المسافة بين الملفين في سخان الزيت الحراري بالغاز: موازنة الكفاءة ومقاومة غازات المداخن

01 · تعريف الهندسة

مصطلح «مسافة الملف» يجب أن يحدد البعد المقصود.

يتكون السخان ذو الملفين الحلزونيين عادة من ملف داخلي حول الحجرة الإشعاعية وملف خارجي متحد المركز. تنتقل الحرارة داخل الفرن وفي الممر الحلقي بين الملفين وبين الملف الخارجي والغلاف. لذلك لا يمكن اختيار مسافة منفردة بعيداً عن الشكل الكامل.

في هذا المقال، الحديث عن أقل من 50 مم يعني المسافة الشعاعية الصافية بين السطحين المتقابلين للملفين الداخلي والخارجي. ولا يعني الخطوة المحورية بين لفتين متجاورتين في الملف نفسه. يجب تمييز البعدين في الرسومات والحسابات.

02 · انتقال الحرارة من جانب الغاز

تقليل مساحة الجريان يرفع سرعة غازات المداخن المحلية.

عند ثبات التدفق الحجمي، يؤدي تقليل المساحة الصافية إلى زيادة السرعة: v_g = V̇_g / A_free. وغالباً يرتفع رقم رينولدز والاضطراب حول الأنابيب، فيتحسن معامل الحمل. كما يحد الممر المنتظم من مناطق التجاوز منخفضة السرعة نحو المدخنة.

الهدف ليس أصغر مسافة ممكنة، بل معامل انتقال متوازن ودرجة خروج غاز مضبوطة عند الحمل الكامل والجزئي. القطر والطول والخطوة وخواص الغاز والهواء الزائد وفرق الحرارة كلها تغير النتيجة.

بصورة مبسطة: Q = U · A · ΔT_lm. تؤثر المسافة أساساً في جانب الغاز ولا تعوض نقص المساحة أو ضعف دوران الزيت.

03 · مقاومة غازات المداخن

التسارع الذي يحسن الحمل الحراري يستهلك ضغط السحب أيضاً.

كلما ضاق الممر زادت خسائر الانقباض وعبور الأنابيب والانعطاف والجريان الحلقي. تصور مفيد هو Δp ≈ K · ρv²/2. ولأن السرعة مربعة، قد ينتج عن انخفاض متوسط في المساحة ارتفاع أكبر في فقد الضغط.

يجب جمع مسار هواء الاحتراق والفرن والملفات واسترجاع الحرارة والمجاري والمدخنة. نقطة التشغيل يحددها تقاطع منحنى النظام والمروحة؛ بصورة تقريبية P_fan ≈ Δp_total · V̇ / η_fan.

المقاومة الزائدة قد تحد القدرة وتصعّب ضبط ضغط الفرن وتزيد استهلاك الكهرباء وتقلل الهامش مع الاتساخ. التصميم الكفء هو الذي يبرر فيه استرداد الحرارة تكلفة السحب عبر نطاق التشغيل.

04 · نطاق أقل من 50 مم

لماذا يناسب الغاز النظيف كثيراً ولماذا يبقى الحساب ضرورياً.

ينتج الغاز الطبيعي جسيمات قليلة عند ضبط الاحتراق، لذا يمكن استخدام ممر حلقي مضغوط في العديد من السخانات. في عمل JIELI THERMAL، تُستخدم مسافة شعاعية أقل من 50 مم كنقطة بداية شائعة لترتيبات مناسبة من ملفين.

لا تعتمد إلا بعد توافق السرعة ورينولدز والحرارة وفقد الضغط مع الموقد والمروحة. يجب التحقق عند أقصى حمل وأدنى حمل مستقر والبدء البارد والهواء الزائد والارتفاع واسترجاع الحرارة. قد تكون 45 مم مناسبة في جهاز وغير مقبولة في آخر.

تعطي المسافة المطلقة نفسها نسباً مختلفة. لمقارنة مبسطة بين أنبوبين متقابلين لهما القطر الخارجي نفسه، S/D = (D + g)/D؛ وتقابل مسافة 50 مم نسب S/D تقريبية 2.32 و1.98 و1.83 و1.66 لأنابيب أقطارها 38 و51 و60.3 و76.1 مم. هذه النسبة التقريبية لا تستبدل الهندسة ثلاثية الأبعاد الفعلية، ويجب ذكر المسافة مع قطر الأنبوب وترتيب الملف.

05 · مسار التصميم

حسّن المسافة بالتكرار الحسابي لا بالعادات.

1. ثبّت الأساس الحراري.الحمل والحرارات والوقود والهواء الزائد ونطاق التشغيل والجو والارتفاع.
2. حدد الملفين.قطر الأنبوب وقطرا الملفين والخطوة والطول والدعامات والغلاف والمسافة.
3. احسب المساحة وخواص الغاز.استخدم الكثافة واللزوجة حسب درجة كل منطقة.
4. احسب الحرارة والفقد معاً.السرعة ورينولدز والحمل والإشعاع وملف الحرارة وفقد السحب.
5. طابق الموقد والمروحة والمدخنة.تحقق عند الحمل الكامل والجزئي مع احتياطي التشغيل.
6. تحقق من جانب الزيت.التدفق والسرعة والفقد والجدار والغشاء والحمايات.
7. أكد قابلية التصنيع.البيضاوية والتمركز والسماحات والتمدد واللحام والفحص.

06 · حماية الزيت الحراري

كفاءة الغاز لا تنفصل عن درجة حرارة غشاء الزيت.

إذا كان الدوران غير كافٍ قد ترتفع حرارة الجدار والغشاء موضعياً رغم أن حرارة الخروج تبدو طبيعية. الحرارة الزائدة تسرع تحلل السائل وتكوين رواسب عازلة ترفع حرارة الأنبوب أكثر.

تتعامل نماذج منشورة لسخانات الملف الحلزوني مع حرارة الغاز والزيت والجدار كمتغيرات مترابطة في الملفين. لذلك يجب مقارنة أي زيادة في الفيض الحراري بسرعة الزيت وحدود السائل ومنطق الحماية.

07 · التصنيع والتمدد

مسافة اسمية 40 مم لا تفيد إذا تفاوتت المسافة الفعلية كثيراً.

تتراكم سماحات البيضاوية والارتداد بعد الثني وانكماش اللحام والدعامات والمحاذاة. يجب أن يسجل الفحص الحد الأدنى والأقصى وتوزيع المسافة حول المحيط، لا القيمة الاسمية فقط.

تحافظ الدعامات على التمركز مع السماح بالحركة الحرارية. الحد الأدنى الساخن يمنع التلامس والاهتزاز، والأقصى يمنع مسار تجاوز كبير. الوصول للفحص والصيانة جزء من الشكل.

08 · منظور النظام الكامل

مسافة الملف متغير واحد داخل محطة التسخين.

السخان والموقد والهواء والسحب والمدخنة والاسترجاع والمضخات والتمدد والأجهزة والتحكم تحدد النتيجة معاً. الملف المضغوط لا يعوض موقداً غير متوافق أو تدفق زيت منخفضاً أو مروحة صغيرة.

ينبغي توثيق أساس الحساب وفقد الضغط النظيف والتشغيلي ونقاط المروحة وقياسات التشغيل وحدود الصيانة.