سیستم وکیوم (اجکتور چند مرحله)
اجکتورهای بخار (Steam Ejector ) از کارآمدترین ، مطمئن ترین و کم هزینه ترین تجهیزات تولید خلاء محسوب می شوند . مجموع مزایا ،توانایی ها و هم چنین وسعت محدوده کاربری آن ها باعث استفاده گسترده از آن ها در صنایع گوناگون گردیده و جایگاهی منحصر به فردرا برای آن ها به همراه داشته است .هم چنین در مواردی که سیستم تولید خلاء بایستی به طور دائم و ۲۴ ساعت در حال کار باشد اجکتورهای بخار قطعاًبهترین انتخاب می باشند.
مزایا
۱- ساده و کارا همراه با ضریب اطمینان بالا
۲- عدم نیاز به تعمیر و نگهداری
۳- عدم وجود اجزاء متحرک و مستهلک شونده
۴- مقاومت در برابرخوردگی مواد شیمیایی در مقایسه با سایر انواع پمپ ها
۵- قیمت اولیه مناسب
۶- نصب و راه اندازی راحت و سریع
۷- عمر طولانی
۸- ابعاد کوچک ،مناسب نصب در مکان های دور از دسترس
۹- ایده آل جهت کاربردهای خطرناک ، سمی و مواد خورنده
۱۰- وجود تنوع در جنس و آلیاژهای مورد مصرف جهت ساخت مانند؛ انواع استنلس استیل ، فولاد ، تیتانیم ، چدن ، برنج و برنز
نحوه عملکرد
اجزاء تشکیل دهنده یک اجکتور بخار عبارتند از :
۱- نازل بخار……………..( Steam Nozzle )
۲- محفظه اختلاط………………..(Mixing Con )
۳- محفظه مکش ………………(Suction Chamber )
۴- گلوگاه …………………(Throat )
۵- شیپور تخلیه ……………………Discharge Con ) )
– بخاردارای فشاروارد نازل بخار شده و دراثرعبور از نازل ، فشار بخار کاهش یافته و سرعت آن افزایش می یابد ،به عبارت دیگر فشار بخار تبدیل به شرعت می گردد (تبدیل انرژی پتانسیل به انرژی جنبشی ).
– کاهش فشار بخار خروجی از نازل با ایجاد مکش در دهانه ورودی محفظه مکش و ورود سیال همراه می باشد .
– بخار خروجی از نازل که دارای سرعت بسیار بالایی می باشد در قسمت اختلاط با سیال مکیده شده مخلوط شده و مقداری از انرژی خود را به آن منتقل می نماید . در نتیجه مخلوط بخار وسیال مکیده شده با سرعتی یکسان به سمت گلویی حرکت می نماید . – سرعت مخلوط فوق در قسمت گلویی در اثر ایجاد شوک کاهش یافته و مجدداً فشار آن افزایش می یابد به عبارت دیگر انرژی جنبشی مخلوط تبدیل به انرژی پتانسیل می گردد (عکس عمل نازل ).
– در قسمت تخلیه جهت تطابق فشار بخارات خروجی از اجکتوربا فشار پشت اجکتور ، مجدداً مقداری ازسرعت بخارات تبدیل به فشار شده به طوری که فشار خروجی کاملاً منطبق با فشار پشت اجکتور گردد .
اجکتورهای چند مرحله
نسبت فشار تخلیه یک اجکتور به فشارمکش آن (Pc/Pe ) ، به طورمعمول در محدوده ( ۲-۸ ) بوده و هر اجکتور برای نسبت ثابتی طراحی می گردد.در مواردی که نیاز به نسبتی بیش از محدوده فوق باشد ، می توان با سری نمودن چند اجکتور نسبت لازم را ایجاد نمود.اجکتوربخاریک مرحله ای توانایی ایجاد خلاء از ۱۰۱Kp (فشار اتمسفر) تا ۴kp مطلق را دارا می باشند ولی به طور معمول حداکثر تا فشار ۲۰kp مطلق مورد استفاده قرار می گیرند .جنس نازل بخار معمولاً استنلس استیل می باشد و سایر قسمت ها را با توجه به کاربرد می توان از آلیاژهای مانند انواع استنلس استیل ، فولاد ، تیتانیم ،چدن ، برنج و برنز انتخاب نمود.در مکان هایی که بخار موجود می باشد اجکتورهای بخار را می توان به عنوان جایگزین مطمئن پمپ های وکیوم رینگ آب (Liquid Ring ) استفاده نمود و مشکلات این سری پمپ ها نظیر نیاز دائم به نگهداری و تعمیر قسمت های دوار در اثر فرسودگی را به راحتی برطرف نمود .اجکتورهای بخار بر حسب شرایط مورد نیاز، طراحی و ساخته می شوند . معمولاً در زمان کار فشار بخار محرک و فشار تخلیه تغییرات محسوسی ندارد ولی بر حسب شرایط کار میزان جرم سیال در قسمت مکش تغییر می نماید . به طور مثال در صورتی که اجکتور بخار بر روی کندانسور یک سیستم تغلیظ نصب شده باشد دراثر افزایش و یا کاهش دمای آب ورودی به کندانسور میزان بخارات خروجی از کندانسور که بایستی توسط اجکتور بخار کشیده شده و به اتمسفر تخلیه گردد نیز ، زیاد و کم می گردد . افزایش و کاهش جرم سیال در قسمت مکش اجکتور، تأثیر مستقیم بر روی میزان خلاء دارد
از اجکتورهای بخار یک مرحله برای ایجاد خلاء اولیه در بعضی تجهیزات مانند کندانسور نیروگاه و یا موارد دیگر نیز استفاده می گردد . معمولاً اجکتورهای را که برای این منظور مورد استفاده قرار می گیرند را اجکتور راه انداز (Hogging ) می نامند . در این موارد زمان رسیدن به خلاء مورد نیاز ، پارامتراصلی طراحی اجکتور می باشد . ظرفیت مکش برحسب خلاء مورد نیاز و زمان رسیدن به آن مشخص می شود .
اطلاعات لازم جهت سفارش
۱- دما و فشار بخار محرک
۲- دما ، فشار ، دبی ، جرم مولکولی و جرم حجمی سیال در قسمت مکش
۳- فشار در قسمت تخلیه
۴-اطلاعاتی که برای سفارش دهنده اهمیت دارد مانند جنس بدنه و نازل ، حجم سیستمی که بایستی خلاء شود ویا زمان رسیدن به خلاء مورد نیاز .
اجکتورهای چند مرحله
برای رسیدن به فشار مکش پایین بایستی از ۲یا چند اجکتور که به صورت سری با یکدیگر مرتبط می باشند استفاده نمود . با سری نمودن دو مرحله اجکتور حداکثر تا ۴mbar و با سری نمودن سه مرحله حداکثر تا ۱mbarمی توان خلاء ایجاد نمود .
در سیستم های چند مرحله ای ، بر حسب امکانات موجود و شرایط کار در بین مراحل مختلف ، می توان از کندانسوراستفاده نمود . هدف از تعبیه کندانسور کاهش مصرف به دو دلیل ایجاد می گردد :
۱- با کندانس نمودن بخارات خروجی از اجکتور مرحله اول ، میزان مکش اجکتور دوم و در نتیجه میزان بخار مصرفی آن کاهش می یابد .
۲- هوا و سایر گازهای غیر قابل کندانس را سرد نموده و بار وارده بر اجکتور مرحله بعد را کاهش می دهد . معمولاً در ظرفیت های پایین که هزینه اولیه دستگاه مهم تر از هزینه جاری باشد یا امکان تهیه آب خنک کننده جهت کندانسور وجود نداشته باشد ، کندانسور بین مراحل حذف می گردد .اما در حالت کلی استفاده از کندانسور بسیار مقرون به صرفه می باشد .
انواع کندانسورهای مورد استفاده
۱- کندانسور تماس مستقیم
در این نوع کندانسور بخار مستقیماً با آب سرد کننده (Cooling water ) برخورد نموده و گرمای خود را به آب انتقال می دهد ، این عمل سبب تقطیر بخار ( تبدیل بخار به مایع) شده و دمای آب را افزایش می دهد . مخلوط بخار تقطیر شده و آب گرم شده از انتهای کندانسور خارج می گردد و برای سرد شده به برج خنک کن منتقل می شود . این نوع کندانسور به سرویس و نگهداری نیازی ندارد ، طول عمر آن زیاد می باشد و نسبت به سایر کندانسورها از راندمان بیش تر و قیمت اولیه کمتر برخوردار می باشد .
۲- کندانسور سطحی
این کندانسوراز نوع (Shell & Tube ) می باشد ، آب درون لوله های مبدل جریان دارد و بخار نیز داخل پوسته و در پشت لوله ها می باشد. در اثر تماس بخار با سطح خارجی لوله ها ، بخارگرمای خود را به آب درون لوله ها منتقل می کند و تبدیل به مایع می گردد . مهم ترین مزیت این مدل کندانسور ، عدم ترکیب آب خنک کننده با مایع تقطیر شده می باشد .
۳- جت کندانسور
جت کندانسور در واقع ( Pump Water Jet Vaccum ) می باشد که اصول عملکرد آن دقیقاً شبیه اجکتورهای بخاراست با این تفاوت که سیال محرک آن به جای بخار ، آب تحت فشار می باشد .
کندانسور عموماً در سه موقعیت زیر مورد استفاده قرار می گیرد :
۱- کندانسور میانی یا اصلی
در بین مراحل مختلف اجکتور قرارگرفته و هدف از آن ها همان گونه که قبلاً ذکر شد کاهش بار وارده به اجکتورهای بعدی و در نتیجه کاهش مصرف بخار آن ها می باشد .
۲- پیش کندانسور
درمواردی که در مخلوط مکش شده اجکتورها، نسبت بخارات قابل کندانس به بخارات غیر قابل کندانس زیاد می باشد ، برای کاهش مصرف بخار اجکتورها بهتر است یک کندانسور بارومتریک یا سطحی به عنوان پیش کندانسور ، قبل از ورودی اجکتور تعبیع گردد .
۳- پس کندانسور
درقسمت تخلیه اجکتور مرحله |آخر نصب می گردد و بخارات خروجی به دلیل بازیافت و تبدیل مجدد به آب و هم چنین کاهش صدا در آن تخلیه می گردد .
نحوه نصب کندانسورها
۱- بارومتریک
۲- سطح پایین یا شبه بارومتریک
۳- نصب غیر بارومتریک
نصب غیر بارومتریک به سه صورت امکان پذیر است :
۱- Water Ring Jet Steam :
در این حالت مینیمم ارتفاع نصب فقط به گونه ای در نظر گرفته می شود که از وقوع کاویتاسیون در پمپ جلوگیری کند .
۲- استفاده از تانک کندانس :
در حالتی که کارکرد دائم سیستم مد نظر نباشد می توان با تعبیه یک تانک کندانس این کار را انجام داد . این حالت فقط برای کندانسور سطحی قابل استفاده است .
۳- استفاده از جت کندانسور :
در این حالت دیگر نیازی به نصب سیستم یا استفاده از پمپ نمی باشد .
اثر دمای آب کندانسوربر عملکرد سیستم خلاء
باافزایش دمای آب سرد کننده(Cooling water ) عمل کندانس درکندانسورها به خوبی انجام نمی شود و لذا فشار کندانسورها افزایش می یابد ، این افزایش فشار روی عملکرد اجکتور تأثیر منفی می گذارد و سبب افت خلاء می گردد .در چنین شرایطی برای تأمین خلاء مورد نیازباید فشار بخار را افزایش داد که سبب افزایش مصرف بخار می گردد . هر چه خلاء نهایی ایجاد شده در سیستم بیش تر باشد این تأثیر بیش تر دیده می شود .
اجکتورهای دومرحله ای و سه مرحله ای
محدوده خلاء قابل دست یابی با دو مرحله بین ۴mbar تا ۱۶۷ mbar می باشد که بر حسب شرایط گاهی در محدوده ۱۶۷ mbar استفاده از یک مرحله و در محدوده ۴mbar استفاده از سه مرحله مقرون به صرفه است . هم چنین محدوده خلاء قابل دست یابی برای سه مرحله بین ۱-۳۴ mbar می باشد که در این حالت نیز در محدوده ۳۴mbar استفاده از دو مرحله و در محدوده۱mbar استفاده از چهار مرحله از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه است .
در سیستم دو مرحله ابتدا اجکتور مرحله اول (خلاء بالا) سیال مکش را فشرده کرده و به یک فشار میانی کمترازفشار اتمسفر می رساند و سپس اجکتور دوم (خلاء پایین تر ) آن را تا فشاراتمسفرفشرده می کند . در سیستم سه مرحله ای دو فشار میانگین وجود دارد .این فشارهای میانی برحسب شرایط کارکرد متفاوت بوده و طراحی بر اساس بهینه ترین حالت انجام می شود . بر اساس شرایط محیطی و شرایط کارکرد سیستم و امکانات موجود ، کندانسورسطحی یا بارومتریک در موقعیت های کندانسور میانی یا پس کندانسور و پیش کندانسور و موقعیت های نصب گوناگون در نظر گرفته می شود . اجکتورهای چهار و پنج و شش مرحله ای
محدوده خلاء های قابل دست یابی برای مراحل چهار و پنج و شش مرحله ای به شکل زیر است :
– اجکتور چهار مرحله ای : ۱-۵٫۳mbar
– اجکتور پنج مرحله ای : ۰٫۰۱۳-۰٫۵ mbar
– اجکتور شش مرحله ای : ۰٫۰۰۴-۰٫۱۳۲ mbar
سیستم های چهار و پنج و شش مرحله ای معمولاً به ترتیب شامل ۲و۳و۴ بوستر، دو کندانسور تماس مستقیم یا سطحی ودو عدد اجکتورمرحله یک و دو می باشد . برای جلوگیری از تشکیل شدن یخ در گلوئی مراحل چهار به بالا لازم است خارج دیفیوز این اجکتورها یک Jacket گرمایی در نظر گرفته شود .
سیستم خلاء پنج مرحله ای همراه کندانسور های بارومتریک ( اجکتور مرحله پنج دارای Jacket گرمایی می باشد )
