انتشار در بهمن ۱۰, ۱۴۰۳
بدون نظر

مجله رادمن

راهنمای جامع برای انتخاب خط گاز مشعل صنعتی

مشعل‌های صنعتی به‌عنوان یکی از اجزای کلیدی در فرایندهای تولیدی، نقشی بی‌بدیل در تأمین انرژی گرمایی ایفا می‌کنند. عملکرد صحیح و ایمن این تجهیزات به عوامل مختلفی بستگی دارد که یکی از مهم‌ترین آن‌ها، انتخاب مناسب خط گاز مشعل است. خط گاز نه‌تنها وظیفه انتقال سوخت به مشعل را بر عهده دارد، بلکه بر کارایی، پایداری و ایمنی عملیات نیز تأثیر مستقیم می‌گذارد. انتخاب خط گاز مشعل مستلزم درنظرگرفتن معیارهایی همچون نوع گاز، فشار و دبی موردنیاز، فاصله انتقال، و الزامات ایمنی است. بی‌توجهی به این ملاحظات می‌تواند منجر به مشکلاتی مانند کاهش راندمان حرارتی، افزایش خطرات ایمنی و هزینه‌های اضافی شود.

این مقاله با هدف ارائه راهنمایی جامع برای انتخاب مناسب خط گاز مشعل، به بررسی اصول فنی، استانداردهای مرتبط و ملاحظات طراحی می‌پردازد تا نیازهای خاص مشعل‌های صنعتی به بهترین شکل ممکن برآورده شود.

پیش از آشنایی با خط گاز مشعل، می‌توانید با مطالعه مقاله “معرفی انواع مشعل‌های صنعتی“، اطلاعات کاملی درباره مشعل‌های صنعتی و انواع آن کسب کنید.

نقش خط گاز در عملکرد مشعل صنعتی

خط گاز مشعل، وظیفه انتقال گاز با فشار و دبی مناسب از منبع تأمین به مشعل را بر عهده دارد. هر گونه نوسان در فشار یا تأخیر در تأمین سوخت می‌تواند منجر به اختلال در عملکرد مشعل، کاهش راندمان، یا حتی توقف فرآیندهای تولیدی شود. بنابراین طراحی و انتخاب خط گاز مشعل باید با دقت بالا و بر اساس نیازهای خاص مشعل انجام شود.

عوامل مؤثر در انتخاب خط گاز مشعل

این عوامل شامل پارامترهایی هستند که عملکرد بهینه و ایمن سیستم گازرسانی را تضمین می‌کنند. عوامل مؤثر در انتخاب خط گاز مشعل شامل نوع گاز، فشار کاری، دبی موردنیاز، طول مسیر و افت فشار است که در طراحی و بهره‌برداری از خطوط گاز اهمیت دارند.

نوع گاز: نوع گاز (گاز طبیعی، پروپان، بوتان یا گازهای ترکیبی) مشخصات فنی خط گاز مشعل را تحت تأثیر قرار می‌دهد. به‌عنوان مثال، گاز طبیعی معمولاً در فشارهای پایین و متوسط منتقل می‌شود، در حالی که گاز مایع به خطوط مقاوم‌تر در برابر فشارهای بالا نیاز دارد.

فشار کاری: مشعل‌های صنعتی به فشارهای خاصی از گاز نیاز دارند که باید توسط خط گاز تأمین شود.

دبی موردنیاز: مشعل‌های صنعتی بسته به نوع و کاربردشان، نیازمند مقادیر مشخصی از گاز در هر واحد زمان هستند. قطر خط لوله باید طوری انتخاب شود که دبی موردنیاز را با حداقل افت فشار تأمین کند.

طول مسیر و افت فشار: هرچه طول خط لوله بیشتر باشد، افت فشار نیز افزایش می‌یابد. در طراحی خطوط گاز برای مسیرهای طولانی، استفاده از لوله‌های با قطر بیشتر یا نصب ایستگاه‌های تقویت فشار ضروری است.

استانداردها و مقررات مرتبط

انتخاب خط گاز مشعل باید مطابق با استانداردهای ملی و بین‌المللی باشد. برخی از استانداردهای مهم عبارتند از:

ASME B31.8: استاندارد طراحی خطوط انتقال گاز.
API 5L: برای لوله‌های فولادی.
NFPA 54: برای ایمنی سیستم‌های گازرسانی.
استاندارد ملی ایران 7595 (ترجمه BS EN 676:2008): این استاندارد برای مشعل‌های گازسوز دمنده‌دار نوشته شده است که الزامات استفاده از خط گاز در آن نیز بیان شده است.

براساس استاندارد ملی ایران 7595 (ترجمه BS EN 676:2008) تمام اجزا خط گاز مشعل، که بعد از شیر تنظیم دستی قرار دارند، باید برای فشار تغذیه طراحی شده و یا به کمک وسایل ایمنی مناسب در مقابل هرگونه افزایش فشار بیش از حد، محافظت شوند.

همه‌ی اجزای خط گاز، در مورد گازهای پرخطر باید از موادی با طول عمر مناسب ساخته شوند. در دستورالعمل‌های نگهداری، دوره‌های زمانی تعمیر و نگهداری و طول عمر مناسب یا سیکل‌ها برای حفظ ایمنی، باید مشخص شود.

استاندارد تجهیزات مورد استفاده در خط گاز مشعل، براساس استاندارد ملی ایران 7595

رعایت استانداردهای ملی مانند استاندارد 7595 برای تجهیزات گازرسانی در مشعل‌ها، ایمنی و کارایی سیستم‌ها را تضمین می‌کند. این استاندارد شامل مشخصات فنی برای شیرها، فیلترها، رگولاتورها، و تجهیزات حفاظتی در برابر فشارهای غیرمجاز است.

شیر قطع کننده با عملکرد دستی

یک شیر قطع کننده سریع دستی باید در بالادست همه کنترل کننده‌ها، برای جداسازی مشعل در نظر گرفته شود. اگرچه این شیر همراه با تجهیزات مشعل عرضه نمی‌شود، اما دستورالعمل‌های سازنده باید لزوم نصب آن را مشخص کنند. علاوه بر این، مشعل‌ها باید به این شیرهای قطع دستی مجهز شوند، زیرا وجود آن‌ها برای راه‌اندازی و عملکرد صحیح ضروری است.

فیلتر/صافی

باید در ورودی شیر قطع ایمن جهت جلوگیری از ورود اشیا خارجی به داخل آن‌ها نصب شود. حداکثر ابعاد سوراخ صافی نباید از 5.1 میلی‌متر بزرگتر باشد و اندازه مش آن، اجازه عبور ذرات با قطر بیش از 1 میلی‌متر را ندهد.

رگولاتور فشار گاز

گاز تغذیه برا عملکرد و راه اندازی، باید توسط رگولاتور فشار کنترل شود تا اطمینان حاصل شود که فشار در سرمشعل اصلی که ظرفیتی بیش از 2 کیلووات دارد، ثابت باقی می‌ماند. مشعل اصلی و پایلوت می‌توانند به طور مجزا کنترل شوند.

جهت آشنایی بیشتر با انواع رگولاتورهای خط گاز می‌توانید مقاله ” معرفی انواع رگلاتور گاز و بهترین برند های آن ” را مطالعه کنید.

دسترسی به رگولاتور فشار باید به صورتی باشد که به راحتی تنظیم شود ولی پیش بینی‌های لازم برای این که تنظیم غیرمجاز نتواند صورت بگیرد، باید در نظر گرفته شود.یک شیر اطمینان باید در پایین دست رگولاتور فشار گاز نصب شود. شیر اطمینان باید به فضای امن تخلیه شود.

وسایل حفاظتی در برابر فشار بیش از حد بالای گاز

در صورتی که رگولاتور فشار گاز نصب نشده باشد یا از مدار خارج شود، باید تجهیزی حفاظتی برای جلوگیری از فشار بیش از حد گاز در نظر گرفته شود. این تجهیز که با نام شات‌آف ولو شناخته می‌شود، در صورت عملکرد نادرست رگولاتور، مسیر گاز به سمت مشعل را مسدود می‌کند.

وسایل حفاظتی در برابر فشار پایین گاز

مشعل باید مجهز به وسیله حفاظت در برابر فشار پایین باشد تا اگر فشار گاز ورودی از حد پیش تعیین شده، پایینتر رفت، قطع ایمن کنترل شده انجام شود.

شیرهای قطع ایمن خودکار

تمام مشعل‌ها باید به دو شیر قطع ایمن که به صورت سری نصب شده‌اند، مجهز باشند. در مواردی که شعله اصلی با استفاده از شعله گاز راه‌انداز روشن می‌شود، گاز تغذیه برای راه‌اندازی باید طبق یکی از روش‌های زیر کنترل شود:

گاز تغذیه باید تحت کنترل شیر قطع ایمن اصلی در پایین‌دست جریان قرار گیرد و به یک محدودکننده گاز راه‌انداز مجهز باشد.
تحت کنترل شیرهای قطع ایمن باشد.

سیستم نشت یاب (سیستم آزمون شیر)

سیستم نشت یاب برای ظرفیت 1200 کیلووات به بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد؛ پس از هر بار خاموش شدن مشعل، شیرهای برقی را جهت عدم وجود نشتی بررسی می‌کند. پس از هر قطع برق، قبل از راه اندازی مشعل، آزمایش نشتی انجام می‌شود که عملکرد آن در دو مرحله انجام می‌شود:

مرحله اول: در صورت خاموش شدن کنترل شده، شیر برقی 1 فورا بسته می‌شود و شیر 2 برای مدت کوتاهی باز می‌ماند، بنابراین فشار بین V1 و V2 از طریق شیر پروانه‌ای کاهش می‌یابد.پس از بسته شدن شیر دوم، فشار بین V1 و V2 باید ثابت باقی مانده و هیچ افتی نداشته باشد.

مرحله دوم: شیر 1 برای مدت کوتاهی باز می شود و بنابراین فشار بین V1 و V2 افزایش می‌یابد. فشار بین شیرها نباید از فشار تنظیم شده رله فشار گاز در طول دوره آزمایش کاهش یابد.

اگر فشار از مقدار تنظیم شده کمتر شود یا فشار بین دو شیر در فاز اول کاهش یابد، سیستم تشخیص نشتی، مدار گاز را مسدود می‌کند.

معرفی تجهیزات مورد استفاده در خط گاز مشعل

خط گاز مشعل شامل مجموعه‌ای از اجزا و تجهیزات است که برای انتقال، تنظیم و کنترل گاز طبیعی یا گاز مایع از منبع تا نقطه مصرف استفاده می‌شود. این اجزا به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که انتقال گاز به صورت ایمن، کارآمد و مطابق با استانداردهای فنی و ایمنی انجام شود. در زیر اجزای اصلی خط گاز مشعل و وظایف هر یک آورده شده است.

خطوط لوله: وظیفه انتقال گاز از منبع به مصرف‌کننده را برعهده دارد که از مواد فولادی برای فشارهای بالا و سیستم‌های صنعتی و از مواد پلی‌اتیلن برای فشارهای پایین و متوسط، به‌ویژه در خطوط شهری در ساخت آنها استفاده می‌شود.

شیرهای قطع و وصل برقی: شیر برقی اصلی وظیفه کنترل جریان گاز به صورت تک مرحله و یا دو مرحله را دارد همچنین شیر برقی ایمنی امکان قطع جریان در شرایط اضطراری را دارد.

فیلترهای گاز: حذف ذرات معلق، گردوغبار و ناخالصی‌ها از جریان گاز به‌منظور جلوگیری از آسیب به تجهیزات حساس مانند رگولاتورها و مشعل‌ها. فیلتر گاز در ورودی ایستگاه‌ها یا قبل از رگولاتورها و تجهیزات مصرفی نصب می‌شود.

رگولاتور فشار: وظیفه کاهش و تنظیم فشار گاز به سطح موردنیاز مصرف‌کننده را بر عهده دارد. رگلاتورها به دو دسته رگولاتورهای فشار بالا و رگولاتورهای فشار پایین تقسیم بندی می‌شود.

شیرهای اطمینان: تخلیه گاز اضافی برای جلوگیری از افزایش ناگهانی فشار که معمولا بعد از رگلاتور در خط گاز مشعل نصب می‌شود.

تجهیزات اندازه‌گیری فشار و دما: نظارت بر فشار و دمای گاز در خطوط مختلف، مانند: مانومترها و ترمومترها.

سیستم‌های هشدار و ایمنی: شناسایی نشتی و شرایط خطرناک، مانند پرشر سوئیچ‌ها و پرشر سنسورها.

شماتیک خط گاز فشار بالا| رادمن — خط گاز فشار بالا

انواع خط گاز

خطوط گاز مشعل بر اساس فشار ورودی و میزان مصرف مشعل در حداکثر ظرفیت، به سه دسته تقسیم می‌شوند: خط گاز فشار پایین، خط گاز فشار بالا، و خط گاز مولتی‌بلاک.

خط گاز فشار پایین

در صورتی که فشار ورودی خط گاز اصلی کمتر از 5 پوند باشد، تجهیزات خط گاز متناسب با دیاگرام شکل 2 است. در این مسیر از رگلاتورهای فشار پائین ( فشار ورودی ماکزیمم 360 میلی‌بار) استفاده می‌شود.

تصویری از تجهیزات خط گاز فشار پائین| رادمن — تجهیزات خط گاز فشار پائین

معرفی تجهیزات خط گاز فشار پائین| رادمن — جدول معرفی تجهیزات خط گاز فشار پائین

خط گاز فشار بالا

در صورتی که فشار ورودی خط گاز اصلی بیشتر از 5 پوند (360 میلی‌بار) باشد، از خط گازهای فشار بالا استفاده می‌شود. تفاوت این سری از خط گازها در رگولاتور مورد استفاده است. شکل 3 نمای گرافیکی خط گازهای پرفشار مجهز به شات آف ولو را نشان می‌دهد.

معرفی تجهیزات خط گاز فشار بالا| رادمن — جدول معرفی تجهیزات خط گاز فشار بالا

خط گاز مولتی‌بلاک

یکی از سیستم‌های پیشرفته و یکپارچه برای مدیریت و کنترل جریان گاز در مشعل‌های صنعتی و فرآیندهای حرارتی فشار های بالا و پایین است. در این نوع از خط گاز مشعل، از یک شیر مولتی بلاک استفاده شده است که این شیر ترکیبی از چندین عملکرد مختلف (مانند قطع و وصل جریان، تنظیم فشار، ایمنی، و فیلتر گاز) را در یک واحد مجتمع ارائه می‌دهد. شکل 4 نمای گرافیکی خط گازهای فشار پایین مجهز به شیر مولتی بلاک را نشان می‌دهد. همچنین در شکل 5 شیرمولتی بلاک استفاده شده در خط گاز را نشان می‌دهد.

نمای گرافیکی تجهیزات خط گاز فشار پایین با شیر مولتی بلاک| رادمن — تجهیزات خط گاز فشار پایین با شیر مولتی بلاک

شماتی از خط گاز فشار پایین با شیر مولتی بلاک| رادمن — خط گاز فشار پایین با شیر مولتی بلاک

معرفی تجهیزات خط گاز فشار پایین با شیر مولتی بلاک| رادمن — تجهیزات خط گاز فشار پایین با شیر مولتی بلاک

محاسبه فشار خط گاز ورودی مشعل برای ماکزیمم کارکرد

با توجه به اهمیت مسئله انتخاب اجزای خط گاز مشعل متناسب با امکانات موجود و شرایط کارکرد مشعل محاسبات مربوط به خط گاز و افت‏ فشارهای ناشی از اجزای آن به تفصیل شرح داده شده و نتایج به شرح زیر ارائه شده است.

حداقل فشار خط گاز ورودی با در نظر گرفتن افت فشار در اجزای مختلف خط گاز مشعل، مطابق رابطه زیر محاسبه می‌شود.

$P_{in} = \Delta P_{f} + \Delta P_{R} + \Delta P_{SV} + \Delta P_{GV} + \Delta P_{CH} + \Delta P_{CC} + \Delta P_{BGV}$

پارامترهای موجود در روابط فوق به شرح زیر میباشد:

$\Delta P_{f}$ : افت فشار ناشی از فیلتر

$\Delta P_{R}$ : افت فشار ناشی از رگلاتور

$\Delta P_{SV}$ : افت فشار ناشی از شیر ایمنی

$\Delta P_{GV}$ : افت فشار ناشی از شیر گاز اصلی

$P_{in}$ : حداقل فشار مورد نیاز ورودی خط گاز

$\Delta P_{CC}$ : افت فشار ناشی از محفظه بویلر

$\Delta P_{CH}$ : افت فشار محفظه احتراق مشعل (برای گاز G25 لازم است این پارامتر در $\frac{1}{3}$ ضرب شود.)

$\Delta P_{BGV}$ : افت فشار ناشی از شیر پروانه‌ای

به منظور محاسبه حداقل فشار مورد نیاز برای خط گاز مشعل در حالت پایا، در ابتدا مقادیر افت فشار هرکدام از اجزای خط گاز مشعل با استفاده از نمودارهای فنی مربوطه استخراج می‌شود. سپس با استفاده از این مقادیر و هم‏چنین رابطه بالا ، فشار مورد نیاز ورودی، محاسبه و ارائه میگردد.

حداقل فشار ورودی که بدین روش محاسبه می‌شود، بر مبنای حالت پایای عملکردی است. لذا لازم است میان این حالت و فشار ایستا در زمانی که مشعل خاموش است، تمایز قائل شد.
توصیه می شود، جهت اطمینان از صحت عملکرد مشعل، فشار ورودی خط گاز مشعل ، 10 میلی‌بار بیشتر از عدد محاسبه شده باشد.
پارامتر افت فشار ناشی از محفظه احتراق بویلر، معمولا توسط تولیدکنندگان ارائه می‌شود.

اهمیت انتخاب صحیح خط گاز در مشعل‌های صنعتی

خطوط گاز مشعل‌های صنعتی تأثیر مستقیمی بر عملکرد ایمن و کارآمد تجهیزات دارند. طراحی این خطوط باید با در نظر گرفتن عواملی همچون فشار کاری، دبی گاز، نوع گاز مصرفی و نیازهای فرآیند انجام شود. رعایت استانداردهای معتبر مانند ISIRI 7595 و استفاده از تجهیزاتی مانند شیرهای ایمنی، فیلترها و رگولاتورها برای تضمین ایمنی و بهینه‌سازی عملکرد ضروری است.

طراحی اصولی، خطرات ناشی از نشتی و انفجار را به حداقل رسانده و هزینه‌های تعمیر و نگهداری را کاهش می‌دهد. استفاده از فناوری‌های مدرن نظیر شیرهای مولتی‌بلاک، به دلیل طراحی یکپارچه و ایمنی بالا، بهره‌وری خطوط گاز را افزایش می‌دهد.

گروه‌های صنعتی مانند رادمن با تخصص و تجربه، خدمات جامعی از طراحی تا نصب خط گاز مشعل را ارائه می‌دهند. این خدمات با توجه به شرایط عملیاتی و نیازهای خاص پروژه، سفارشی‌سازی شده و مطابق استانداردهای بین‌المللی انجام می‌شوند. طراحی و اجرای دقیق خطوط گاز صنعتی، علاوه بر کاهش هزینه‌ها، بهره‌وری پایدار و ایمنی بلندمدت فرآیندها را تضمین می‌کند. این امر در صنایعی که به شریان‌های پایدار انرژی نیاز دارند، اهمیت بیشتری پیدا می‌کند و نقش محوری خطوط گاز را در زیرساخت‌های صنعتی به‌خوبی نشان می‌دهد.