حاسبة X-Ratio لمسخن الهواء المسبق
احسب قيمة X-ratio للـ APH باستخدام درجة الحرارة أو درجة حرارة no-leakage أو طريقة التدفق الكتلي.
إن نسبة X في جانب سخان الهواء ليست رقمًا يُقرأ على أنه «كفاءة» بمفرده؛ بل تُستخدم للتحقق من توازن السعة الحرارية بين جانبي الهواء والغاز. خاصة درجة حرارة خروج الغاز التي تُنظر إليها دون تصحيح التسرب قد تعطي انطباعًا بأن سخان الهواء يعمل بشكل أفضل مما هو عليه. تم إعداد هذه الآلة الحاسبة لحساب قيمة نسبة X باستخدام بيانات درجة الحرارة، أو درجة حرارة خروج الغاز بدون تسرب الجاهزة، أو بطريقة معدل التدفق × الحرارة النوعية. تُقرأ النتيجة بدقة أكبر مع بيانات درجة الحرارة والتدفق والتسرب المأخوذة من نفس نقطة الحمل.
ماذا تعني نسبة X بالضبط؟
في أداء سخان الهواء، تُستخدم نسبة X كمعدل عملي لقراءة توازن السعة الحرارية بين جانب الغاز وجانب الهواء. هل سخان الهواء نظيف أم متسخ؟ هل زادت تسريبات السدادات؟ هل يتم تحميل جانب الهواء أكثر من المتوقع؟ تُستخدم للاقتراب من بعض هذه الأسئلة.
المعادلة الأكثر شيوعًا المعتمدة على درجة الحرارة تُكتب كالتالي:
$$
X = \frac{T_{g,in} - T_{g,out,nl}}{T_{a,out} - T_{a,in}}
$$
هنا، \(T_{g,in}\) هي درجة حرارة دخول الغاز. \(T_{g,out,nl}\) هي درجة حرارة خروج الغاز بدون تسرب بعد تصحيح تأثير التسرب. \(T_{a,in}\) تشير إلى دخول الهواء، و\(T_{a,out}\) إلى خروج الهواء.
المسألة الأساسية هي عدم أخذ درجة حرارة خروج الغاز من القياس الخام. في سخان الهواء الدوار، إذا كان هناك تسرب في السدادات، يتسرب الهواء إلى جانب الغاز. يظهر خروج الغاز منخفضًا على شاشة DCS. يبدو جيدًا على الورق ولكنه في الغالب ليس قيمة يمكن الوثوق بها كثيرًا.
ولهذا يُناقش درجة حرارة عدم التسرب بشكل منفصل.
يُستخدم حساب نسبة X خاصة للمقارنة مع التصميم بعد اختبار الأداء، ومتابعة ما قبل وبعد الصيانة، ومراقبة تأثير غسيل سخان الهواء، وفصل تأثير التسرب بعد ضبط السدادات، ورؤية تقريبية لتوازن السعة بين جانب الهواء والغاز. كلمة «تقريبية» مهمة هنا. إذا لم تكن نقطة القياس والحمل والوقود والهواء الزائد وضبط O2 وحساب التدفق صحيحة في نفس الوقت، فقد ينحرف التفسير حتى لو كانت المعادلة صحيحة.
في تقرير هندسي، لا يكفي كتابة «نسبة X = 0.76» فقط. يجب أيضًا كتابة الطريقة التي تم العثور عليها بها، وأي درجات حرارة تم استخدامها، وما إذا تم تطبيق تصحيح التسرب. وإلا فسيكون هناك رقم بدون أثر.
تصحيح التسرب عند الحساب بدرجة الحرارة
طريقة درجة الحرارة + تصحيح التسرب تشتق درجة حرارة خروج الغاز بدون تسرب من درجة حرارة خروج الغاز المقاسة:
$$
T_{g,out,nl} = T_{g,out,measured} + \left(\frac{L}{100}\right) \times (T_{g,out,measured} - T_{a,in})
$$
\(L\) هي نسبة التسرب وتُدخل كنسبة مئوية. إذا كانت \(L = 8\)، يُستخدم \(8 / 100\) في المعادلة.
على سبيل المثال، إذا كانت درجة حرارة دخول الغاز 350 درجة مئوية، ودرجة حرارة خروج الغاز المقاسة 150 درجة مئوية، ودرجة حرارة دخول الهواء 30 درجة مئوية، ودرجة حرارة خروج الهواء 280 درجة مئوية، ونسبة التسرب 8%، فإن درجة حرارة خروج الغاز بدون تسرب تبلغ حوالي 159.6 درجة مئوية. وبهذه القيمة تكون نسبة X حوالي 0.7616. إذا كانت القيمة التصميمية 0.80، يكون الانحراف حوالي -4.8%.
هذه القيم هي قيم أمثلة نظيفة. في الموقع، غالبًا ما تُرى 347.8 درجة مئوية بدلاً من 350؛ ويلتصق خروج الهواء عند 276.4 درجة مئوية بدلاً من 280؛ ويذكر تقرير التسرب 7.6% بدلاً من 8%. الآلة الحاسبة تعمل مع هذه الكسور أيضًا. من الأكثر طبيعية رؤية كسور في البيانات الحقيقية.
موضوع الوحدات قصير لكنه حاسم. يمكن العمل بـ °C أو °F أو K؛ ولأن الحساب يعتمد على فروق درجات الحرارة، إذا تم التحويل بشكل صحيح تظل النتيجة على نفس الخط. الخطأ عادة لا يأتي من تحويل الوحدات، بل من إدخال بيانات لا تنتمي إلى نفس نقطة الحمل في نفس الحساب.
إذا كانت قيمة عدم التسرب جاهزة، لا تقم بتصحيح مرة أخرى
بعض تقارير الاختبار تعطي بالفعل درجة حرارة خروج الغاز بدون تسرب. في هذه الحالة، لا داعي لإعادة إنتاج قيمة عدم التسرب من درجة حرارة خروج الغاز المقاسة عبر تصحيح التسرب. سيكون قد طُبق نفس التصحيح مرتين.
في هذه الطريقة، يتم الحساب التالي مباشرة:
$$
X = \frac{T_{g,in} - T_{g,out,nl}}{T_{a,out} - T_{a,in}}
$$
بالنسبة لدرجة حرارة دخول الغاز 350 درجة مئوية، وخروج الغاز بدون تسرب 160 درجة مئوية، ودخول الهواء 30 درجة مئوية، وخروج الهواء 280 درجة مئوية، تكون نسبة X 0.76. إذا كان التصميم 0.80، يكون الانحراف -5%.
الشيء الذي يجب فحصه هنا هو المصدر أكثر من الرقم. من أين جاءت قيمة \(T_{g,out,nl}\)؟ هل هي من اختبار الضمان، أم اختبار الأداء الميداني، أم من ورقة بيانات الشركة المصنعة، أم من ملف حساب آخر؟ القيمتان اللتان تحملان نفس التصنيف قد لا تعبران أحيانًا عن نفس الشيء.
سطر ملاحظة صغير في تقارير سخان الهواء ينقذ الكثير من العمل:
- الحمل: على سبيل المثال 85% من MCR
- الوقود: فحم، غاز، زيت وقود، كتلة حيوية؛ أياً كان المستخدم
- التسرب: هل تم قياسه أم مفترض؟
- درجات الحرارة: هل هي قيم لحظية أم متوسطات؟
- عدم التسرب: هل تم حسابه أم مأخوذ من التقرير؟
لا حاجة لتجميل هذا طويلاً. لكن إذا لم يُكتب إطلاقاً، فإن الشخص الذي يفتح نفس التقرير بعد ستة أشهر سيتعارك مع الحساب.
نسبة X من خلال معدل التدفق والحرارة النوعية
طريقة درجة الحرارة كافية أحيانًا وأحيانًا لا. إذا كانت معلومات معدل التدفق والحرارة النوعية موثوقة، فإن نسبة السعة تعطي قراءة أكثر مباشرة:
$$
X = \frac{\dot{m}_{air} \times C_{p,air}}{\dot{m}_{gas} \times C_{p,gas}}
$$
\(\dot{m}_{air}\) هو معدل تدفق كتلة الهواء، و\(\dot{m}_{gas}\) هو معدل تدفق كتلة الغاز. \(C_{p,air}\) و \(C_{p,gas}\) هما قيمتا الحرارة النوعية للمائعَين المعنيين.
إذا أُخذ معدل تدفق الهواء 120 كجم/ثانية، ومعدل تدفق الغاز 130 كجم/ثانية، والحرارة النوعية للهواء 1.005 كيلوجول/كجم·ك، وللغاز 1.09 كيلوجول/كجم·ك، فإن نسبة X تبلغ حوالي 0.8503. إذا كان التصميم 0.80، يكون الانحراف +6.29%.
في هذه الطريقة، ينخفض خطأ مسبار درجة الحرارة إلى الخلف بعض الشيء؛ وتبرز افتراضات معدل التدفق وCp. من المهم من أين جاء معدل التدفق. هل هو من منحنى المروحة، أم من قياس الاختبار، أم من علامة حساب DCS؟ وكذلك جانب Cp. إذا تغير تكوين الغاز، فإن افتراض ثبات \(C_{p,gas}\) يظل متزعزعًا بعض الشيء.
في غلاية الفحم، يتغير الهواء الزائد، وتتغير رطوبة غاز المداخن، ويتغير ضبط O2. إذا كنت تحرق الكتلة الحيوية، يصبح الأمر أكثر تشتتًا. قد يكون من العملي قراءة جميع الأحمال بنفس قيمة Cp، ولكن يجب كتابة هذا الافتراض في التقرير.
وهناك أيضًا خطأ في الوحدات. إذا بقيت كجم/ساعة بجانب كجم/ثانية، تكون النتيجة غير منطقية. يمكن للآلة الحاسبة إجراء تحويل الوحدات؛ ومع ذلك، يظل معرفة ما تمثله القيمة المُدخلة على عاتق المستخدم. 120 كجم/ثانية ليست نفس 120 كجم/ساعة. عندما يحدث هذا الخطأ، لا تنحرف نسبة X قليلاً، بل تذهب إلى مكان آخر تمامًا.
كيف يجب قراءة انحراف التصميم؟
العبارة المستخدمة لمقارنة التصميم مباشرة:
$$
Sapma\ (\%) = 100 \times \frac{X_{mevcut} - X_{tasarım}}{X_{tasarım}}
$$
إذا كانت \(X_{mevcut}\) تساوي 0.7616 و\(X_{tasarım}\) تساوي 0.80، فإن الانحراف حوالي -4.8%. يشير هذا إلى أن القيمة الحالية أقل من التصميم. لا يزال من المبكر إصدار حكم على الأداء بجملة واحدة.
إذا كان هناك انحراف سلبي، يُنظر أولاً إلى البيانات. هل درجة حرارة دخول الغاز مستقرة؟ هل تمت قراءة خروج الهواء من نقطة واحدة؟ هل هناك تدرج حراري في قناة خروج سخان الهواء؟ هل تم قياس التسرب في نفس نقطة الاختبار؟ تدخل هنا أمور مثل اتساخ السلة، والترسبات، وفجوة السدادات، والالتفافية، وانسداد الطرف البارد.
الانحراف الإيجابي ليس دائمًا «أفضل». قد يكون معدل تدفق الهواء قد أُدخل بشكل أكبر من اللازم. قد يكون معدل تدفق الغاز مقدَّرًا بأقل من قيمته. قد يكون افتراض Cp أعلى من اللازم. أحيانًا يأتي السطر الأكثر إشراقًا في التقرير من أضعف افتراض.
يجب قراءة نسبة X ليس بمفردها، بل مع درجة حرارة خروج الغاز، ودرجة حرارة خروج الهواء، ونسبة التسرب، وانخفاض الضغط في سخان الهواء. إذا كانت هذه تتحدث في نفس الاتجاه، تصبح القراءة أقوى. إذا كان أحدها يعزف على وتر آخر، يجب أولاً التدقيق في جانب القياس.
اختيار الطريقة في الآلة الحاسبة
تعمل هذه الآلة الحاسبة بثلاث طرق مختلفة.
تُستخدم طريقة درجة الحرارة + تصحيح التسرب عندما تكون درجة حرارة خروج الغاز المقاسة ونسبة التسرب في متناول اليد. يتم اشتقاق خروج الغاز بدون تسرب داخل الحساب. إنها طريقة عملية للفحص السريع بعد الصيانة.
طريقة درجة حرارة عدم التسرب المباشرة مخصصة للحالات التي تكون فيها هذه القيمة معطاة جاهزة في تقرير الاختبار. هنا لا تُدخل نسبة التسرب مرة أخرى في الحساب.
أما طريقة معدل التدفق × الحرارة النوعية فتقارن معدلات السعة الحرارية في جانبي الهواء والغاز. تعتمد على معدل التدفق الكتلي وقيم Cp، وليس على فرق درجة الحرارة. إذا لم تكن بيانات التدفق موثوقة، فإنها تنتج نتيجة تبدو جميلة ولكن من الصعب أن توحي بالثقة.
يمكن أن تكون وحدات درجة الحرارة °C و°F وK. في جانب معدل التدفق، يمكن استخدام وحدات مثل كجم/ثانية، كجم/ساعة، رطل/ساعة، رطل/ثانية، كيلو رطل/ساعة، أو طن/ساعة. تقوم الأداة بتحويلها إلى أساس مشترك. من الجيد أن تظل الوحدات المختارة واضحة عند كتابة التقرير، خاصة في المنشآت التي تُدخل فيها فرق مختلفة البيانات في نفس الملف.
حقل نسبة X التصميمية للمقارنة. يُدخل فيه القيمة سواء كانت من ورقة بيانات الشركة المصنعة، أو اختبار الضمان، أو هدف التشغيل المقبول. إذا كانت القيمة التصميمية غير معروفة، يمكن استخدام القيمة الافتراضية 0.80، ولكن لا ينبغي تقديمها كبيان تصميم. كتابة «افتراض مرجعي» سيكون أكثر صدقًا.