بقلم روبرت ووركوسكي، وارن كونترولز
لقد اكتسب الاتجاه قوة. تحل صمامات خفض الضغط الكهربائية (PRV) بشكل متزايد محل المنظمات التقليدية ذاتية التوجيه في أنظمة البخار.
يعد اعتماد هذه التكنولوجيا “الذكية” جزءًا من الاتجاه العام لربط جميع المكونات رقميًا بأنظمة التشغيل الآلي للمبنى (BAS) لمزيد من الرؤية والتحكم ولتقليل استهلاك الطاقة.
في بعض الأحيان يكون التحول إلى سيارات PRV الكهربائية مدفوعًا باعتبارات أساسية أكثر. على سبيل المثال، يمكن أن تكون مركبات PRV المزودة بمحركات كهربائية أكثر إحكاما، مما يسمح لها بالتناسب في المساحات الضيقة للغاية بحيث لا يمكن تركيب – وصيانة – منظم بخار يتم تشغيله بشكل تجريبي.
علاوة على ذلك، يمكن إعداد جهاز PRV كهربائي لحساب معدل تدفق البخار تلقائيًا، دون الحاجة إلى تركيب مقياس تدفق تقليدي. تعد هذه فائدة مهمة في المواقع التي تفتقر إلى مسار مستقيم كافٍ للأنابيب لاستيعاب مقياس التدفق التقليدي.
خفض الضغط يزيد من الكفاءة
يتم إنتاج البخار عادةً تحت ضغط عالٍ بواسطة غلاية بخارية، وذلك لتجنب إنتاج البخار الرطب من بين أسباب أخرى، ثم يتم توزيعه على نقطة استخدام واحدة أو أكثر تتطلب ضغطًا أقل لتشغيل آمن وفعال. تؤدي محطات تقليل ضغط البخار الوظيفة الحاسمة المتمثلة في تقليل الضغط إلى نقطة التحديد المطلوبة. كما يمكن أن يكون التحكم في الضغط وسيلة فعالة للتحكم في درجة الحرارة لأن درجة حرارة البخار المشبع ترتبط ارتباطًا وثيقًا بضغطه.
قد تحتوي المنشأة الواحدة على عدة محطات لخفض الضغط. تتطلب المستشفيات، على سبيل المثال، أجهزة PRV لتوصيل البخار للعديد من الاستخدامات المختلفة، بما في ذلك التدفئة والترطيب والماء الساخن والتعقيم والمطبخ ووظائف الغسيل، مع متطلبات مختلفة لاستخدام البخار بناءً على العملية والوقت من اليوم والطقس وما إلى ذلك.
تعمل محطات خفض الضغط أيضًا على تسهيل التوزيع الفعال من حيث التكلفة. يمكن استخدام قطر أنبوب أصغر بكثير عندما يكون البخار تحت ضغط مرتفع. لذلك، في الحرم الجامعي حيث تخدم محطة البخار العديد من المباني المنتشرة على مساحة كبيرة، يمكن وضع محطات خفض الضغط بالقرب من نقاط الاستخدام لتوفير تكلفة تركيب الأنابيب والتجهيزات. يجب موازنة هذه الفائدة مع توفير الطاقة الذي تم تحقيقه من خلال تقليل فقدان الحرارة الإشعاعية عند توزيع البخار في درجات حرارة منخفضة.
ولا يقتصر الهدف على توفير بخار أقل من الحد الأقصى المسموح به لضغط العمل (MAWP) لكل قطعة من المعدات فحسب، بل أيضًا زيادة كفاءة الطاقة إلى الحد الأقصى لتحقيق التوفير المالي والاستدامة البيئية. إن أهم توفير للطاقة من خلال تقليل الضغط يأتي من توفير الضغط الأمثل عند نقطة الاستخدام. يؤدي الضغط المنخفض إلى زيادة المحتوى الحراري للبخار وتوافر المزيد من الحرارة الكامنة. وبعبارة أخرى، يمكن تسليم المزيد من وحدات حرارية بريطانية لكل رطل من البخار عند انخفاض الضغط.
المنظمات التقليدية التي يتم تشغيلها بواسطة الطيار
تم اختراع منظمات البخار التجريبية في الأصل في ثمانينيات القرن التاسع عشر، وهي طريقة مجربة وحقيقية لتقليل ضغط البخار وتدفقه. الميزة الرئيسية هي أنها تعمل كأجهزة قائمة بذاتها ولا تتطلب طاقة كهربائية أو مصدر هواء هوائي. مبدأ التشغيل بسيط نسبيًا: يعمل الصمام من خلال موازنة ضغط مجرى النهر بشكل مستمر (عبر أنبوب إرسال الضغط) ضد زنبرك ميكانيكي يعمل جنبًا إلى جنب مع منفاخ أو حاجز. يتم ضبط نقطة ضبط الضغط عن طريق شد أو فك البراغي لزيادة أو تقليل قوة الزنبرك.
تتمتع مركبات PRV التي يتم تشغيلها بشكل تجريبي بالعديد من العيوب المتأصلة في تصميمها. أنها توفر نسبة ترتيب محدودة، عادة 10:1. لذلك، من الشائع جدًا أن يتم تركيب العديد من الصمامات التجريبية في سلسلة، غالبًا بتكوين 1/3 2/3، لإنتاج صافي تقليل الضغط المطلوب.
هذه الأجهزة أيضًا عرضة للفشل بسبب الانسداد بسبب الرطوبة والأوساخ في أنبوب استشعار الضغط ذو القطر الصغير وفي الصمام نفسه. يتم استخدام البخار كآلية استشعار وكقوة لتحريك الحجاب الحاجز.
الميزة الكبرى للصمامات التي يتم تشغيلها بشكل تجريبي – التشغيل كجهاز مستقل ومعزول – هي أيضًا بمثابة عيب مهم. توفر تعديلات “ضبطها ونسيانها” ضغطًا مستقرًا في اتجاه مجرى النهر، ولكن لا يمكن تعديل الضغط بمرونة بناءً على الحمل المتغير والطقس والظروف الأخرى.
لا تفتقر الصمامات التي يتم تشغيلها بشكل تجريبي إلى القدرة على التحكم بذكاء فحسب، ولكنها أيضًا غير قادرة على إرسال التنبيهات عن بعد بشأن ظروف المشكلة أو البيانات المتعلقة بالاستخدام. في الواقع، لا يوفر الصمام الذي يتم تشغيله بشكل دليلي رؤية لإعداداته الداخلية وحالة التشغيل حتى عندما تقف أمامه.
تعديل الكهربائية PRVs
تستخدم مركبات PRV المعدلة كهربائيًا مشغلًا كهربائيًا لفتح وإغلاق الصمام. بدلاً من البخار الموجود في أنبوب إرسال الضغط الذي يستخدمه نظام التشغيل التجريبي، تستخدم PRVs الإلكترونية الإشارات الكهربائية. تقوم وحدة التحكم بقراءة الضغط ودرجة الحرارة بشكل مستمر من المستشعر وتستخدم هذه المعلومات للتحكم في المحرك الكهربائي للصمام.
توفر الصمامات الكروية المزودة بمحركات كهربائية تحكمًا أكثر دقة من الصمامات التي يتم تشغيلها بشكل تجريبي. لديهم نسبة هبوط تبلغ 50:1 والتي تدعم الأحمال المنخفضة دون الحاجة إلى تكوينات 1/3 2/3. تعتبر الأنظمة أكثر موثوقية وتتطلب صيانة أقل لأن التوصيلات الكهربائية تقضي على مشاكل انسداد أنابيب الاستشعار التجريبية. تعد الصمامات الكروية أيضًا أكثر إحكاما من المنظمات التي يتم تشغيلها بشكل تجريبي، مما يجعلها مناسبة للأماكن الضيقة.
حل أكثر ذكاءً
باعتبارها نظامًا متصلاً، تختلف صمامات PRV ذات التعديل الكهربائي بشكل أساسي عن الصمامات المستقلة التي يتم تشغيلها بشكل تجريبي. وبالاشتراك مع أجهزة الاستشعار ووحدات التحكم وأنظمة التشغيل الآلي للمبنى (BAS)، فإنها توفر إمكانات جديدة للرؤية والتحكم.
الرؤية. تتمتع وحدة التحكم برؤية ثابتة للموضع الدقيق للصمام. هذه المعلومات مفيدة بعدة طرق. يمكن مراقبة محطة تخفيض الضغط عن بعد، مما يؤدي إلى إصدار تنبيهات بشأن حالات الخلل.
يمكن التقاط بيانات استخدام البخار. يمكن حساب معدل التدفق في اتجاه مجرى النهر، باستخدام طريقة لوحة الفتحة، دون تركيب مقياس التدفق.
يتحكم. يمكن تعديل PRV بدقة، والتحكم فيه تلقائيًا عن طريق المنطق المبرمج في وحدة التحكم المحلية أو نظام التشغيل الآلي للمبنى لتحسين النظام من أجل كفاءة الطاقة أو الأداء، وفي حالات الطوارئ، يمكن التحكم في PRVs من خلال الوصول إلى BAS عن بعد.
تعد القدرة على مراقبة أجهزة PRV والتحكم فيها عن بعد مفيدة بشكل خاص عندما يتم توزيع محطات تقليل الضغط على نطاق واسع في نقاط الاستخدام من خلال حرم جامعي أو منشأة كبيرة وعندما يتم استخدام البخار في عدة عمليات مختلفة.
جعل Steam يتماشى مع الأنظمة الأخرى
نظرًا لأن أنظمة التشغيل الآلي للمباني أصبحت أكثر شيوعًا، فإن محطات تقليل ضغط البخار تكون في بعض الأحيان واحدة من آخر المكونات التي يتم دمجها، بعد فترة طويلة من توصيل المبردات والغلايات.
أثبتت مركبات PRV ذات التعديل الكهربائي أنها موثوقة للغاية وسهلة الصيانة مع توفير رؤية وتحكم محسّنين بشكل كبير مما يتيح توفيرًا كبيرًا في الطاقة.
قامت إحدى الكليات في نيو إنجلاند بتركيب حل PRV معدّل رقميًا جاهزًا صممته شركة Warren Controls. شهدت المنشأة انخفاضًا موسميًا في ضغط البخار من 60 رطلًا لكل بوصة مربعة في الخريف/الشتاء إلى 15 رطلًا لكل بوصة مربعة في الربيع.
تم تركيب صمام الكرة الأرضية من Warren Controls ILEA المزود بمحرك كهربائي باعتباره PRV بعد أن تقرر أن صمام تقليل الضغط الذي يتم تشغيله بشكل تجريبي سيعاني من ضعف التحكم في الضغط في اتجاه مجرى النهر وربما يؤدي إلى اختناق تدفق البخار إلى مجموعة تسخين الماء الساخن في أواخر الربيع / أوائل الصيف . أيضًا، لم تكن هناك مساحة كافية لمركبة PRV التي يتم تشغيلها بشكل تجريبي، ولم يكن هناك تشغيل مستقيم كافٍ لاستيعاب مقياس التدفق التقليدي.
