قوانین عملکرد دی اریتور های تحت فشار
- اگر مایعی در دمای اشباع آن باشد میزان انحلال گاز در آن تقریبا به صفر می رسد . این در حالی است که مایع باید دارای تلاطم بسیار بالایی باشد یا باید به جوش آید تا اطمینان کاملی از خروج تمامی گاز ها حاصل گردد.
- این تلاطم در قسمت بالایی (برجک ( دی اریتور با اسپری شدن و تبدیل به قطرات بسیار ریز و احاطه این قطرات با بخار نایل می شود و آب بسیار راحت تر، اکسیژن محلول خود را از دست می دهد . این اتفاق سطح بسیار زیادتری را نسبت به جرم آب به آن اختصاص می دهد که انتقال حرارت از بخار به قطرات را سریع می کند و جدا سازی اکسیژن را ساده می سازد و این گاز ها به وسیله ی بخار مازاد از خروجی بالای دیگ در دمایی کمتر از دمای اشباع خارج می گردند.این موضوع که، مخلوط بخار و گاز های اضافه در درجه حرارت پایین تری از نقطه ی جوش (دمای اشباع ) در فشار می باشد، به ما کمک می کند تا بتوانیم از یک خروجی با کنترلر ترموستاتی استفاده کنیم تا هوازدایی صورت گیرد. سپس آبی که عملیات جدا سازی بر روی آن انجام گرفته به داخل منبع دی اریتور سر ریز می گردد.
توزیع آب در دی اریتور
- آب ورودی در دی اریتور باید به کوچکترین قطرات ممکن تقسیم گردد تا اینکه میزان سطح در تماس با هوا، نسبت به جرم آب، بالا برده شود. این نکته ضروری است که دمای آب افزایش پیدا کند تا اینکه در کنار این افزایش سطح ، خروج گاز از مایع با سرعت بالایی در برجک دی اریتور انجام گیرد.پودر کردن آب در دی اریتور دارای روش های متفاوتی می باشد که در زیر به آن ها اشاره شده است:
- یکی از این روش‌ها برخورد این آب با تعدادی سینی سوراخ دار می‌باشد. در این روش آب با برخورد به سری سینی های سوراخ دار پودر شده و همزمان از پایین با بخار در تماس قرار می گیرد و حرارت دریافت می کند.
روش دیگر استفاده از نازل های فنری است که این نازل ها با وارد کردن نیرویی به سمت بالا و در مقایل نیروی ورودی سیال و عبور دادن سیال از دریچه های نازک خود٬ سیال را اسپری می کند. - مسلما در انتخاب این روش ها دلایلی بر انتخاب و دلایلی بر رد روش وجود دارد .در جایی که هزینه ی لازمه هم باید در نظر گرفته شود این موضوع نمود بهتری پیدا می کند، برای مثال در دی اریتور سینی دار عمر این دستگاه تا ۴۰ سال هم می تواند باشد اما در حالت اسپری کردن این عمر تا ۲۰ سال کاهش می یابد، درحالی که قیمت سینی دار تا ۲۵ درصد بیشتر می باشد.و کارایی سینی دار ها بسیار بالاتر می باشد.از دی اریتور سینی دار معمولا در نیروگاه ها و از اسپریی در مابقی مصارف استفاده می شود.
دی اریتور : خوردگی در بویلر ها (دیگ بخار) یکی از مشکلات رایج استفاده از آن ها می باشد. به علت بالا بودن دمای عملیاتی بویلر ها احتمال خوردگی در این تجهیزات بسیار زیاد است. خوردگی در این تجهیزات نه تنها موجب تخریب می شوند بلکه بقایای حاصل از خوردگی با چسبیدن به جداره بویلر مانند عایق حرارتی عمل کرده و کیفیت عملکرد و راندمان آن ها را به شدت کاهش می دهد. برای جلو گیری از خوردگی در بویلر ها باید عوامل خورنده شناسایی شوند
عوامل اصلی خوردگی در دیگ های بخار وجود دو عامل زیر است
- ترکیبات آب
- گازهای محلول در آب
برای جلوگیری از بروز خوردگی باید عوامل فوق حذف شود. برای حذف عوامل فوق اقدامات مختلفی صورت می گیرد که شامل اقدامات درونی و بیرونی می باشد اقدامات بیرونی قبل از ورود آب به دیگ بخار انجام می شود و اقدامات درونی در داخل دیگ بخار انجام می شود.
اقدامات بیرونی
- به وسیله افزایش قلیاییت آب تا پی اچ های 10-11 یون هیدروژن از آب تغذیه دیگ حذف می شود.
- حذف گاز های محلول در آب به خصوص اکسیژن و کربن دی اکسید به وسیله دی اریتور (کربن دی اکسید محلول در آب با استفاده از دی اریتور به شکل کربنیک اسید درآمده و موجب آزاد شدن یون هیدروژن در آب می شود)
اقدامات درونی
اقدامات درونی برای تکمیل اقدامات بیرونی و بهبود عملکرد جلوگیری از خوردگی انجام می شود.
از مهمترین جاذب های اکسیژن
- سولفیت سدیم (Na2SO3) برای سیستم های فشار پایین یا غیر فرار
- هیدرازین (N2H4) برای سیستم های فشار بالا یا فرار
- کربوهیدرازین
- دی اتیل هیدرکسیل آمین (DEHA)
- نیتریل تری استیک اسید (NTA)
- اتیلن دی آمین تترا استیک اسید (EDTA)
- هیدروکینون
دی اریتور ها
برای بررسی دی اریتور ها ابتدا تاثیر عوامل عملیاتی روی انحلال پذیری گاز ها را بررسی میکنیم.
- دما: با افزایش دما انحلال پذیری گاز ها در آب کاهش پیدا می کند.
- فشار: با افزایش فشار انحلال پذیری گاز ها در آب افزایش پیدا می کند.
دی اریتور همان طور که از نامش پیداست تجهیزاتی هستند که برای حذف گاز های موجود در آب توسعه پیدا کردند. بیشتر دی اریتور ها برای کاهش غلظت اکسیژن تا 2 ppm و کمتر و حذف کلی کربن دی اکسید محلول در آب طراحی می شوند.
دی اریتور با تماس مستقیم آب و بخار آب موجب پیش گرم شدن آب تا دمای اشباع می شود . این عمل دی اریتور نه تنها باعث کاهش شدید انحلال پذیری گاز ها در آب می شود بلکه باعث افزایش راندمان بویلر خواهد شد.
اصل مهم در طراحی دی اریتور ایجاد تماس مناسب بین آب و بخار است تا حداکثر انتقال حرارت (انتقال حرارت از بخار به آب) و در نتیجه حداکثر انتقال جرم (انتقال هوا از آب به بخار) انجام شود بر این اساس دو نوع کلی دی اریتور طراحی شده است:
- دی اریتور سینی دار
- دی اریتور اسپری شونده
دی اریتور سینی دار
نمونه دی اریتور سینی دار که در شکل مشاهده می‌شود دارای یک بخش هوازدایی به صورت گنبدی شکل در بالای مخزن ذخیره کننده آب بویلر است. آب بویلر وارد بخش عمودی هوازدایی می‌شود و از روی سینی‌های منفذ دار (سینی‌های فنجانکی (Bubble tray) ) به پایین دی اریتور جریان پیدا می‌کند.
بخار فشار پایین که عمل هوازدایی را انجام می‌دهد از پایین سینی‌های منفذ دار وارد می‌شود و از طریق منافذ به سمت بالا جریان می‌یابد. در بعضی موارد در دی اریتوربه جای سینی از پرکن ها (بستر آکنده (Packed bed)) استفاده می‌شود تا تماس و ترکیب شدن بین آب بویلر و بخار موثرتر باشد.
بخشی از بخار، گازهای حل شده در آب بویلر را جدا می‌کند و از طریق شیر خروجی که در بالای قسمت گنبدی شکل قرار دارد به اتمسفر منتقل می کند و مابقی بخار در اثر انتقال حرارت با آب، مایع می شود.
اگر این شیر دی اریتور به اندازه کافی باز نشود دی اریتور به صورت ناقص کار می‌کند و باعث می‌شود بخش زیادی اکسیژن همراه آب وارد بویلر شود. آب هوازدایی شده به مخزن افقی در پایین دی اریتور جریان می‌یابد که از آنجا به سمت بویلر های تولید بخار پمپ می‌شود.
بخار کم فشاری که از ته مخزن افقی دی اریتور وارد شده و درون آن اسپری می‌شود برای گرم نگه داشتن آب بویلر ذخیره شده در مخزن است. عایق کردن سطح بیرونی مخزن دی اریتور نیز برای کاهش هدر رفت گرما است.
دی اریتور اسپری شونده
مطابق شکل زیر دی اریتور از نوع اسپری شونده یک درام افقی دارای بخش پیش گرم کن (E) یک بخش هوا زدایی را شامل می‌شود. این دو بخش از دی اریتور به وسیله یک صفحه (C) از هم جدا شده‌اند.
بخار کم فشار از طریق اسپری‌هایی که در ته درام دی اریتور قرار دارند وارد آن می‌شوند آب بویلر به صورت اسپری به بخش (E) پاشیده می‌شود و با بخاری که از طریق پخش کننده به بالا می‌آید پیش گرم می‌شود.
هدف از به کار بردن نازل اسپری کننده آب بویلر (A) و بخش پیش گرم‌کننده در دی اریتور این است که آب بویلر را برای جداسازی راحت تر گازهای حل شده در آن تا دمای اشباع گرم و راهی بخش بعدی هوازدایی کند. آب پیش گرم شده بعد از آن وارد بخش هوازدایی (F) می‌شود و در آنجا با بخار خارج شده از پاشنده ها به صورت کامل هوازدایی می‌شود.
گازهای جدا شده از آب از طریق خروجی در بالای مخزن دی اریتور به اتمسفر فرستاده می‌شوند. همانند حالت قبل ممکن است در بعضی از موارد از کندانس کننده برای بازیافت آب خروجی به همراه گاز استفاده شود.
همچنین لوله خروجی گاز به سمت اتمسفر معمولا دارای یک شیر است و به گونه است که تنها اجازه عبور مقداری اندکی بخار را برای آشکار بودن مسیر دود می‌دهد. آب هوازدایی شده از ته مخزن به سمت بویلرهای تولیدکننده بخار پمپ می‌شود.
در هر دو طراحی دی اریتور ، چون آب به دمای اشباع (جوش) نزدیک شده و بخار می شود احتمال رخ دادن پدیده کاویتاسیون در پمپ بسیار افزایش می آید. برای جلوگیری از این پدیده در دی اریتور راه کار های زیر پیشنهاد می شود:
- آب از پایین ترین قسمت دی اریتور (پر فشار ترین قسمت در دستگاه دی اریتور ) به پمپ منتقل می شود.
- دی اریتور در ارتفاع بالاتری از پمپ قرار می گیرد.
پارامتر های طراحی دی اریتور
- فشار کاری معادل 1.2 فشار اتمسفر
- حجم مخزن معادل تامین 10 الی 20 دقیقه ای آب بویلر
- آب ورودی با فشار حداقل 2 bar و دمای حدودا 85 C
- آب خروجی در دمای اشباع ( حدودا 105 C )
- غلظت اکسیژن خروجی کمتر از 2 ppm
جایگاه قرار گیری دی اریتور در فرآیند ها
قرارگیری دی اریتور قبل از بویلر
مشکلات ناشی از عدم استفاده از دی اریتور
- خوردگی بویلر
- افت راندمان بویلر
- افزایش بلوداون ( زیر آب زنی دیگ )در بویلر
البته بدون استفاده از دی اریتور استفاده از بویلر ناممکن است.
مزایای استفاده از دی اریتور
- قابلیت تحمل فشار تا 10 بار
- بدنه از جنس استنلس استیل، فایبر گلاس و کربن استیل
- دارای آب پخش کن های مقاوم از جنس PVC
- تمامی جوشها طبق استاندارد جوش آمریکا (AWS) می‌باشد
- پوشش بدنه داخلی با سه لایه رنگ اپوکسی
- دارای شیر هواگیری و فشارسنج
- حذف کامل گاز دی اکسید کربن محلول در آب
قوانین عملکرد دی اریتور های تحت فشار
اگر مایع در دمای اشباع خود باشد، میزان انحلال گاز در آن تقریبا به صفر می رسد. این در حالی است که مایع باید دارای تلاطم بسیار بالایی باشد و یا به جوش آید تا اطمینان کامل از خروج تمامی گاز حاصل گردد.