التبخر بالضغط البخاري

في هذه الحالة، يكمن مدخل الطاقة إلى النظام في طاقة ضخ الضاغط. وسيكون استهلاك الطاقة النظري مساوياً لـ ${\displaystyle E=Q*(H2-H1)}$، أين

• E هي إجمالي طاقة الضخ النظرية
• Q هي كتلة الأبخرة التي تمر عبر الضاغط
• يمثل H ₁ و H ₂ إجمالي المحتوى الحراري لوحدة كتلة من الأبخرة، على التوالي في اتجاه التيار وأسفل الضاغط.

في وحدات النظام الدولي للوحدات ، يتم قياس هذه القيم على التوالي بالكيلوجول والكيلوجرام والكيلوجول /كيلوجرام.

ستكون الطاقة المُدخلة الفعلية أكبر من القيمة النظرية، وستعتمد على كفاءة النظام، والتي تتراوح عادةً بين 30% و60%. على سبيل المثال، لنفترض أن الطاقة المُدخلة النظرية هي 300 كيلوجول، وأن الكفاءة 30%. ستكون الطاقة المُدخلة الفعلية 300 × 100 / 30 = 1000 كيلوجول.

في وحدة كبيرة، تتراوح قدرة الضغط بين 35 و 45 كيلوواط لكل طن متري من الأبخرة المضغوطة.

يُعدّ الضاغط العنصر الأساسي في الوحدة. عادةً ما تكون الضواغط المستخدمة في هذا التطبيق من النوع الطارد المركزي ، أو من وحدات الإزاحة الموجبة مثل منفاخات روتس ، المشابهة لشاحن روتس الفائق (الأصغر حجمًا) . تستخدم الوحدات الكبيرة جدًا (بسعة تبخير 100 طن متري في الساعة أو أكثر) أحيانًا ضواغط التدفق المحوري . ينتج عن عملية الضغط بخار مُحمّص بدرجة حرارة أعلى من درجة حرارة التوازن النظري للضغط ودرجة الحرارة. لهذا السبب، تحتوي الغالبية العظمى من وحدات إعادة تعبئة البخار الميكانيكي على مُزيل للتحميص الزائد بين الضاغط والمبادل الحراري الرئيسي.

تُعطى الطاقة المُدخلة هنا بطاقة كمية من البخار ( بخار الدفع )، عند ضغط أعلى من ضغط كل من بخار المدخل والمخرج. وبالتالي، فإن كمية البخار المضغوط أعلى من كمية بخار المدخل  . ${\displaystyle Qd=Qs+Qm}$ حيث تمثل Q _{_d} كمية البخار عند مخرج القاذف، وQ _{_s} كمية البخار عند مدخل القاذف، وQ_{_m} كمية البخار المحرك. لهذا السبب، غالبًا ما يحتوي المبخر ذو الضغط الحراري على مكثف بخار ، نظرًا لاحتمالية وجود فائض من البخار اللازم للضغط مقارنةً بالبخار المطلوب لتبخير المحلول. وتعتمد كمية البخار المحرك Q_{_m لكل وحدة كمية سحب على كلٍ من} نسبة ضغط البخار المحرك إلى ضغط السحب، ونسبة ضغط التفريغ إلى ضغط السحب. من حيث المبدأ، كلما زادت نسبة الضغط وانخفضت نسبة ضغط البخار المحرك، زاد استهلاك البخار المحرك النوعي، أي انخفضت كفاءة توازن الطاقة.

يُعدّ قاذف البخار ، الموصوف بالتفصيل في الصفحة ذات الصلة، العنصر الأساسي في أي مبخر يعمل بالضغط الحراري. أما حجم باقي المعدات، مثل المبادل الحراري الرئيسي ورأس البخار ، وما إلى ذلك (انظر المبخر لمزيد من التفاصيل)، فيعتمد على عملية التبخير.

يمكن لمبخر ضغط البخار، كمعظم المبخرات ، إنتاج مياه نقية نسبيًا من أي مصدر مائي. ففي جهاز بلورة الملح ، على سبيل المثال، يُظهر تحليل نموذجي للمكثف الناتج محتوىً نموذجيًا من الملح المتبقي لا يتجاوز 50 جزءًا في المليون ، أو من حيث التوصيل الكهربائي ، لا يتجاوز 10 ميكروسيمنز/سم . ينتج عن ذلك مياه صالحة للشرب، إذا استُوفيت المتطلبات الصحية الأخرى. ورغم أن هذه التقنية لا تُنافس في السوق تقنيتي التناضح العكسي أو إزالة المعادن ، إلا أن ضغط البخار يتميز عنهما بقدرته على إنتاج مياه نقية من محاليل ملحية مشبعة أو حتى متبلورة تحتوي على مواد صلبة ذائبة كلية (TDS) تصل إلى 650 غ/لتر. أما التقنيتان الأخريان، فتُنتجان مياه نقية من مصادر لا تتجاوز نسبة المواد الصلبة الذائبة الكلية فيها 35 غ/لتر تقريبًا.

لأسباب اقتصادية، نادرًا ما تُستخدم مصادر المياه منخفضة المواد الصلبة الذائبة في المبخرات. وتُملأ هذه التطبيقات بتقنية التناضح العكسي. يتم تركيز المياه المالحة التي تدخل المبخر النموذجي بشكل أكبر، مما يؤدي إلى زيادة المواد الصلبة الذائبة ورفع درجة غليانها إلى ما هو أبعد من درجة غليان الماء النقي. فعلى سبيل المثال، ترتفع درجة غليان مياه البحر التي تبلغ نسبة المواد الصلبة الذائبة فيها حوالي 30 غ/لتر بأقل من 1 كلفن ، بينما ترتفع درجة غليان محلول كلوريد الصوديوم المشبع بتركيز 360 غ/لتر بحوالي 7 كلفن. ويُشكل هذا الارتفاع في درجة الغليان تحديًا لعملية التبخير بالضغط البخاري، حيث يزيد من نسبة الضغط التي يجب أن يحققها ضاغط البخار لإتمام عملية التبخير. وبما أن ارتفاع درجة الغليان هو العامل الرئيسي في تحديد نسبة الضغط في الضاغط، فإنه يُعد العامل الأساسي في تكاليف التشغيل.

تُعدّ تقنية التصريف بالجاذبية بمساعدة البخار (SAGD) ، التي تتطلب كميات كبيرة من المياه، التقنية المُستخدمة اليوم لاستخراج البيتومين من رمال أثاباسكا النفطية . ^{[ 1 ]} في أواخر التسعينيات، ابتكر المهندس النووي السابق بيل هاينز، من شركة جنرال إلكتريك ، قسم المنتجات الحرارية في شركة RCC، تقنية تبخير تُعرف باسم التبخير بالغشاء الرقيق أو التبخير الميكانيكي بالضغط البخاري. في عامي 1999 و2002، كان مرفق نهر ماكاي التابع لشركة بترو-كندا أول من قام بتركيب أنظمة جنرال إلكتريك SAGD ذات التصريف الصفري للسوائل (ZLD)، باستخدام مزيج من تقنية التبخير الجديدة ونظام التبلور ، حيث أُعيد تدوير جميع المياه، ولم تُصرّف سوى المواد الصلبة خارج الموقع. ^{[ 1 ]} بدأت هذه التقنية الجديدة للتبخير تحل محل تقنيات معالجة المياه القديمة التي كانت تُستخدم في مرافق SAGD، والتي كانت تتضمن استخدام الجير الدافئ لتليين المياه وإزالة السيليكا والمغنيسيوم ، وتبادل أيونات الكاتيونات الحمضية الضعيفة لإزالة الكالسيوم . ^{[ 1 ]} حلت عملية التبخير بضغط البخار محل مولدات البخار ذات الدورة الواحدة (OTSG) المستخدمة تقليديًا لإنتاج البخار. كانت مولدات البخار ذات الدورة الواحدة تعمل عادةً بالغاز الطبيعي الذي ازدادت قيمته بشكل ملحوظ في عام 2008. تتميز جودة المياه في المبخرات بأنها أفضل بأربع مرات، وهو ما يُعد ضروريًا لغلايات الأسطوانة. عند اقتران المبخرات بغلايات الأسطوانة القياسية، فإنها تُنتج بخارًا أكثر موثوقية، وأقل تكلفة في التشغيل، وأقل استهلاكًا للمياه. بحلول عام 2008، اعتمدت حوالي 85% من منشآت استخلاص النفط بالبخار بمساعدة الجاذبية (SAGD) في رمال ألبرتا النفطية تقنية التبخير. "تتطلب عملية استخلاص النفط بالبخار بمساعدة الجاذبية، على عكس العمليات الحرارية الأخرى مثل التحفيز الدوري بالبخار (CSS)، بخارًا عالي الجودة بنسبة 100%." ^{​​[ 1 ]}