הכול על מלכודות קיטור

מאת מהנדס ארז קנטור *

מלכודות הקיטור עונות על צורך בסיסי בכל מערכת קיטור בתעשייה והוא, ההפרדה בין קווי הקיטור לבין מי העיבוי. מטרת המלכודת היא סילוק מי העיבוי הנוצרים כתוצאה מהחום הנפלט מהקיטור מעצם זרימתו, או כתוצאה מהחלפת חום. המלכודת צריכה לבצע את ההפרדה הזו ולהעביר מי עיבוי בלבד, בצורה אוטומטית, תוך שימוש בעקרונות פיזיקאליים מסוימים (כפי שיודגמו בהמשך המאמר) תוך כדי לכידת הקיטור במערכת. אי תפקוד נכון של המלכודת יכול לגרום לבזבוז אנרגיה (מעבר קיטור חי לקווי העיבוי), מכות מים והלמים בקווי הקיטור והעיבוי שיכולים להיגרם הן מריכוז של מי עיבוי שמצטברים בקו הקיטור ולא מנוקזים בצורה יעילה, או מהזרמת קיטור חי לקו העיבוי.

 בנוסף, מלכודת לא תקינה במצב סגור (מלכודת סתומה- לא מעבירה מי עיבוי) יכולה לגרום לחימום לא מספק של התהליך, לבזבוז כסף, לפתיחת ברזי מעקף, למכות מים בקווי הקיטור, לבלאי, לקורוזיה ועוד. יש לזכור שהמלכודות אינן מקבלות מקור אנרגיה חיצונית להפעלתן אלא הן ניזונות מהאנרגיה ומהחום של הקיטור ומי העיבוי והפרשי הלחצים ביניהם. לכן, חיוני לבחור את המלכודת בצורה נכונה בהתחשב בתנאי העבודה הקיצוניים שבהם המלכודת נמצאת, ובהתחשב בניסיון עבודה של שנים.

המלכודות מחולקות לשלוש משפחות לפי דרך פעולתן: מלכודות מכאניות, מלכודות תרמו-דינאמיות ומלכודות תרמו סטאטיות. כפי שניתן לראות אין מלכודת אוניברסאלית וכל מלכודת נבחרת לפי היישום בשטח ולפי אופי ונתונים התהליך.

 מלכודות מכאניות

קיימים שני סוגי מלכודות במשפחה הזו: מלכודת מצוף תרמו-סטאטית ומלכודת דלי הפוך. שני סוגי המלכודות הללו עובדים על העיקרון של הבדל בצפיפות בין קיטור לבין מי עיבוי. המלכודת מסוגלת להבחין  בזורם המגיע אליה אם הוא קיטור או מי עיבוי ובהתאם לכך להיסגר או להיפתח.

במלכודת המצוף, כשמה כן היא, ישנו כדור סגור המחובר למנוף וממנו לשסתום היציאה. עם הגעת מי העיבוי למלכודת הם מציפים את המצוף וע"י כך נפתח השסתום ומאפשר יציאה של מי העיבוי דרכו.

כאשר מגיע קיטור למלכודת, המצוף שהינו כבד יותר מהקיטור יורד למטה וע"י כך סוגר את השסתום ומונע יציאה של קיטור החוצה. מעל המנגנון המכאני קיים מנגנון של שחרור אוויר תרמו-סטאטי. המנגנון הזה בנוי מכמוסה המכילה תערובת של מים מזוקקים ואלכוהול ובעלת נקודת רתיחה נמוכה מזו של מים. המנגנון של שחרור האוויר התרמו-סטאטי ממוקם מעל המצוף כך שאוויר שהינו יותר קל מהקיטור עולה למעלה ויוצא דרך משחרר האוויר התרמו-סטאטי. כידוע, אוויר הינו מבודד תרמי טוב אבל הדבר מהווה חיסרון ביישומים של מעבר חום. תכונה זו של שחרור אוויר הינה בעלת חשיבות במיוחד בניקוז של מחליפי חום וציוד תהליכי, שבהם נוכחות של אוויר בתוך מחליף החום מפחיתה מיעילות החימום ומעלה את זמן החימום וגורמת לפתיחת ברזי מעקף ועוד.

מלכודת המצוף מנקזת את מי העיבוי באופן רציף ביחס ישיר לספיקת הקיטור שנכנס למכונה. ניקוז מי העיבוי מבוצע בטמפרטורת הרוויה של הקיטור בלחץ נתון. המלכודת משחררת מי עיבוי החל במפל לחצים מינימאלי על המלכודת (0.1 בר) המלכודת מסוגלת לעבוד תחת ואקום ועדיין לנקז מי עיבוי. תכונות אלו גורמות לכך שמלכודת המצוף היא הבחירה האידיאלית לכל היישומים הקשורים בתהליך ובחילופי חום, מאיידים, סוללות חימום אוויר, מכלי פריצה, מפרידי טיפות ועוד. אלו תהליכים התלויים בפליטה מרבית של מי עיבוי על מנת להבטיח תפוקת חום מקסימאלית.

'דלי הפוך'

סוג שני של מלכודות במשפחה זו הינו דלי הפוך. את מקום המצוף הכדורי והסגור תפס דלי הפוך פתוח אשר הפתח שלו פונה כלפי מטה. בחלק העליון של הדלי קיים מנוף שעובד כנגד שסתום יציאה. במקום משחרר אוויר תרמו-סטאטי קיים חריר בחלק העליון שדרכו אמור להתבצע ניקוז האוויר. עם תחילת העבודה, מגיעים מי עיבוי שנכנסים למלכודת ולפי נתיב הזרימה שלהם עוקפים את הדלי ויוצאים דרך שסתום היציאה. עם הגעת קיטור למלכודת, הקיטור דוחף את הדלי למעלה, לכיוון שסתום היציאה, וע"י כך גורם לסגירת המלכודת. בזמן שהמלכודת  סגורה, חלק מהקיטור שנמצא כלוא בתוך הדלי מבעבע דרך החריר בחלק העליון של הדלי וחלק מתעבה כתוצאה ממעבר חום עם מי העיבוי שמקיפים את הדלי. כתוצאה מכך, כוח הציפה של הדלי יורד והמלכודת משחררת את מי העיבוי תוך מחזור נוסף של עבודה. בדומה למלכודת המצוף, מלכודת הדלי ההפוך משחררת את מי העיבוי בטמפרטורת הרוויה של הקיטור בלחץ הנתון אבל אופי הפעולה אינו רציף אלא נעשה בהפסקות. כמו המצוף, גם כאן יש תלות בהפרש הלחצים על המלכודת שקובעים את גודל נחיר היציאה הרצוי. עקב חסרונו של משחרר אוויר עצמאי קיימת בעיה של פינוי אוויר מהמלכודת (חריר קטן מדי בתחילת עבודה, גדול מדי לעבודה רציפה ולכן גורם לבזבוז אנרגיה). לכן, היא לא תהיה הבחירה הראשונה שלנו למלכודת לניקוז תהליך. בעבודה עם קיטור שחון ייתכן שתהיה ירידת מפלס באטם המים החיוני לפעולה תקינה של המלכודת. ניתן להתקין אותה במקומות בהם החימום מתבצע באופן רציף וללא שסתום בקרת טמפרטורה על קו כניסת הקיטור וכאשר קצב חימום מהיר אינו קריטי כמו, למשל, מכלי אחסנה גדולים של דלק או כימיקלים.

מלכודות תרמו-דינאמיות

המלכודות התרמו-דינאמיות מבוססות על הפרש במהירות הזרימה בין קיטור פריצה לבין מי עיבוי. מהירות זרימה אופיינית לקיטור הינה כ-30 מטר/שנייה בעוד שמי העיבוי זורמים ב-2.5 מטר/שנייה. המלכודת בנויה בצורה פשוטה. החלק היחיד שנע הוא דיסק שעולה ויורד כנגד תושבת קשיחה. המלכודת והדיסק בתוכה מתוכננים להיפתח (דיסק עולה ) כאשר מהירות הזרימה נמוכה, ומלכודת סגורה (דיסק למטה) כאשר מזוהה מהירות גבוהה. הפעולה של המלכודת תלויה באנרגיה של קיטור הפריצה בלבד ואינה משתמשת בקיטור חי לצורך פעולתה.המלכודת הזו הינה קשיחה ורובסטית ומסוגלת לעמוד במכות מים. למרות שהמלכודת הזו היא הפופולארית ביותר בעולם, היא אינה מסוגלת לנקז אויר ולכן אינה מומלצת להתקנה בניקוז ציוד תהליכי. המקומות המומלצים להתקנה עבור מלכודת זו הם ניקוז קווים ראשיים, ניקוז סופי קו ומחלקים, ניקוז לפני ברזי בקרה ויישומים של קיטור ליווי. בדומה למלכודות האחרות שהוזכרו, התרמו-דינאמית מנקזת מי עיבוי בנקודת הרוויה שלהם ואופי פעולתה הוא ON-OFF. המלכודת הינה חסכונית בעבודתה ואינה מעבירה קיטור חי בשום שלב של עבודתה. הקיטור היחיד שנוצר הוא קיטור פריצה שמשמש לצורך סגירת המלכודת.

מלכודות תרמו-סטאטיות

עקרון העבודה במלכודות אלו הוא ניצול הפרשי הטמפרטורה בין הקיטור לבין מי העיבוי לצורך פתיחה וסגירה של המלכודת. קיימים שני סוגי מלכודות במשפחה הזו: מלכודות תרמו-סטאטיות מאוזנות לחץ ומלכודות בי-מטליות. מלכודת תרמו-סטאטית בנויה מכמוסה ובתוכה תערובת של אלכוהול ומים מזוקקים (בדומה לאלמנט התרמו-סטאטי במלכודת המצוף), שסתום יציאה, תושבת וקפיץ. עם הגעת קיטור למלכודת, הנוזל בתוך הכמוסה רותח, הכמוסה מתפשטת וסוגרת את השסתום. עם הגעת מי עיבוי יותר קרים הכמוסה מתכווצת ומאפשרת שחרור של מי עיבוי. המלכודת מפנה מי עיבוי מקוררי- יתר ואוויר במהירות בעת ההפעלה ואינה תלויה בלחץ נגדי.  מעצם אופן עבודתה המלכודת מנקזת את מי העיבוי מקוררי- יתר (בטמפרטורה שהיא מתחת לטמפרטורת הרוויה של הרוויה). רמת קירור-היתר נקבעת לפי סוג הכמוסה כך שניתן לבחור ברמות של 4,10,15 ו-25 מעלות מתחת לנקודת הרוויה. הניקוז מתבצע באופן רציף. תכונה זו של קירור- יתר של מי העיבוי הינה חסכונית באנרגיה לעומת שאר המלכודות שהוזכרו למעלה. בנוסף, מלכודת זו מסייעת לצמצם את התופעה של קיטור הפריצה בקווי העיבוי. אחד היתרונות הגדולים של מלכודת זו מתבטא ביכולת המצוינת שלה לשחרר אוויר וזו הסיבה לכך שהיא הבחירה הראשונה כמשחרר אוויר מקיטור. היישומים העיקריים של מלכודות אלו הם בתעשייה הפרמצבטית והאוטוקלבים, בסירי בישול ומטבח, בקווי ליווי (לא קריטיים) ועוד.

הסוג השני במשפחה זו הוא המלכודות הבי-מטאליות. הבי- מטאל מורכב משתי מתכות בעלות מקדם התפשטות שונה. עם הגעת קיטור למלכודת, הבי-מטאל מתפשט וגורם לסגירת שסתום היציאה שנמצא ביציאה מתחת לציר של הבי- מטאל. עם הגעה של מי עיבוי קרים הבי- מטאל מתכווץ ומאפשר למלכודת להיפתח. כמו במלכודת המאוזנת, לחץ טמפרטורת מי העיבוי תהיה מקוררת יתר. המלכודת הזו עמידה במכות מים והינה משחררת אוויר טוב. כמו כן, היא מצוינת לשימוש בקיטור שחון ולכן תהיה הבחירה הראשונה לניקוז טורבינות קיטור ולניקוז קווי קיטור שחון ואפליקציות של לחץ גבוה.

סיכום

מלכודות הקיטור הן חלק אינטגראלי מכל מערכת קיטור. ע"י בחירה, הרכבה ואחזקה נכונה של מלכודות הקיטור, אפשר לשפר את הביצועים של מערכת הקיטור שלנו ולהגדיל את מרווח הזמן בין הטיפולים ולחסוך אנרגיה יקרה. מומלץ לבדוק אחת לחצי שנה את המלכודות ע"י מכשיר אולטרה-סוני ולעקוב אחר הביצועים שלהן. כל היצרנים בעולם מסכימים שאין מלכודת אוניברסאלית אחת שמתאימה לכל היישומים וכי יש לבחור את המלכודת לפי העקרונות שתוארו במאמר זה

* למידע נוסף www.8526.hinet.co.il