کنترل کیفی آب بویلرها
در سیستم های تولید بخار مانند بویلرها و دیگ های بخار،تامین آب خوراک با کیفیت مطلوب برای تضمین عملکرد صحیح و تولید بخار با خلوص بالا ضروری می باشد. فرآیند احتراق در دیگ بخار به شدت به شفافیت و کیفیت آب بستگی دارد تا تولید بخار با کیفیت بالا انجام پذیرد. در این راستا محافظت از تجهیز در برابر خوردگی و رسوبگذاری و انجام تبادل حرارتی مداوم اهمیت زیادی دارد.
وجود ناخالصی‌ها در آب بویلرها منجر به بروز آلودگی در سیستم شده و با آسیب‌های که وارد می کنند عمر تجهیزات را کوتاه کرده و کارایی آنها را کاهش می‌دهند. به عنوان مثال نمک های محلول در آب که پس از تبخیر آب روی سطوح جمع می شوند بخشی از فرآیند انتقال حرارت را مسدود می کنند که این امر باعث کاهش راندمان و اختلال در عملکرد سیستم می شود. علاوه بر این، قطر لوله هایی که به مروربا این نمک ها پر می شوند کاهش یافته که منجر به کاهش جریان سیال و در نهایت افت فشار خواهد شد. این لوله ها پس از مدتی نیاز به تعویض دارند که هزینه بر و زمان بر خواهد بود. تشکیل رسوب با وجود غلظت هرچند کم از ناخالصی ها در آب تغذیه محتمل بوده و به سطوح انتقال حرارت آسیب می زند. سختی آب منجر به افزایش پتانسل رسوبگذاری می شود، عدم کنترل pH و اکسیژن محلول نیز می تواند آسیب های جدی به سیستم وارد نماید. بنابراین کنترل کیفیت آب خوراک در سیستم های تولید بخار، از مهمترین و کلیدی ترین پارامتر در حفظ سلامت و طول عمر سیستم های مذکور محسوب می گردد. برخی از دلایل اهمیت تامین آب با خلوص بالا را می توان در موارد زیر خلاصه نمود:
- کاهش تناوب بلودان تا ۱۰برابر
- کاهش مصرف مواد شیمیایی ویژه بویلرها به علت کم شدن مکرر خروجی بلودان
- کاهش احتمال تشکیل رسوب
- سطح پایین ناخالصی ها باعث کاهش میزان خوردگی در دیگ بخار می شود
- وجود برخی از ناخالصی های آلی و معدنی در آب باعث افزایش قلیایت آب شده و کف زیاد ایجاد شده ممکن است منجر به پدیده کری اور (Carry over ) برخی از مواد جامد معلق در آب ورودی بر اثر حرارت بالای آب و تبدیل شدن آن به بخار، روی دیواره بویلر ته نشین شده وبا تشکیل رسوب منجر به و گرفتگی لوله ها و اتصالات خواهند شد.
بهسازی آب خوراک دیگ های بخار و بویلرها به روش های فیزیکی و شیمیایی یا تصفیه داخلی و خارجی تقسیم بندی می شود:
مشکلات ناشی از رسوبگذاری در بویلرها و دیگ های بخار
- ضخیم شدن جداره بویلر موجب پایین آمدن رسانش گرمایی آن شده و در نتیجه ، مصرف سوخت برای تولید بخار بیشتر شده و هزینه های مربوطه بالا میرود. دلیل این مسئله پایین بودن هدایت گرمایی رسوب نسبت به فلز است.
- گرم شدن بیش از حد بدنه فلزی بویلر و کاهش مقاومت مکانیکی آن که ممکن است منجر به ترکیدگی لایههای رسوبی گردد و باعث نفوذ آب از محل ترکیدگیهای رسوب و رسیدن آن به بدنه داغ بویلر شده و شرایط بروز شکنندگی قلیایی و خوردگی در جداره بویلر را فراهم سازد.
- کاهش گنجایش بویلر و کاهش میزان بخار به میزان 10-12% ظرفیت اولیه بویلر.
- کنده شدن احتمالی لایه رسوبی در برخی نقاط بویلر و لولههای انتقال آب داغ و تماس آب با بدنه فلزی بسیار داغ بویلر و احتمال انفجار
- گاهی وجود مواد روغنی در آب سبب سخت شدن لایه رسوبی، هیدرولیز روغن و تولید اسید چرب شده و امکان خوردگی را افزایش میدهد.
مشکلات ناشی از خوردگی اکسیژن
آسیب ناشی از خوردگی اکسیژن می تواند گسترده و بسیار پرهزینه باشد. این نوع آسیب را می توان به راحتی با حفره های ایجاد شده تشخیص داد. اکسیژن جزء طبیعی تقریباً تمام منابع آب است و به صورت گاز محلول در آب وجود دارد. در دمای آب بویلرها، خورندگی حاصل از غلظت‌های کوچک اکسیژن بسیار بیشتر از آنچه در دمای محیط انتظار میرود، تسریع می گردد. در حالی که هیچ ناحیه ای از تجهیزات قبل از بویلر و بعد از بویلر یا دیگ بخار از حمله احتمالی اکسیژن مصون نیستند، معمولاً این خوردگی ابتدا در چند مکان خاص مشاهده می شود:
اولین نقطه مشاهده شده معمولاً در اکونومایزر خواهد بود زیرا دما در این واحد افزایش چشمگیری دارد. بخش‌های دیگر مانند بخش ذخیره سازی و خطوط آب تغذیه بین هواگیر و اکونومایزر نیز احتمالاً تحت تأثیر قرار می‌گیرند، اما بازرسی این مناطق دشوار است.
نقطه بعدی خوردگی اکسیژن که به راحتی مشاهده می شود، در درام بخار در فصل مشترک بخار/آب است. در این مکان معمولا حداکثر حمله صورت می گیرد.
در نهایت، اکسیژنی که از طریق سیستم حمل می شود را می توان به راحتی در سراسر خطوط کندانس مشاهده کرد. هر حمله ای که در اینجا اتفاق می افتد در حضور دی اکسید کربن که معمولا در اکثر خطوط برگشت بخار یافت می شود بسیار شدیدتر می شود. کنترل اکسیژن محلول با استفاده از گاززداها قبل از ورود به بویلر یا دیگ بخار و نیز تزریق مواد شیمیایی اکسیژن زدا انجام پذیر است.
کنترل سختی آب
میزان سختی آب تغذیه در دستگاه دیگ بخار و بویلرها تا فشار 40 بار، باید در حد صفر باشد. آنچه تحت عنوان سختی در آزمایشگاه اندازه گیری می شود سختی کل می باشد که مجموع سختی کربناتی و غیرکربناتی می باشد. یون های منیزیم و کلسیم اصلی ترین عوامل ایجاد سختی در آب هستند. وجود سختی در آب بویلرها موجب رسوب گذاری روی جداره شده و در نهایت به بدنه بویلر یا دیگ بخار آسیب جدی وارد شده موجب مختل شدن فرآیند انتقال حرارت نیز می گردند. استفاده از روش های غشایی نظیر اسمز معکوس و نیز به کارگیری سختی گیرها به کنترل سختی آب خوراک بویلرها کمک خواهد کرد. ولی از آنجا که روش های مختلف، به خودی خود قدرت کافی جهت محافظت کامل بویلرها در برابر تشکیل رسوب را ندارند و حتی با استفاده از پیشرفته ترین روش ها، باز هم کمی سختی در آب تغذیه باقی می ماند علاوه بر تصفیه خارجی آب خوراک، استفاده از تصفیه داخلی (شیمیایی) نیز جهت تکمیل فرآیند بهسازی شیمیایی وکنترل رسوبگذاری توصیه می گردد. بنابراین، تصفیه شیمیایی همیشه مورد نیاز بوده و استفاده از سیستم نرم کننده آب همراه با برنامه تصفیه شیمیایی داخل بویلر موثرترین، و مقرون به صرفه ترین وسیله برای کنترل کیفیت آب بویلرها خواهد بود.
کنترل املاح محلول آب (TDS)
هنگامی که آب تبخیر می شود و بخار تشکیل می گردد، مواد معدنی یا جامداتی که در آب حل شده یا معلق شده اند، داخل بویلر باقی می مانند. برای جایگزینی آبی که تبخیر شده است، آب جبرانی با بار معمولی مواد معدنی اضافه می گردد. پس از مدتی، با افزایش سیکل تغلیظ، کل جامدات محلول (TDS) در بویلرها به سطح بحرانی می رسد. TDS بالاتر از این محدوده می تواند باعث ایجاد کف شده و منجر به حمل املاح به داخل فاز بخار، دریچه ها و تله های بخار می گردد (پدیده کری اور). املاح محلول را می توان با پایش هر چه بهتر کیفیت آب ورودی و استفاده از آب جبرانی با کیفیت قابل قبول و نیز بلودان های متناسب با سیکل تغلیظ در محدوده مجاز کنترل نمود.
کنترل pH
میزان غلظت یون H+در آب، یکی از فاکتورهای بسیار مهمی می باشد که در بازه صفر تا 14 متغیر است. pH هر چه از بازه 7 به سمت صفر کاهش پیدا کند، به معنای اسیدی بودن آب و pH بالاتر از 7 و نزدیک به 14 نشانه قلیایی بودن آب خواهد بود. با توجه به قدرت خورندگی بالا در آب های اسیدی ، مقدارpH آب بویلر باید به طور مداوم پایش گردد. البته لازم به ذکر است که قلیائیت بالا نیز ممکن است منجر به بروز پدیده کری اور گردد. به همین دلیل در کنترل کیفیت آب بویلر لازم است به دقتpH با روش ها و ابزارهای دقیق بررسی و تنظیم گردد. pH آب دیگ های بخار معمولا در محدوده 10 کنترل می شود تا علاوه بر کنترل خوردگی در محیط اسیدی به اندازه کافی و مناسب قلیایی باشد تا میزان رسوبگذاری کنترل گردد.
قلیائیت آب بویلرها و دیگ های بخار
قلیائیت آب در بویلرها و دیگ های بخار باید به اندازه کافی بالا باشد تا از پوسته و صفحات در برابر خوردگی اسیدی محافظت کند اما از طرفی افزایش بیش از حد قلیائیت نیز مشکلاتی ایجاد می نماید. قلیائیت بالا باعث افزایش املاح محلول آب شده و احتمال حمل ذرات توسط بخار و وقوع کری اور افزایش می بابد. علاوه بر آن افزایش قلیائیت باعث شکنندگی قلیایی و در نتبجه ترک خوردگی دیواره بویلر می گردد. آب دیگ های بخار نباید دارای قلیائیت زیاد از نوع کربنات و بی کربنات و هیدروکسید باشد زیرا یون های کربنات و بیکربنات در اثر حرارت شکسته شده و دی اکسید کربن تولید می نمایند. ورود دی اکسیدکربن به بخار معمولا باعث زنگ زدگی لوله های بخار شده و پس از سرد شدن بخار دی اکسید کربن در مایع حل شده و با تولید اسید کربنیک منجر به کاهش pHدیگ های بخار می گردد و در نهایت باعث زنگ زدگی لوله های آب برگشتی می گردد.
حمل املاح آب توسط بخار در بویلرها (کری اور)
اگر آب ورودی دیگ بخارو بویلر دارای ناخالصی های محلول و غیرمحلول باشد در هنگام جوشیدن، این مواد ته نشین می شوند که نباید وارد ذرات بخار شوند. اما در واقعیت این موضوع مقداری متفاوت است در حقیقت در برخی شرایط، مواد معدنی موجود در آب می توانند از فاز مایع به فاز بخار وارد شوند که به این حالت پدیده تراوش املاح یا Carry over گفته می شود. این پدیده از مشکلات رایج در دیگ‌های بخار و بویلرها می‌باشد که باعث بروز انواع خرابی، استهلاک، کاهش بازدهی، تریپ خوردن، از مدار خارج شدن دیگ بخار و حتی تجهیزات مصرف کننده و نیز تولید بخار آلوده می‌شود.
درک اینکه چگونه پدیده کری اور شکل گرفته و روی سطوح مخزن بخار، لوله های سوپرهیتر، پره های توربین بخار و دیگر تجهیزات سبب خوردگی و رسوب می شود در طراحی و بهره برداری از یک دیگ بخار بسیار حائز اهمیت می باشد.
مهمترین علل مکانیکی کری اورعبارتند از :
– طراحی ضعیف جداکننده های بخار و روش عملیاتی آن
– بالا بودن غیرمجاز سطح آب
– اندازه درام
– مشخصات بار
– افزایش تناژ تولید بخار
– خاموش و روشن شدن یکباره مشعل دیگ و یا وارد شدن یکباره جریان آب ورودی به بویلر
– طراحی بویلر
از علل شیمیایی این پدیده می توان به موارد زیر اشاره نمود:
– شستشو با مواد شیمیایی نامناسب
– بیش از حد بودن املاح نامحلول در آب
– قلیاییت بالای آب درون بویلر
– استفاده از مواد ضد رسوب و ضد خوردگی معدنی
– تزریق نادرست مواد شیمیایی
– تصفیه و بهینه سازی نامناسب آب ورودی
– وجود نفت و روغن در آب داخل بویلر
چنانچه بویلر در فشاری بیشتر از آنچه که برای آن طراحی شده باشد به کار گرفته شود نیز ممکن است موجب کری اور شود.
اثرات مخرب پدیده کری اور
مواد جامد انتقال یافته توسط بخار روی شیرها، توربین ها، موتورها و لوله های بخار ته نشین می شوند. این رسوبات می توانند باعث ایجاد اختلال در لوله های با حرارت بالا شده و راندمان دیگ بخار را کاهش می دهند.
جوشش آب باعث اشتباه در خواندن سطح آب می گردد و از طرفی مواد جامد حل شده می توانند باعث ایجاد شوک حرارتی در سیستم های پخش کننده بخار (به علت ورود رسوبات موجود در آب) شده، راندمان حرارتی دیگ های بخار را کاهش دهند.
پدیده های مشابه دیگری نظیر پرایمینگ و فومینگ نیز وجود دارند که در نهایت با آلوده کردن بخار تولیدی منجر به بروز مشکلات جدی در تجهیزات می شوند. پرایمینگ در واقع بیانگر ورود قطرات ریز آب به بخار تولیدی می باشد که منجر به مرطوب شدن بخار می گردد. ورود بخار حاوی قطرات آب به سوپر هیترها منجر به ایجاد تنش های حرارتی شدید در اثر اختلاف دما شده و همجنین باعث افت دمای بخار سوپرهیت خروجی از بویلر می گردد. این قطرات علاوه بر آن می توانند در اثر برخورد به توربین ها آسیب های جدی به پره ها وارد نمایند. کارکردن بویلر با سطح آب بالاتر از حد مجاز، به کارگیری بویلر زیر فشار طراحی آن و نیز افزایش غیرمجاز ظرفیت تولید بخار از دلایل ایجاد پرایمینگ می باشند.
پدیده فومینگ نیز ناشی از تشكيل حباب ها در سطح آب می باشد که اين حالت موجب كاهش فضا برای آزاد شدن بخار گرديده و در نتيجه باعث كشيده شد قطرات آب یا ذرات املاح محلول و آلودگی از طريق بخار به داخل سوپرهيتر خواهد شد. کنترل هر چه بهتر کیفیت آب خوراک بویلرها که منجر به تولید بخار با کیفیت مطلوب می گردد و نیز بازرسی های دوره ای تجهیزات جهت بررسی صحت عملکردشان، از بروز مشکلات جدی در تجهیزات بویلرها و دیگ های بخار جلوگیری خواهد کرد.