقعة (مثل بدء العمل عند درجة حرارة محيطة منخفضة جدًا). - ماذا يحدث إذا اشترينا غلاية أكبر من السعة المطلوبة؟ ركوب الدراجات). وهذا يقلل من الكفاءة ويزيد من تآكل أجزاء الشعلة ويؤدي إلى ترسب الكربون في الملفات.