القسم الميكانيكي في المحطات البخارية

الهدف الرئيسي من هذا القسم هو تحويل الطاقة الحرارية الكامنة في البخار إلى طاقة حركية . وتتحول هذه الطاقة الحركية بعد ذلك إلى طاقة كهربية .
المكونات الأساسية للقسم الميكانيكي :-
1/ الغلاية بملاحقاتها
2/ التربينة البخارية بملحقاتها
3/ المكثف ومساعدات المحطة
1/الغلاية ( BOILER ) :-
الغلاية عبارة عن مبنى معزول حراريا يتكون من عدة (ثلاث) طوابق وهو أكبر مبنى بالمحطة ، ويتميز بوجود مداخن عالية لخروج عوادم الاحتراق . وتعمل الغلاية على توليد البخار المحمص ذو الضغط العالي ، عن طريق حرق الوقود .

و يختلف شكل الغلاية باختلاف الوقود المستخدم ، و يكون البخار الناتج عند درجة 540درجة مئوية تقريبا و يكون ضغطه فى حدود 160بار . تعمل على توليد البخار المحمص ذو الضغط العالي ، عن طريق حرق الوقود . ولكل وحدة توليد غلاية خاصة بها ، وبالتالي يمكنك معرفة عدد وحدات التوليد بأى محطة من عدد المداخن العالية بها.

ملحقات الغلاية :-

1/ الفرن (Furnace ) 

2/ الدرم Drum

3/ الموفر Economizer

4/ المسخنات Heaters

5/ Dearator

6/المدخنة Chimney

الفرن Furnace:-

كل غلاية تحتوي على فرن متعدد الوقود يتم تشغيله إما بالمازوت أو بالغاز الطبيعي.
درجة حرارة الفرن تصل إلى 1500درجة مئوية.
الفرن يحتوي على عدد من الحارقات يصل فى بعض المحطات إلى 18حارق مثبتين في جدار الفرن ومقسمين إلى ثلاث مجموعات كل مجموعة في طابق.
كل حارق يحتوي على أداة إشعال تستخدم لبدء تشغيل الفرن وتستخدم أداة الإشعال السولار كوقود لبدء التشغيل.
كل وحدة تحتوي على مروحتين Draft Fansوهما المسئولتان عن إمداد عملية الاحتراق بما تحتاجه من هواء مضغوط .

لابد للمحطة من الاحتفاظ بكمية كبيرة من الوقود مخزنة فى خزانات . وتكون مواصفات خط تغذية المحطة بالغاز الطبيعى فى حدود قطر 30بوصة وضغط الغاز 20بار . وفى الغالب سيكون هناك خط أو خطين آخرين لتوصيل النوع الثانى من الوقود (مازوت مثلا ) 

الدرم Drum :-

وهو عبارة عن وعاء أسطواني ضخم يتم من خلاله فصل قطرات الماء عن البخار عن طريق إمراره على ألواح مائلة ، ويحتوى الدرم على ست فتحات سفلية من خلالها يتم سحب المياه إلى أنابيب على جدار الفرن والتي تكون مرتبة بحيث تغطى معظم الجدار الداخلي للفرن كما توجد أربعة صمامات للأمان تفتح في حالة زيادة الضغط داخل الدرم كما توجد في الدرم فتحة دخول للصيانة

الموفر Economizer :-

الغازات والعادم التي تنتج من الاحتراق داخل الغلاية تكون درجة حرارته عالية فيقوم الموّفر باستخدام هذه الغازات في تسخين المياه تسخيناً مبدئياً قبل دخوله إلى الغلاية حتى نقلل من كمية الوقود المستهلكة داخل الغلاية.

المسخنات Heaters :-

يوجد لدينا نوعان من المسخنات :

 Low Pressure Heaters -1 :-

وهي ضمن مجموعة المسخنات المبدئية للماء قبل دخولها إلى الغلاية وتستخدم في عملية تسخين الماء عن طريق استغلال حرارة البخار المستنزف ( exhausted steam) وهو البخار الذى خرج من تربينة الضغط المنخفض ولايزال يحتفط ببعض الحرارة ، فنستفيد من هذه الحرارة فى تسخين الماء قبل مروره على ال (deaerator) 

 2- High Pressure Re-Heaters:-

وهذه يتم من خلالها يتم تسخين الماء عن طريق البخار المستنزف من تربينة الضغط المنخفض وتربينة الضغط العالي .

Dearator:-

الدور الأساسى لل Dearator هو نزع الأكسجين و ثانى أكسيد الكربون وغيرهما من الغاذات الأخرى ا التى قد تكون مذابة فى الماء الداخل على الغلاية والذى يمكن ان يسبب حدوث عمليات الصدأ فى المكونات المعدنية. 

المدخنه Chimney:-

تكون المدخنة اسطوانية الشكل مصنوعة من الطوب الحراري ومرتفعة جدا كى تعمل على طرد الدخان و الأبخرة السامة إلى الهواء على ارتفاع عالي بعيدا عن العمال و البيئة المحيطة بالمحطة . ونظرا لخروج العادم من الغلاية عند درجة حرارة عالية تصل إلى 390درجة مئوية مما يؤدي إلى زيادة التلوث الجوي بالإضافة إلى كونه عادما يحتوي على كميات هائلة من غاز اول أكسيد الكربون ، فإننا نلجأ إلى إمرار العادم على Air Pre-heaterحيث يستفاد من درجة الحرارة العالية في تسخين الهواء قبل دخوله للغلاية كما ذكرنا حين الحديث عن الموفر ، Economizerوبعد ذلك نمرر العادم النهائي على مرشحات Filtersلاستخلاص الغازات الضارة منه قبل الخروج من المدخنة ذات الارتفاع الشاهق. ودرجة حرارة العادم فى النهاية تخرج عند درجة لا تتعدى 100درجة مئوية ، والا فإن الوحدة يمكن أن تخرج بسبب ارتفاع ححرارة العادم

2/ التربينة البخارية Turbine :-

هى الجزء المسئول عن دوران عمود المولد عن طريق تمدد البخار المحمص الذى يدخل لتدوير التربينة على ضغط عالي وحرارة عالية. وتتكون من عدد من الريش تتحرك بشكل دائري حول محورها و موصلة ميكانيكيا بالمولد حيث يدور المولد بنفس سرعة التربينة ، لذلك يجب أن تدور التربينة بسرعة ثابتة حتى يظل التردد ثابت على المولد .

والتربينة مقسمة إلى ثلاثة أقسام:
تربينة الضغط العالي .
تربينة الضغط المتوسط.
تربينة الضغط المنخفض.
وكل قسم فى التربينة يكون عبارة عن عدة دوائر عليها زعانف  ، و يدخل البخار المرحلة الأولى بضغط 160بار ، ودرجة حرارة 540مئوية ، ويخرج البخار بعد المرحلة الأولى إلى الغلاية مرة أخرى ليكتسب مزيدا من الطاقة ، ثم يعود ليدخل المرحلة الثانية على ضغط 40بار ونفس درجة الحرارة. ويدخل على التربينة ما يقرب من 800طن بخار بالساعة.

نظام التزييت في التربينة :-

يوجد خلوص (فراغ) بين التربينة وجسمها ، ويتم ملأ ذلك الفراغ بالزيت لمنع الاحتكاك وتجنب الحرارة العالية ، والمساعدة على تبريد هذه الأجزاء وكذلك تساعد على سهولة حركة عمود التربينة . ويوجد نظام خاص بالتزييت يتكون من خزان زيت يحتوى بداخله على الزيت ، ومضخات رئيسية مركبة على عمود التربينة وتعمل على سحب الزيت من الخزان ودفعه إلى أماكن معينة بالتربينة ، كما يوجد أيضا مضخات مساعدة تستخدم في بداية التشغيل ويوجد أيضا مضخة الطوارئ التي تعمل عند انقطاع التيار الكهربي عن الوحدة حيث تقوم بسحب الزيت من الخزان وتدفعه إلى مجمع الزيت بعد مروره بمبردات الزيت. وهذا النظام يعتبر من الأنظمة الحرجة فى المحطة ، وحدوث أى مشكلة فيه تؤدى إلى توقف الوحدة تماما.

عملية تدوير التربينة :-

يجب بقاء عمود إدارة التوربين مستقيما خلال فترات توقف الوحدة عن العمل ، والسبب في ذلك أنه عند إيقاف عمود دوران التربينة نجد أن النصف السفلى من العمود يبرد بمعدل أسرع من النصف العلوي وهذا يؤدى إلى حدوث إلتواء أو إنحناء في عمود دوران التربينة ، ولذلك يتم دوران عمود التربينة ببطء حتى تتساوى درجة الحرارة على جميع نقاط العمود من أعلى ومن أسفل.

3/ المكثف و مساعدات المحطة :-

المكثف Condenser :-

وهو المسئول عن تكثيف البخار الخارج من التربينة قبل أن يضخ مجددا للغلاية حيث أنها تقوم بخفض ضغطه ودرجة حرارته عن طريق مياه تبريد تسحب من النهر.

وفكرة عمل المكثف هو أنه يأخذ المياه الباردة من المحيط أو البحر أو النهر ويمر البخار المراد تكثيفه فى مواسير تمر عليها هذه الكمية من المياه الباردة - فى مواسير أخرى - وعن طريق التبادل الحراري يكتسب الماء البارد الحرارة الموجودة فى البخار . دورة التبريد دورة مفتوحة أى أن الماء يتغير بشكل مستمر حتى يطرد الحرارة التى اكتسبها فى النهر أو البحر ثم ينتقل البخار المكثف إلى المضخة الذي يعيد ضخه للغلاية.

 وفى حالة عدم وجود مصدر مائى للتبريد (نهر مثلا ) يمكن استخدام أبراج التبريد .

مساعدات المحطة :-

وهذه عبارة عن عدد كبير من المضخات و الأجهزة الميكانيكية مثل أجهزة قياس الضغط ، و درجة الحرارة في كل مرحلة و بعض الأجهزة الكهربية مثل أجهزة قياس فرق الجهد ، وأجهزة قياس التيار ، وقياس القدرة و غيرها . وهناك عدة أنواع من مضخات المياه بالمحطات فمنها المضخات التى تقوم برفع ضغط الماء إلى قيمة عالية ليتم تسخينه تحت الضغط المرتفع ويتحول إلى بخار محمص ، ومنها مضخات سحب الماء من البحر/النهر ، إلخ . ومنها طلمبات التغذية Feeding Pumpsالتى تعمل على ضغط 225-180بار ، وهذا الضغط يمكن المياه من الوصول للغلاية. وغالبا تكون  3طلمبات اثنان منهم يعملان بالبخار والثالثة تعمل بالكهرباء كاحتياطى.

الصدمة الكهربائية

• كيف تحدث الصدمة الكهربية للإنسان ؟
يمكن ان يصاب الشخص بصدمة كهربية مباشرة اذا لمس اي phase  و لمس في نفس الوقت خط Neutral في منظومة three phase system ، و يمكن ايضا أن يصاب بالصدمة المباشرة إذا لمس اي Tow Phase من ال Three phase .
كما انه يمكن ان يصاب بصدمة كهربية أي شخص يلمس فقط الطرف الحي ( Live Conductor ) في اي دائرة كهربية جهدها V ، أو يلمس أي جسم معدني يحمل جهدا كهربيا قدره V ، بشرط ان يكون هذا الشخص متصلا بالأرض من خلال قدميه أو إحدى يديه أو أي جزء من جسده ، فعندئذ سيمر تيار كهربي في جسد ذلك الإنسان ،و في هذه الحال تعتبر صدمة غير مباشرة لأنه لم يلمس السلكين ( phas + Neutral ) مباشرة ، و بالطبع فالفرق بين الحالتين فقط في التسمية أما التأثير فمتشابه .
و شدة التيار الذي يمر في جسم هذا الشخص بحسب قانون اوم : I= V÷R
I ~يمثل شدة التيار خلال جسم الإنسان
R~مقاومة جسم الإنسان
• تأثير التيار الكهربائي على جسم الإنسان :-
يسبب مرور التيار الكهربائي في جسم الإنسان آثارا حرارية و تحليلية و بيولوجية ، و يتمثل الأثر الحراري في الإحتراق الذي يصيب الأجزاء الخارجية للجسم بسبب سخونة الأوعية الدموية ، و يتمثل الأثر التحليلي في تحليل الدم و السوائل الحيوية الأخرى مما يؤدي إلى إتلاف تركيبها الفيزيائي و الكيميائي ، و يتمثل الأثر البيولوجي في تهييج الأنسجة الحية الذي يمكن ان يترافق مع تقلصات تشنجية غير ارادية للعضلات بما فيها عضلات القلب و الرئتين ، مما يؤدي إلى تمزق الأنسجة و إختلال عمليتي التنفس و دورة الدم .
✓ تختلف شدة آثار التيار و درجة خطورتها تبعا لثلاثة عوامل رئيسية :-
1- مسار التيار في الجسم .
2- شدة التيار المار في جسم المصاب .
3- الفترة التي يبقى خلالها المصاب تحت تأثير الصدمة .

• تأثير مسار التيار الكهربائي في الجسم :-
يتحدد مسار التيار بنقطتين ، مكان دخول التيار الى الجسم و مكان خروج التيار من الجسم .
قد يكون هذا المسار قصير ( بين نقطتين على اليد او القدم ) ، او قد يكون طويلا من يد الى يد أخرى ، او بين اليد و القدم .
∆ المسار الأكثر خطورة من اليد إلى اليد الأخرى مرورا بالقلب حيث قد يسبب الوفاة الفورية . لذا ينصح احيانا بوضع اليد اليسرى في جيب البنطلون وقت التعامل مع الأسلاك الكهربية الخطرة ، و هذا لن يمنع حدوث الصدمة إذا لامس الشخص سلكا مكشوفا لكن سيجعل مسار التيار لا يمر عبر القلب لوجود اليد اليسرى غير ملامسة لاي نقطة مؤرضة .
• تأثير شدة التيار المار في الجسم :-
خطورة الكهرباء و آثاراها على جسم الإنسان تزداد بإزدياد شدة التيار المار فيه ، و تتحدد قيمة التيار المار في الجسم بعاملين :
1/ جهد الموصل الذي لامسه الشخص ، حيث تتناسب خطورة الصدمة مع ارتفاع الجهد .
2/ المقاومة الكهربائية لجسم الإنسان ، حيث تؤثر قيمتها مباشرة على شدة التيار و لكن بتناسب عكسي ، اي يكون تيار الإصابة كبيرا إذا كانت المقاومة الكهربائية لجسم الإنسان صغيرة ، و العكس بالعكس .
تتأثر قيمة مقاومة جسم الانسان بمدى رطوبة الجلد ، و سمك طبقة الجلد ، فتنخفض المقاومة بشدة اذا كان الجسم رطبا ، و ترتفع قيمتها اذا كان الجلد سميكا ، و لهذا مقاومة الرجل دائما اعلى من مقاومة المرأة لأن جلده اسمك ، و بالتالي فالمرأه دائما اكثر عرضة للخطورة في حالة الصدمات الكهربائية من الرجل .
• خطورة الصدمة حسب قيمة التيار بالملي امبير :-
(0_10) ~ لا يشعر به الإنسان
(10_50) ~ يشعر الإنسان بالتيار و يصاب برعشه ( تقلص في الضلات ) تأخذه في الغالب بعيدا عن مصدر الصدمة الكهربية .
(50_100) ~ يتوقف مركز رد الفعل اللا إرادي بالمخ مما يترتب عجز الشخص عن تخليص نفسه من الدائره .
(100_150) ~ موت إكلنيكي ( يمكن انقاذ الشخص بإجراء التنفس الصناعي CPR
(150_200) ~ موت محقق
اكثر من 200 احتراق الجسم .
• تأثير زمن مرور التيار في الجسم :-
العامل الثالث المؤثر على خطورة الصدمة هو مدة سريان التيار في الجسم ، فالتيار الصغير اذا استمر في المرور بالجسم لمدة طويلة ربما يصبح اكثر خطورة من التيار المرتفع الذي يمر لبرهة قصيرة فقط .
• لمواجهة مخاطر الصدمة الكهربائية :-
1/ العزل الكهربائي ، بمعنى ان يقف الإنسان دائما على شيء عازل عند تعامله مع الدوائر الكهربائية التي تحمل جهدا كبيرا ، يلبس في يديه قفازا عازلا .
2/ التأريض .

القسم الكيميائي في المحطات البخارية

الاقسام الرئيسية بالمحطات البخارية :-
القسم الكيمائي ، القسم الميكانيكي ، القسم الكهربي
القسم الكيميائي في المحطات البخارية :- 
الهدف الرئيسي من هذا القسم هو إمداد جميع مرافق المحطة و بالأخص الفلاية بالماء النقي الذي تصل درجة نقائه الى 99.5% بحيث يكون هذا الماء خاليا تماما من الشوائب و الأملاح حتى لا يؤثر على كفائة الغلاية و التربينة ، لأن هذه الشوائب تؤدي الى تآكل ريش التربينة مما يؤدي إلى انخفاض العمر الإفتراضي لريش التربينة ، و من ثم تقليل الكفاءة العامة للمحطة .
هذا القسم في دول الخليج يكتسب اهمية خاصة لأنه ليس فقط مسؤلا عن توفير المياه المقطرة للمحطة و لكنه ايضا مسؤولا عن إنتاج مياه عذبة صالحة للشرب ، ففي دول الخليج لا يوجد انهار ، و المصدر الوحيد لمياه الشرب هو تقطير مياه الخليج العربي بواسطة وحدات التقطير .
نظرية عمل القسم الكيميائي :- 
يتم سحب المياه من النهر بواسطة طلمبات سحب المياه ، و بالطلع فهذه المياه تحتوي على كميات هائلة من الشوائب التي تتمثل في الأغصان و الأسماك و الطمي و الأملاح ، فيتم التخلص اولا من الاغصان و الأسماك عن طريق بعض الشبكات المعدنية ثم يتم التخلص من الطمي عن طريق المرشحات ، أما المشكلة الكبرى فتتمثل في الأملاح التي تنقسم إلى جزئين ( املاح ذائبه و غير ذائبه ) .
الاملاح الذائبه : يتم التخلص منها عن طريق إضافة بعض المكونات الكيميائية لتحويلها إلى أملاح غير ذائبه و هي يتم التخلص منها بعد ذلك عن طريق المرشحات الكيميائية .
أما الشوائب غير الذائبه غالبا تكون اكاسيد المعادن الناتجة عن تآكل المواد المصنوع منها المكثف و مواسير التغذية .
تحسين معامل الph للماء :-
و تتم معالجة مياه التغذية عن طريق إضافة مادة قلوية للماء (غالبا النشادر NH4) لجعل الPH للمياه يساوي تقريبا (9~9.2) و عندها يقل معدل التآكل ، و بالتالي تقل الشوائب و تعتبر النشادر اكثر القلويات استخداما في هذه العملية نظرا لقلة تكلفتها و لاستقرارها عند درجات الحرارة المرتفعة . حيث تتفاعل الامونيا مع الأكسجين و تمنع تكون أكاسيد المعادن و بالتالي يقل معدل التآكل .
NH4+O2 ---->No+H2O
• تتم معالجة مياه الغلاية لزيادة كفاءة التربينات و الغلايات و ذلك بمنع تآكل التوربينات أو تكون القشور على الأسطح الناقلة للحرارة .
• تتم معالجة المياه عن طريق التحكم في الPH الخاص بمياه الغلاية بإستخدام مركب ثلاثي فوسفات الصوديوم الذي يتفاعل مع الماء و ينتج القلويات التي تساعد على تقليل معدل التآكل .
Na3PO4 + H2O ----->Na2HPO4 + NaOH
و بالتالي اذا تكونت الاحماض في المياه يتم معادلتها عن طريق هيدروكسيد الصوديوم
NaOH + Hcl ----> Nacl + H2O

إختبارات القسم الكيميائي :-
يتم إجراء بعض الإختبارات على الماء للتأكد من درجة نقاءه و هي :
1/اختبار التوصيلية :-
حيث ان الماء يعتمد في درجة توصيليته على نسبة الأملاح و المعادن الموجودة به ، و لذلك فالتوصيلية العالية تعني وجود نسبة أملاح و معادن عالية ، و التوصيلية المنخفضة تعني قلة نسبة هذه الاملاح و المعادن .
2/ إختبار الحامضية :-
من خلاله يتم إختبار درجة الحامضية و القلوية للماء . 

مقدمة في محطات التوليد البخارية

تسمى هذه المحطات ايضا بمحطات توربينا البخار ، لإعتمادها على ضغط البخار لتحريك التوربينات .
تستعمل هذه المحطات أنواعا مختلفة من الوقود حسب الأنواع المتوفرة ، مثل الفحم الحجري أو البترول السائل او الغاز الطبيعي أو الصناعي .
✓ مميزات المحطات البخارية :-
• تمتاز بكبر مساحتها و كبر حجم انتاجها ( يمكن ان تتعدى لوحدة الواحدة 600 ميجا وات )
• رخص تكاليفها بالنسبة لإمكانياتها الضخمة .
• عمرها الإفتراضي كبير .
• كما تمتاز بإمكانية إستعمالها لتحلية المياه المالحة ، الأمر الذي يجعلها ثنائية الإنتاج خاصة في البلاد التي تقل فيها مصادر المياه العزبة .
✓ عيوبها :-
• ابرز عيوبها أن تكلفة الإنشاء عالية ، و أنها تحتاج لمساحة كبيرة ، إضافة إلى بطء دخولها على الشبكة ( 5_7 ساعات)
أساسيات المحطات البخارية :-
تعتمد المحطات البخارية على استعمال نوع الوقود المتوفر و حرقه في افران خاصة لتحويل الطاقة الكيميائية في الوقود إلى طاقة حرارية في اللهب الناتج من عملية الإحتراق ، ثم إستعمال الطاقة الحرارية في تسخين المياه في غلايات خاصة ( Boiler) لتحويل الماء المقطر إلى بخار في ضغط و درجة حرارة مرتفعين ( تصل درجة الحرارة إلى 540 درجة و قيمة الضغط 160 بار ) ، ثم يتم تسليط هذا البخار على ريش تربينات بخارية صممت خصيصا لهذه الغاية ، فيقوم البخار المندفع بتدوير محور التربينات ، و بذلك تتحول الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية على محور هذه التربينات .
يرتبط عمود المولد الكهربي ربطا مباشرا مع عمود التربينات البخارية فيدور الجزء الدوار في المولد الذي يسمى بالRotor و هو الذي يحمل منظومة المجال المغنطيسي للمولد ، بنفس سرعة التربينة فيقط هذا المجال ملفات الجزء الثابت ( stator ) ، و بذلك تتحول الطاقة الميكانيكية إلى كهربية .
إختيار مواقع المحطات البخارية :-
يتحكم في إختيار المواقع لمحطات التوليد الحرارية عدة عوامل مؤثرة منها :
• القرب من مصادر الوقود و سهولة نقله إلى هذه المواقع و توفر وسائل النقل الإقتصادية .
• القرب من مصادر مياه التبريد لان المكثف يحتاج إلى كميات كبيرة من مياه التبريد . لذلك نبني هذه المحطات عادة على شواطي البحار أو بالقرب من الأنهار .
• القرب من مراكز استهلاك الطاقة الكهربية لتوفير تكاليف إنشاء خطوط النقل . و مراكز الإستهلاك هي عادة المدن و المناطق السكنية و المجمعات التجارية و الصناعية .
كفاءة المحطات:-
العيب الرئيسي للمحطات البخارية هو انخفاض كفائتها
تنخفض كفاءة المحطات بطريقتين
• حجم الطاقة المفقودة سواء في الهواء الساخن الناتج عن حرق الوقود ، او خلال المكثفات التي تسترجع البخار لحالته السائلة لاعادة الدورة من جديد .
• طبيعة الآلات الحرارية .
اعلى كفاءة نظرية لا تتجاوز 64%
الاقسام الرئيسية بالمحطات البخارية :- 
✓ القسم الكيميائي
✓ القسم الميكانيكي 
✓ القسم الكهربائي 
• القسم الكيميائي مسؤول عن تجهيز و مراقبة المياه المستخدمة في الدورة البخارية
• القسم الميكانيكي مسؤول عن تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة حركية بتدوير التربينة التي ستقوم بتدوير المولد .
• القسم الكهربائي مسؤول عن تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربية .