طرز کار دیگ بخار

دستگاهیست که برای تولید بخار از آن استفاده می‌شود. این بخار می‌تواند برای چرخاندن توربین یا گرم کردن برخی کوره‌ها استفاده شود. در دیگهای بخاری که در نیروگاهها کار میکنند به دلیل نیاز به فشار بالاتر بخار به صورت سوپرهیت (مافوق گرم) است. آب در این دیگ بخار از لوله هایی که در میان شعله های مشعل محصور شده‌اند عبور می‌کند اما در دیگهای بخار کوچکتر بخار به صورت اشباع خواهد بود و در این مشعل‌ها شعله در داخل لوله و آب در اطراف لوله قرار دارد. یک دیگ بخار از قسمت‌های مختلفی تشکیل شده که توضیح مختصری در مورد آنها خواهید دید:1. مشعلهای دوگانه سوز2. شیشه آب نما: سطح آب داخل دیگ را نشان می‌دهد3. مانومتر: فشار دیگ را نشان می‌دهد4. تابلو و تجهیزات برقی5. هشدار دهنده : در صورت بالا رفتن فشار داخل دیگ هنگامی که قسمتی به درستی کار نکند6. پمپ : در این دیگها از پمپ با دبی بالا و هد متوسط از نوع حلزونی طبقاتی استفاده می‌کنند که دارای یک الکترو موتور به عنوان محرک است..7. دودکش : برای خروج گازهای سوخته شده در فرایند احتراق8. زیر آب زن : خروجی از ته دیگ برای خروج رسوبات ته‌نشین شده در ته دیگ9. سنسور حرارتی: از آنجایی که بخار تولیدی در حالت اشباع است و دما و فشار همواره متناسبند به‌جای استفاده از فشارسنج که در فشارهای بالا مشکل است از سنسورهای حرارتی استفاده میکنند با استفاده از این اصل که هر دما فشار معینی را نشان می‌دهد.10. سوپاپ اطمینان : اگر در موارد نادر تمام ایستگاههای ایمنی و همچنین هشدار دهنده‌ها به علت نقص درست کار نکنند در صورت تجاوز فشار از محدوده قانونی خود سوپاپ باز شده و فشار را با خارج کردن قسمتی از بخار داخل دیگ کاهش می‌دهد.11. تراپ: واحدیست که بخار کندانس شده را جمع‌آوری کرده و به آن تله آب نیز می‌گویند.

کاربرد رادیو ایزوتوپ ها در صنعت

مقدمه:
بسیاری از عناصر در چند شکل متفاوت هسته ای به طور طبیعی وجود دارند که به ،آنها ایزوتوپ می گویند. تمام ایزوتوپ های یک عنصر،خواص شیمیایی مشابه دارند و این در حالی است که بعضی از آنها خاصیت رادیو اکتیو دارند که رادیو ایزوتوپ نام دارند. کاربرد تکنیک های هسته ای در مدیریت صنعتی و محیط زیست دائماً در حال افزایش است. جریان پیوسته عملیات آنالیز تحلیلی و پاسخ سریع ناشی از کاربرد تکنیک ها و کنترل های هسته ای که رادیو ایزوتوپ های زیادی در آن دخیل هستند، بدین معنی است که سرعت جریان انجام کار افزایش یافته و داده های تحلیلی قابل اعتماد، دائماً می تواند در دسترس باشد. این نوع روند کنترل سرعت کار، کاهش هزینه ها و افزایش کیفیت محصول را به دنبال خواهد داشت. صنایع مدرن هم از رادیو ایزوتوپ ها در جهات مختلفی استفاده می کنند که به بهبود تولید می انجامد و گاهی اطلاعاتی ناشی از این کاربرد به دست می آید که از هیچ روش دیگری نمی توانست قابل حصول باشد.چشمه های رادیو اکتیو بسته شده در صنایع رادیو گرافی، اندازه گیری و آنالیز مواد معدنی مورد استفاده قرار می گیرد. ماده رادیو اکتیو با نیمه عمر کوتاه در ردیابی جریان مواد و یا اندازه گیری مخلوط کردن مواد به کار می رود.گاما استریلیزاسیون برای محصولات پزشکی و محصولات حجیم و آنهایی که عمدتاً برای نگهداری مواد غذایی به کار می روند مورد استفاه قرار می گیرد. از آنجاییکه کبالت60 یک رادیو ایزوتوپ گسیلنده گامای پر انرژی است، اکثراً از آن به منظور فوق استفاده می گردد. این رادیو ایزوتوپ در راکتور های هسته ای و گاهی به عنوان یک محصول جانبی در راکتور های قدرت ساخته و تولید می شود.
رادیو گرافی گاما:
تکنیک رادیو گرافی گاما تا اندازه زیادی شبیه دستگاه اشعه ایکس، برای کنترل چمدان ها در فرودگاه و مراکز کنترل مورد استفاده قرار می گیرد. در این روش به جای استفاده از یک ماشین بزرگ برای تولید اشعه ایکس فقط نیازمند به یک چشمه ای است که پرتو گاما از آن گسیل می شود. معمولاً این چشمه یک دانه یا حبه کوچک از مواد رادیو اکتیو در خود دارد که باید در یک کپسول تیتانیومی کاملاً سر بسته مورد استفاده قرار گیرد.
چگالی سنجی:
در اینجا تابش یا اشعه از رادیو ایزوتوپی (چشمه رادیو اکتیو) حاصل می گردد که از شدت آن توسط یک جسمی که بین چشمه رادیو اکتیو و آشکار ساز قرار دارد کاسته شده است. در واقع دیتکتور ها این میزان کاهش را اندازه گیری می کنند. بر این اساس در اینجا یک دستگاه کنترلی می تواند به کار گرفته شود که حضور یا عدم حضور آن جسم و یا مقدار و یا دانسیته و چگالی آن را که بین چشمه و آشکار ساز قرار گرفته است، تعیین نماید. حسن استفاده از این کنترل کننده این است که در عمل کنترل یا اندازه گیری هیچ نوع تماسی با جسم مورد اندازه گیری وجود ندارد.
کنترل فرآیند های صنعتی:
طی هر یک از فرایند های صنعتی نقاط کنترل فراوانی وجود دارد که دقت این کنترل ها سبب بهبود کیفی، کمی، اقتصادی و سهولت انجام کار می شود. کاربرد روشهای هسته ای و رادیو ایزوتوپ ها یکی از بهترین آنها محسوب می گردد. یکی از کاربرد های تکنیک فوق استفاده از آن به عنوان خاکستر سنج قبل و بعد از فرآیند اختلال زغال سنگ به منظور اندازه گیری کیفیت زغال و ارتقاء درجه اختلاط آن و تأثیر آن در مصرف بهینه زغال سنگ است.دستگاه خاکستر سنج علائمی را صادر می کند که اجازه می دهد تغذیه زغال را از انواع مختلف آن تغییر و نسبت به نوع مناسبتر تنظیم نمود.گذاشتن این خاکستر سنج در سر راه بونکر های تغذیه روی خط انتقال می تواند کار دیگ بخار را نیز طوری تنظیم کند که بهبود های لازم در یک دوره طولانی برای تولید و میزان حرارت حاصل گردد.حتی با تغییراتی می توان از روی میزان خاکستر و سایر فضولات تغذیه سوخت دیگ های بخار را متناسب و بهینه کرد.
فلزات در صنایع :
در صنعت فلزات، رادیو نوکلویید ها ممکن است برای مطالعات دیفیوژن(پخش شدن ایزوتوپ ها) و تشکیل آلیاژها مورد استفاده قرار گیرند. کاربرد رادیو نوکلویید ها در مطالعه خوردگی و ساییدگی فلزات هم سبب دقت نتایج می شود. به عنوان مثال تحقیق در ساییدگی حلقه های پیستون موتور ها پس از اکتیو کردن حلقه ها، محل هایی که بیشترین ساییدگی را دارند در مرحله برگشت پیستون از بالا شناسایی می شوند. در بررسی پوشش ها مزیت کاربرد رادیو ردیاب ها انجام آزمایش های کوتاه و کسب اطلاعات نسبتاً دقیق است. در عین حال به جای استفاده از نمونه های فعال شده، از کاشتن و یا کار گذاردن کریپتون?85 ،ممکن است استفاده گردد. در این صورت آزاد شدن کریپتون?85 اندازه ای از میزان و محل ساییدگی را به دست می دهد.در صنایع آب، روغن و سایر سیالات فرایند انتقال را می توان با رادیو ردیاب ها مطالعه کرد. به عنوان مثال مطالعه آبهای زیرزمینی با استفاده از آبهای تریتیم دار امکان پذیر است. در این کاربرد حساسیت آشکار سازی بالای تریتیم ویژگی این روش محسوب می شود.
جذب و پراکندگی تابش:
جذب و یا پراکندگی تابش ناشی از چشمه های رادیو اکتیو در صنعت می تواند برای اندازه گیری ضخامت یا برای تست مواد مورد استفاده قرار گیرد. برای مثال در تولید ورق های کاغذ، پلاستیک، ورق های نازک فلزی، این مواد از بین یک رادیو نوکلویید کپسول شده به عنوان چشمه رادیو اکتیو و یک آشکار ساز متصل به یک اندازه سنج به طور دائم عبور کرده و کنترل می شوند. رادیو نوکلویید در هر منظور مشخص طوری انتخاب می شود که پرتو گسیل شده به طور مؤثر و خیلی دقیق توسط ماده ای که مورد آزمایش است جذب شود. در این صورت ضخامت ورق های پلاستیکی به وسیله چشمه های ساطع کننده بتا تعیین می شود در حالیکه برای اندازه گیری ضخامت ورق های فلزی از سزیم?137 یا ساطع کننده گاما استفاده می گردد.

آشنایی ابتدایی با انرژی هسته ای

دید کلی
وقتی که صحبت از مفهوم انرژی به میان می‌آید، نمونه‌های آشنای انرژی مثل انرژی گرمایی ، نور و یا انرژی مکانیکی و الکتریکی در شهودمان مرور می‌شود. اگر با انرژی هسته‌ای و امکاناتی که این انرژی در اختیارمان قرار می‌دهد، آشنا ‌شویم، شیفته آن خواهیم شد.
آیا می‌دانید که
* انرژی گرمایی تولید شده از واکنش های هسته‌ ای در مقایسه با گرمای حاصل از سوختن زغال سنگ در چه مرتبه بزرگی قرار دارد؟
* منابع تولید انرژی هسته‌ای که بر اثر سیلاب ها و رودخانه از صخره شسته شده و به بستر دریا می‌رود، چقدر برق می‌تواند تولید کند؟
* کشورهایی که بیشترین استفاده را از انرژی هسته‌ ای می‌برند، کدامند؟ و ... .
نحوه آزاد شدن انرژی هسته‌ای
می‌دانیم که هسته از پروتون (با بار مثبت) و نوترون (بدون بار الکتریکی) تشکیل شده است. بنابراین بار الکتریکی آن مثبت است. اگر بتوانیم هسته را به طریقی به دو تکه تقسیم کنیم، تکه‌ ها در اثر نیروی دافعه الکتریکی خیلی سریع از هم فاصله گرفته و انرژی جنبشی فوق العاده‌ای پیدا می‌کنند. در کنار این تکه‌ها ذرات دیگری مثل نوترون و اشعه‌ های گاما و بتا نیز تولید می‌شود. انرژی جنبشی تکه‌ ها و انرژی ذرات و پرتوهای به وجود آمده ، در اثر برهمکنش ذرات با مواد اطراف ، سرانجام به انرژی گرمایی تبدیل می‌شود. مثلا در واکنش هسته‌ ای که در طی آن 235U به دو تکه تبدیل می‌شود، انرژی کلی معادل با 200MEV را آزاد می‌کند. این مقدار انرژی می‌تواند حدود 20 میلیارد کیلوگالری گرما را در ازای هر کیلوگرم سوخت تولید کند. این مقدار گرما 2800000بار بزرگتر از حدود 7000کیلوگالری گرمایی است که از سوختن هر کیلوگرم زغال سنگ حاصل می‌شود.
کاربرد حرارتی انرژی هسته‌ای
گرمای حاصل از واکنش هسته‌ای در محیط راکتور هسته‌ای تولید و پرداخته می‌شود. به عبارتی در طی مراحلی در راکتور این گرما پس از مهارشدن انرژی آزاد شده واکنش هسته‌ای تولید و پس از خنک سازی کافی با آهنگ مناسبی به خارج منتقل می‌شود. گرمای حاصله آبی را که در مرحله خنک سازی به عنوان خنک کننده بکار می‌رود را به بخار آب تبدیل می‌کند. بخار آب تولید شده ، همانند آنچه در تولید برق از زغال سنگ ، نفت یا گاز متداول است، بسوی توربین فرستاده می‌شود تا با راه اندازی مولد ، توان الکتریکی مورد نیاز را تولید کند. در واقع ، راکتور همراه با مولد بخار ، جانشین دیگ بخار در نیروگاه‌های معمولی شده است.
سوخت راکتورهای هسته‌ای
ماده‌ای که به عنوان سوخت در راکتورهای هسته‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد باید شکاف پذیر باشد یا به طریقی شکاف پذیر شود.235U شکاف پذیر است ولی اکثر هسته‌های اورانیوم در سوخت از انواع 238U است. این اورانیوم بر اثر واکنش هایی که به ترتیب با تولید پرتوهای گاما و بتا به 239PU تبدیل می‌شود. پلوتونیوم هم مثل 235U شکافت پذیر است. به علت وجود پلوتونیوم اضافی در سطح جهان ؛ نخستین مخلوط های مورد استفاده آنهایی هستند که مصرف در آنها منحصر به پلوتونیوم است.میزان اورانیومی که از صخره‌ها شسته می‌شود و از طریق رودخانه‌ها به دریا حمل می‌شود، به اندازه‌ای است که می‌تواند 25 برابر کل مصرف برق کنونی جهان را تأمین کند. با استفاده از این موضوع ، راکتورهای زاینده‌ای که براساس استخراج اورانیوم از آب دریاها راه اندازی شوند قادر خواهند بود تمام انرژی مورد نیاز بشر را برای همیشه تأمین کنند، بی آنکه قیمت برق به علت هزینه سوخت خام آن حتی به اندازه یک درصد هم افزایش یابد.
مزیت های انرژی هسته‌ای بر سایر انرژی ها
بر خلاف آنچه که رسانه‌های گروهی در مورد خطرات مربوط به حوادث راکتورها و دفن پسماندهای پرتوزا مطرح می‌کند از نظر آماری مرگ ناشی ازخطرات تکنولوژی هسته‌ای از 1 درصد مرگهای ناشی از سوختن زغال سنگ جهت تولید برق کمتر است. در سرتاسر جهان تعداد نیروگاه های هسته‌ای فعال بیش از 419 می‌باشد که قادر به تولید بیش از 322 هزار مگاوات توان الکتریکی هستند که بیش از 70 درصد این نیروگاه‌ها در کشور فرانسه و بیش از 20 درصد آنها در کشور آمریکا قرار دارد.

آب رسانی برای دیگ بخار

سیال اصلی استفاده شده در دیگ بخار آب است باید این سیال طی مراحلی آماده و وارد دیگ شود. قسمت‌های اصلی آب‌رسانی عبارتند از: 1. منبع آب صنعتی مانند چاه عمیق2. فیلتر شنی: ذرات جامد معلق در آب را جمع‌آوری می‌کند که از طبقات شنی، سیلیسی و سنگی تشکیل شده است. شیر ها در این قسمت و فیلتر بعدی بگونه‌ای طراحی شده‌اند که بعد از ساعاتی کار و کثیف شدن بتوان جریان آب را به صورت معکوس از آن عبور داد تا تمیز شوند.3. سختی گیر: سختی گیری برای جدا کردن دو عنصر کلسیم و منیزیم بکار میرود. اگر این دو عنصر از آب جدا نشوند همان اتفاقی در دیگ بخار می‌افتد که در کتری رخ می‌دهد. در واقع رسوبات سطح بین لوله های آتش کار با آب را کاهش میدهد و انرژی بیشتری برای تولید میزان معینی فشار مصرف می‌شود. همچنین پاکسازی این لوله ها علاوه بر هزینه بر بودن خط تولید را نیز متوقف می‌کند.این بخش از دو مخزن تشکیل می‌شود مخزن اول شامل بافت رزین سه‌بعدی بوده که با منیزیم ترکیب شده RMg بوجود می‌آورد در نتیجه سختی آب از بین می‌رود ولی نمی‌توان آن را به فاضلاب هدایت کرد چون رزین از دست خواهیم رفت. پس از مخزن دوم به عنوان مخزن احیا استفاده می کنیم در این مخزن آب‌نمک وجود دارد. واکنشهای به صورت زیر انجام می‌شود زیر را با ترکیب رزین و منیزیم انجام میدهد.واکنش اول : واکنش دوم :اکنون وارد فاضلاب شده و RNa مجددا با سولفات منیزیم تر کیب شده و تولید RMg می‌نماید که با انجام چرخه‌ای این واکنش‌ها رزین مجددا احیا شده و از چرخه خارج می‌شود. اکنون سختی آب گرفته شده ولی برای وارد شدن به داخل دیگ هنوز مشکلاتی وجود دارد1. اکسیژن محلول در آب که باعث اکسید شدن خط لوله می‌شود.2. دمای پایین آب که به دیگ بخار که در دمای بالا است شک وارد می‌کند. برای حل مشکلات بالا از ریگازور استفاده می‌کنند که مخزنی است حاوی آب بدون سختی که از مرحله قبل تولید شده و قسمتی از بخار تولیدی دیگ با فشار وارد آن می‌شود تا علاوه بر بالا رفتن دمای آب اکسیژن موجود به صورت حباب از آن خارج شود.آب موجود میتواند مورد استفاده دیگ بخار قرار گیرد که توسط پمپ با دبی بالا دیگ را تغذیه می‌کند. این تغذیه هم می‌تواند اتوماتیک باشد و هرگاه سنسور‌های دیگ سطح آب داخل دیگ را کافی تشخیص ندادند به پمپ فرمان تغذیه دهند و یا به صورت دستی و توسط اوپراتور پمپ روشن شود.

سیستم گازرسانی برای دیگ بخار

لوله گاز شهری با یک کلید قطع و وصل اصلی وارد مدار دیگ بخار می‌شود. بعد از این کلید مانومتر فشار خط را نشان می‌دهد که حدود 5/2 بار است اما این فشار برای مشعل خیلی زیاد و خطرناک است، پس باید از رگلاتور که فشار شکن است استفاده می‌کنیم . همچنین قبل از رگلاتور از یک فیلتر برای مواد جامد معلق در گاز استفاده می‌کنیم سپس گاز وارد رگلاتور می‌شود. با استفاده از مانومتر می‌توان دریافت فشار گاز بعد از رگلاتور به 25 میلی بار کاهش یافته است.گاز فشار پایین بعد از عبور از یک سوپاپ اطمینان وارد دو شیر برقی می‌شود که مستقیما توسط مشعل هدایت می‌شوند. شیر برقی شماره یک به صورت تک‌ضرب فقط حالت روشن و خاموش دارد که یا گاز را قطع میکند یا وصل، اما شیر شماره دو به صورت تدریجی می‌تواند میزان گاز عبوری را کم و زیاد کند. این گاز مستقیما وارد مشعل می‌شود

توربین ها، ژنراتورها و نیروگاه های برق

در این فصل یاد می گیریم که چگونه در نیروگاه ها الکتریسیته تولید می شود.نیروگاه های حرارتی دارای دیگ های بزرگی هستند که در آن ها با استفاده از یک سوخت فسیلی، گرما تولید می شود. دیگ بخار مانند قوری چای بر روی یک اجاق گاز است. هنگامی که آب می جوشد، بخار از طریق سوراخ کوچکی که در بالای لوله قوری قرار دارد، خارج می شود. بخار در حال حرکت صدای سوتی ایجاد می کند که به شما می گوید آب در حال جوشیدن است. در نیروگاه ها، آب در داخل دیگ های بزرگ به جوش می آید و سپس بخار آب از طریق لوله های خیلی ضخیم به توربین پمپاژ می شود. در بیشتر دیگ های بخار برای تولید گرما، چوب، زغال سنگ، نفت یا گاز طبیعی در محفظه های ویژه ای سوزانده می شوند. در داخل و بالای این محفظه سوخت، مجموعه ای از لوله ها وجود دارند که در آن ها آب داغ جریان دارد. انرژی گرمایی به داخل لوله های فلزی هدایت می شود، آب داخل لوله ها را گرم کرده و به نقطه جوش می رساند. آب در نقطه 212 درجه فارنهایت یا 100 درجه سانتی گراد به بخار تبدیل می شود . معمولاً بخار پس از عبور از داخل توربین، وارد یک برج خنک کننده می شود که در آن جا دمای بخار کاهش می یابد. بخار خنک شده بار دیگر به آب تبدیل می شود. وقتی که لوله های داغ در تماس با هوای خنک قرار می گیرند، قسمتی از بخار آب موجود در هوا گرم می شود و بخار آب از بالای برج های خنک کننده خارج می شود. به همین علت است که شما گاهی اوقات ابرهای سفید بزرگ را می بینید که از بالای برج های خنک کننده خارج می شوند. بدیهی است که این ابرهای سفید دود نیستند، بلکه بخار آب هستند. البته این بخار آب، بخاری نیست که در توربین استفاده می شود. آب سرد مجدداً به دیگ بخار برمی گردد و در آن جا دوباره حرارت داده می شود، این فرآیند بارها و بارها تکرار می شود. بیشتر نیروگاه ها مجهز به سیستم های پاکسازی هوا هستند و از سوختن گاز طبیعی، برق تولید می کنند. سایر نیروگاه ها برای گرم کردن آب از نفت و یا زغال سنگ استفاده می کنند. در نیروگاه های هسته ای برای تولید برق، از انرژی هسته ای، جهت گرم کردن آب استفاده می شود. هنوز هم برخی دیگر از نیروگاه ها تحت عنوان نیروگاه های ژئوترمال، بدون نیاز به سوخت فسیلی از بخار آب یا آب داغی که به طور طبیعی زیر سطح زمین یافت می شود، استفاده می کنند. در فصل های بعد به آن دسته از منابع انرژی خواهیم پرداخت.
ژنراتور چگونه کار می کند؟
توربین توسط یک محور به توربوژنراتور متصل شده است. روی محور ژنراتور یک سیم پیچ طویل وجود دارد که یک آهنربای بسیار بزرگ را در بر می گیرد. اساس کار ژنراتور با استفاده از اصل "القای الکترومغناطیسی" است که در سال 1831 توسط دانشمند انگلیسی، مایکل فارادی کشف شد. فارادی کشف کرد که اگر یک رسانای الکتریکی، مانند یک سیم مسی، در یک میدان مغناطیسی حرکت کند، جریان الکتریکی در داخل رسانا برقرار (القا) خواهد شد. بنابراین انرژی مکانیکی سیم متحرک به انرژی الکتریکی جاری در سیم تبدیل می شود. سپس الکتریسیته تولید شده توسط ژنراتور، در سیم های انتقال دهنده بسیار طویل جریان پیدا می کند و به این ترتیب جریان برق از نیروگاه به منازل ما، مدرسه ها و مراکز تجاری منتقل می شود.همه نیروگاه ها توربین و ژنراتور دارند. برخی از توربین ها به وسیله باد ، بعضی با آب و برخی دیگر توسط بخار به حرکت در می آیند.