تطبيقات فصل الهواء وتسخين الغاز

وحدات فصل الهواء المستخدمة في صنع النيتروجين والأكسجين والأرجون هي نوع من معدات معالجة الغاز الصناعي التي تحتاج إلى عناصر تسخين فريدة يمكنها العمل في إعدادات ذات ضغط مرتفع ودرجة حرارة منخفضة وإمكانية حدوث انفجارات. في هذه الحالات، تتعرض السخانات لضغط ميكانيكي ودورة حرارية أكبر من المعتاد للاستخدام الصناعي. وهذا يعني أنها بحاجة إلى أن تكون قوية وأن تخضع للكثير من الاختبارات للتأكد من أنها تعمل.

تعمل معدات فصل الهواء عند درجات حرارة منخفضة جدًا، وغالبًا ما تكون قريبة من المستويات المبردة. كما أنها تحتاج إلى عناصر تسخين لدورات التسخين أو التجديد. نظرًا لأن المواد المختلفة تتقلص بمعدلات مختلفة، فإن الدوران بين درجة حرارة الغرفة ودرجة الحرارة المبردة يضع الكثير من الضغط على مواد السخان. قد تعمل سخانات الخرطوشة القياسية لبضع دورات، لكن تطبيقات فصل الهواء تحتاج إلى تصميمات خاصة بمواد مختارة لقدرتها على تحمل درجات الحرارة المنخفضة والضغط الحراري.


استناداً إلى الخبرة في صنع المعدات المبردة، فإن التبديل بين البيئات الساخنة والباردة يعد أسوأ بالنسبة للمعدات من تشغيلها في أي من الحالتين لفترة طويلة. أثناء دورات التجديد، يجب أن تكون السخانات قادرة على التعامل مع التغيرات السريعة في درجة الحرارة. يحدث هذا عندما ينتقل الغاز الساخن أو الهواء فوق العناصر التي تم تبريدها إلى درجات حرارة مبردة. تؤدي التدرجات الحرارية التي تنشأ إلى الضغط على الوصلات الداخلية، ومواد الأغلفة، والأختام بطرق لا يمكن للاختبارات الساكنة إعادة إنتاجها، لذلك هناك حاجة إلى تقنيات تحقق إضافية.

تظهر المقارنة بين تسخين فصل الهواء والتطبيقات الصناعية العادية أن معايير السلامة مختلفة تمامًا. يمكن لأجهزة فصل الهواء التعامل بأمان مع كميات هائلة من الأكسجين-الهواء الغني أو النقي بالأكسجين، والذي قد يشكل خطورة على الأجزاء الكهربائية العادية. يجب أن يتم تصنيع السخانات المخصصة لهذه الاستخدامات بطريقة تمنع حدوث شرر وتحافظ على درجات حرارة السطح أقل من مستويات الاشتعال، حتى عندما يحدث خطأ ما. عند اختيار المواد، تحتاج إلى التأكد من أنها متوافقة مع الأكسجين وتجنب المواد التي يمكن أن تشتعل فيها النيران أو تنشر الاحتراق في الأجواء الغنية.4.jpg

يعد اختبار الضغط الزائد أمرًا مهمًا للغاية بالنسبة للسخانات التي يتم وضعها في حاويات الضغط أو خطوط الغاز ذات الضغط العالي-. يمكن لسخانات الخرطوشة القياسية التعامل مع الضغوط المعتدلة، ولكن تطبيقات فصل الهواء عادة ما يكون لها ضغط يصل إلى 50 بار. يجب أن يكون غلاف السخان قادرًا على التعامل مع هذه الضغوط دون أن ينحني أو ينكسر، مما قد يؤدي إلى إتلاف العزل بداخله أو جعل السخان غير آمن. قبل التثبيت في الميدان، يتم إجراء الاختبار الهيدروستاتيكي واختبار تسرب الهيليوم للتأكد من استقرار الضغط.

في تطبيقات تسخين الغاز، فإن كيفية انتشار التدفق عبر أسطح السخان تحدد مدى نجاحه. في التسخين السائل، الحمل الحراري هو القوة الرئيسية، ولكن في تسخين الغاز، عادة ما يتم استخدام التدفق القسري، مما يجعل ملامح السرعة غير متساوية. في الأماكن ذات التدفق المنخفض، تتشكل بقع ساخنة، بينما في الأماكن ذات التدفق العالي، يحدث الكثير من التبريد. لمنع ارتفاع درجة الحرارة الموضعية من تقصير عمر المدفأة، يجب تصميم التباعد وحواجز التدفق لتوزيع الغاز بالتساوي عبر جميع عناصر التسخين.

تعمل معايير نقاء المواد في إنتاج الغاز المبرد على تقليل خطر التلوث الناتج عن بناء السخان. يمكن أن يتجمد إطلاق الغازات من الأختام العضوية أو تلوث السطح في المقاطع المبردة، مما قد يعيق قنوات التدفق أو يجعل غازات المنتج متسخة. للتأكد من أن السخانات تستوفي معايير النظافة لتحضير الغاز من الدرجة -الغذائية أو الطبية-، يجب تنظيفها بطريقة معينة وباستخدام مواد معينة.