وظیفه دیگ بخار تبخیر آب در پوسته آن برای تامین بخار برای انتقال انرژی حرارتی برای فرآیند است. ضخامت آهن برای برآوردن چنین نیازهایی غیر عملی شد و فولاد ملایم برای ساخت دیگ بخار به منظور کاهش وزن با استفاده از مواد قوی مورد استفاده قرار گرفت. نتیجه این بود که خوردگی برجسته‌تر شد، به جز جایی که کیفیت آب به طور طبیعی “نرم” و غیر اسیدی بود.
در طول دوران بخار، تلاش های مختلفی برای کاهش اثر خوردگی انجام شد، از جمله رسوب زدایی مکانیکی، شستشوی مکرر دیگ بخار، استفاده از کارخانه های نرم کننده آب و دوز شیمیایی. شیمی فرآیند شیمیایی از آغاز قرن نوزدهم با بویلرهای خشکی و دریایی که کنترل نسبتاً آسانی داشتند، به ویژه در جایی که یک چرخه حرارتی مدار بسته درگیر بود، درک شده است.
تغییراتی در کیفیت آب یافت می شود که اگر تصفیه نشود، می تواند اثرات متفاوتی بر دیگ های بخار داشته باشد. قابل توجه ترین اثرات عبارتند از؛
- خوردگی سطوح داخلی دیگ که منجر به نشتی و در نهایت خرابی می شود.
- تشکیل رسوب با از دست دادن هدایت حرارتی که منجر به گرمای بیش از حد و در نهایت خرابی می شود.
- انتقال آب یا پرایمینگ منجر به گرم شدن بیش از حد و خرابی سوپر هیتر و خرابی سوپر هیتر، اختلال در روانکاری و سایش غیرعادی شیرها و عناصر کنترل مانند پروب سطح آب، الکترودهای سطح و غیره می شود.
آب ترکیبی از هیدروژن و اکسیژن است که ظاهری مایع شفاف دارد، اما بسته به منبع آن می‌تواند حاوی ناخالصی‌هایی باشد که از ناحیه‌ای از کشور به کشور دیگر متفاوت است. آب اغلب بسته به غلظت نمک های کلسیم و منیزیم محلول در آب، نرم یا سخت توصیف می شود.
جایی که آب از منابع عمدتاً گرانیتی سرچشمه می گیرد، آب های بسیار نرمی یافت می شود. جایی که زمین شناسی عمدتاً سنگ آهک و گچ است، آب بسیار سخت است. برخی از آب ها نیز ممکن است شور باشند. ملاحظات مهم دیگر در مورد آبهای خوراک، اسیدیته و محتوای اکسیژن و با آب اصلی، محتوای کلر آن است.
وزن کل مواد جامد در محلول در حجم معینی از آب خوراک به عنوان کل جامدات محلول (TDS) نامیده می شود. غلظت TDS بر حسب قسمت در میلیون (ppm) اندازه گیری می شود. علاوه بر نمک های کلسیم و منیزیم، اغلب آثاری از نمک ها و فلزات نیز وجود دارد. محتویات غیر محلول در آب دیگ بخار به صورت ماده معلق لجن آشکار می شود. فلس زمانی تشکیل می شود که غلظت کلسیم و منیزیم در آب از حلالیت کربنات کلسیم و کربنات منیزیم در آب دیگ فراتر رود. اگر برش نیز وجود داشته باشد، سیلیکات منیزیم تشکیل می شود که مانند سیمان عمل می کند و با کربنات یا سولفات کلسیم لعاب صافی را تشکیل می دهد. همچنین در آب دیگ، اکسیژن، دی اکسید کربن و در برخی موارد دی اکسید گوگرد به نسبت های مختلف حل می شود.
خوردگی اصطلاحی است که برای توصیف تجزیه فلز به اکسید یا نمک آن استفاده می شود. عوامل دخیل در این فرآیند آبی عبارتند از غلظت اکسیژن، یون هیدروژن (اسیدیته) و نمک های محلول و وجود فلزات نامشابه، دما و زمان.
هدف اصلی تصفیه آب خوراک بویلر کاهش یون های اکسیژن و هیدروژن به حداقل مطلق برای از بین بردن خوردگی و ایجاد امکان عدم چسبندگی رسوبات نامحلول است.
از آغاز قرن بیستم، مهندسان شیمی با افزودن کربنات سدیم (خاکستر سودا) و تانن آزمایش کرده‌اند که در نتیجه خاصیت قلیایی در آب دیگ ایجاد می‌کند (برای تسهیل سطوح پایین یون هیدروژن) و جذب اکسیژن. چنین رفتاری به دنبال مواردی بود که در تمرینات زمینی و دریایی استفاده می شد. این اثر یا جلوگیری از پوسته پوسته شدن و خوردگی داشت و در سیستم تصفیه آب دیگ «TIA» (Treatment Integral Armand) توسعه یافت که تأثیر چشمگیری در کاهش میزان نگهداری دیگ بخار و هزینه های مربوط به آن داشت. تصفیه آب در بریتانیا در استفاده از سیستمی به کار گرفته شد. با این حال، یک اشکال وجود داشت، به موجب آن غلظت‌های بالاتر TDS و لجن، که در نتیجه افزودن‌های شیمیایی بود، باعث ایجاد کف و انتقال آب می‌شد. بنابراین TDS باید به دقت کنترل می‌شد و تمرین «دمیدن» برای اطمینان از اینکه سطوح TDS منجر به انتقال سنگین نمی‌شود ضروری بود. از ترکیبات ضد کف نیز در سطوح TDS بالا برای کاهش انتقال آب استفاده شد.
قلیائیت آب با pH (قدرت هیدروژن) اندازه گیری می شود. pH صفر با غلظت اسید بالا (یون هیدروژن بالا)، pH7 به عنوان خنثی و pH14 با غلظت قلیایی بالا (یون هیدروژن بسیار کم) مرتبط است.
انتخاب سیستم تصفیه آب دیگ بخار نیاز به بررسی دقیق دارد، زیرا با همه اقدامات واکنش های متعاقب وجود دارد. قضاوت دقیق در مورد ابزارهای شیمیایی موجود باید با در نظر گرفتن پیامدهای استفاده از آنها انجام شود. گفتار زیر با هدف تشریح ملاحظات در انتخاب تصفیه آب مناسب و کنترل‌هایی است که برای اطمینان از عملکرد ایمن دیگ‌ها اتخاذ می‌شود. با این حال، توجه به این نکته مهم است که تصفیه آب درمانی برای فرسودگی و پارگی معمولی، مدیریت نادرست دیگ یا نقص هایی که در نتیجه کار ضعیف یا کاستی های طراحی دیگ ایجاد می شود، نیست.
گزینه های تصفیه آب:
دو روش برای تصفیه آب خوراک برای بویلرها بر اساس استانداردهای روز دنیا مانند استانداردهای اروپایی و بریتانیایی وجود دارد.
تصفیه آب خوراک خارجی:
این به شکل یک تصفیه خانه ثابت آب است که ناخالصی کمتری را فراهم می کند و آب با دوز شیمیایی آماده برای استفاده را فراهم می کند. در گذشته از گیاهان سودا/آهک یا نرم کننده های مبادله پایه استفاده می شد. تکنولوژی مدرن اسمز معکوس را ارائه کرده است که آب با ناخالصی بسیار کمی تولید می کند.
تصفیه آب داخلی دیگ:
در اینجاست که مواد شیمیایی، معمولاً خاکستر سودا (کربنات سدیم) یا سود سوزآور (هیدروکسید سدیم) و تانن (تانیک اسید – C76H52O46 ) مستقیماً به صورت پودر یا محلول به دیگ بخار یا آب تغذیه دیگ اضافه می شوند. تانن ها ترکیب شیمیایی آنتی اکسیدانی آلی مانند پلی فنل هستند.
ترکیبات پلی فنل با وزن مولکولی حدود 500-3000 دالتون و حاوی گروه های هیدروکسیل کافی (1-2 در هر 100 مگاوات) برای اتصال متقابل موثر سایر ترکیبات (ASTRINGENTS). دو نوع اصلی تانن های هیدرولیزپذیر و تانن های متراکم هستند. از لحاظ تاریخی، این اصطلاح به بسیاری از ترکیبات و عصاره های گیاهی اطلاق می شود که می توانند کلاژن پوست را در برابر تخریب غیرقابل نفوذ کنند. کلمه تانن از کلمه سلتی برای درخت بلوط گرفته شده است که برای پردازش چرم استفاده می شد.
اگر TDS به سطحی برسد که انتقال اتفاق بیفتد، می توان از ضد کف مناسب استفاده کرد یا آب دیگ بخار را منفجر کرد یا تغییر داد. نمونه برداری منظم از آب دیگ توصیه می شود و ممکن است تغییرات بعدی در دوز شیمیایی لازم باشد تا اطمینان حاصل شود که آب دیگ با مشخصات ذکر شده در استاندارد مطابقت دارد.
قلیاییت (pH) 10.5 – 12
تانن (ppm) 120-160
کل جامدات محلول (TDS) (ppm) 3500 حداکثر.
می توان از توصیه های فوق خارج شد، با تانن به 60 پی پی ام و TDS بالای 3500 پی پی ام با ضد کف، بدون آسیب رساندن به دیگ.
سیستم تصفیه آب واقعی انتخاب شده به تعدادی از عوامل بستگی دارد. در مواردی که فرآیند تصفیه به طور کامل درک نشده است، اپراتورها باید از یک متخصص شناخته شده تصفیه آب دیگ که تجربه اثبات شده ای در تصفیه بویلرها قبل از معرفی هر نوع افزودنی شیمیایی دارد، مشاوره حرفه ای دریافت کنند.
پیامدهای تصفیه آب :
هر اپراتور کارخانه مکانیکی به دنبال به حداقل رساندن هزینه و به حداکثر رساندن مطلوبیت است، نه کمتر از کسانی که درگیر مدیریت و بهره برداری از دیگ های بخار هستند. این دو آرمان ناگزیر یک ترکیب را ایجاد می کنند.
با استفاده از تصفیه مناسب خوراک دیگ، به دلیل موارد زیر می توان صرفه جویی را انتظار داشت.
- حداقل خوردگی کلیه سطوح داخلی دیگ بخار و خطوط تامین بخار
- حذف رسوبات رسوبی و خطر خرابی لوله و صفحه
- بهبود تبخیر و کاهش مصرف سوخت
- تولید بخار خالص تر با عناصر بخاری با ماندگاری بیشتر
- ساییدگی کمتر در سطوح فرسوده سیلندرها، شیرها و پمپ ها
- نشتی کمتر دیگ بخار
- عملکرد مشعل در دوره های طولانی تر حفظ می شود
- دوره های طولانی تری بین شستشوی دیگ بخار
- دوره های طولانی تر بین تعمیر و نگهداری دیگ بخار و تجدید لوله
- مخزن کندانس و سطوح داخلی مخزن را در برابر خوردگی محافظت می کند
- از بین بردن مجازی خوردگی در طول دوره های خوابیدن
دفترچه راهنمای استفاده از دیگ بخار باید همیشه در دسترس باشد. تمام افرادی که از مواد شیمیایی استفاده می کنند باید:
- با محتوای دفترچه راهنمای کاربر آشنا باشید
- بدانید کجا آنها را پیدا کنید
- از نحوه کار با مواد شیمیایی به شیوه ای ایمن آگاه باشید
- در صورت تماس با مواد شیمیایی یا آب تصفیه شده، روش های درمانی مناسب را بدانید.
- سرب بسیار آهسته توسط قلیایی متوسط در آب دیگ مورد حمله قرار می گیرد و بنابراین می توان شمع های قابل ذوب را برای مقاومت در برابر خوردگی روی مس پوشاند.
- برای ارزیابی pH، TDS و سطوح تانن آب دیگ باید تجزیه و تحلیل منظم انجام شود
- دوز افزودنی های شیمیایی در پاسخ به آنالیز شیمیایی باید به دقت کنترل شود.
- در صورت عدم استفاده از آنتی فوم ها، برای کاهش سطح TDS بیش از حد، یک رژیم دمنده ضروری است.
- دوره های شستشو باید بهینه شود تا لجن و رسوب قدیمی خارج شده از بین برود.
آب دیگ بخار با PH بالاتر از 12 نباید بدون تصفیه وارد سیستم زهکشی شود و قبل از ورود به سیستم زهکشی باید قلیائیت آن کاهش یابد. در مواردی که نمی توان این کار را ترتیب داد، ممکن است حذف توسط یک شرکت متخصص دفع زباله در نظر گرفته شود.
آزمایش و دوز شیمیایی:
اندازه گیری TDS، قلیائیت و غلظت تانن آب دیگ ضروری است. چندین روش برای انجام این کار وجود دارد. احتمالاً ساده ترین کار استفاده از کنتورهای الکترونیکی یا بچه های تست تخصصی است. بسته به روش مورد استفاده ممکن است به یک دماسنج دقیق نیز نیاز باشد. منبعی از گلدان های نمونه قابل مهر و موم شدن به همراه یک محیط علامت گذاری پاک نشدنی مورد نیاز است تا بتوان نمونه ها را برای نظارت بر کیفیت با تجزیه و تحلیل بعدی حفظ کرد.
برای اندازه گیری pH می توان از یک ابزار الکترونیکی اختصاصی خواندن مستقیم استفاده کرد. برای اندازه گیری TDS می توان از یک وزن مخصوص سنج ساده یا ابزار الکترونیکی استفاده کرد. چنین اقلامی به راحتی از تامین کنندگان متخصص در دسترس هستند. کالیبره کردن چنین تجهیزاتی هر ساله برای اطمینان از دقت بسیار مهم است. کیت های تست برای اندازه گیری غلظت ppm تانن موجود است.
بسته به شرایط اولیه دیگ ممکن است نیاز به تغییر مقدار ماده شیمیایی اضافه شود. در این فرآیند باید از مشاوره تخصصی استفاده شود. برای محاسبه دوز، ابتدا باید ظرفیت آب دیگ تعیین شود. پس از شستشوی دیگ، شارژ اولیه مواد شیمیایی مستقیماً در دیگ قرار می گیرد و مقدار آن به کیفیت آب تغذیه مورد استفاده بستگی دارد. ممکن است پس از آزمایش معمول آب دیگ، مواد شیمیایی بعدی به مخازن آب اضافه شود.
تغییرات در کیفیت آب خوراک ناشی از تغییر در منبع آب یا سیستم های ذخیره سازی باید برای تجزیه و تحلیل بیشتر به متخصص تصفیه خوراک دیگ ارجاع داده شود.
جمع آوری نمونه آب را می توان از زهکشی گیج آب یا از طریق یک شیر نمونه برداری سوراخ کوچک نصب شده و با پذیرش بدنه نظارتی مناسب، زیر سطح آب معمولی و با یک سیم پیچ کندانسور کوچک انجام داد. نمونه برداری ابتدا باید حداقل یک بار در طول روز انجام شود، با این حال، دوره نمونه برداری ممکن است به دنبال تجربه استفاده از سیستم تصفیه تمدید شود. نتایج ممکن است در یک دفترچه ثبت شود و به یک برگه ثبت دائمی منتقل شود. روش نمونه برداری و برگه ثبت باید در طرح نگهداری لکوموتیو شرح داده شود.
توصیه می شود در محل شستشوی دیگ نیز نمونه هایی از آب دیگ گرفته شود. چنین نمونه هایی باید برای تجزیه و تحلیل بیشتر، در صورت لزوم و به عنوان یک رکورد از محتوای آب دیگ نگهداری شوند. برای این منظور از گلدان های نمونه تمیز و قابل آب بندی استفاده می شود.
نکات قابل تامل
نکات تکمیلی زیر برای اطلاعات و در نظر گرفتن هنگام انتخاب سیستم تصفیه آب ارائه شده است.
- خوردگی طرف آب بسیار محدود است، مگر در شرایط شدید:
- اسیدی قوی
- قلیایی قوی در حضور اکسیژن و آمونیاک
- هیدروکسید سدیم ذوب شده غیرآبی در حضور اکسیژن
- خوردگی حاشیه آب بعید است مگر اینکه از آب آلوده استفاده شود. خوردگی زمانی رخ می دهد که غلظت بالایی از هیدروکسید سدیم (سودا سوزآور) در آب دیگ وجود داشته باشد اگر به سوراخ یا درزهای پرچ نشت کند. استفاده از تانن های مناسب به جلوگیری از این امر کمک می کند.
- اعتقاد بر این بود که پدیده ای به نام ” تلخی سوز آور” زمانی رخ می دهد که فولاد تحت تاثیر دماهای بالا و تنش های بیش از نقطه تسلیم در معرض قلیاییت بسیار بالایی قرار می گیرد. تلخی سوز آور نوعی خوردگی دیگ بخار است که در اثر استفاده از آب قلیایی بالا در دیگ و همچنین در اثر تنش ایجاد می شود. در حال حاضر تصور می شود که این نوع ترک ناشی از خستگی حرارتی مکانیکی است که در اثر سرد کاری بیش از حد و / یا آب دیگ خورنده افزایش می یابد. گاهی اوقات منجر به ترک های نوع ستاره ای در اطراف رباط های لوله یا سوراخ های باقی مانده می شود. شکست این مکانیسم را می توان با استفاده از ترکیبات تانن مناسب کاهش داد.
- شستشو: هدف اصلی شستشو حذف گل و لای انباشته شده و رسوب هنگام استفاده از تصفیه آب است، لجن ایجاد شده در اثر واکنش های شیمیایی متحرک و غیر چسبنده نگه داشته می شود و در نتیجه رسوب تشکیل نمی شود. سپس دوره شستشو را می توان با خیال راحت تمدید کرد، با این حال، این به شرایط اولیه دیگ بستگی دارد و چنین دوره های طولانی بین شستشو ممکن است چندین فصل تجربه لازم را داشته باشد تا ایجاد شود.
- افزودن تصفیه به دیگ که قبلاً تصفیه نشده بود، به تدریج رسوبات موجود در مقیاس را از بین می برد و حل می کند. توجه به این نکته مهم است که ترازو هیچ استحکام مکانیکی ندارد و این درمان ممکن است ضایعاتی را که در گذشته شناسایی نشده بود را نشان دهد. اقدامات لازم برای جایگزینی هر ناحیه نازک شده، حفره‌دار یا اجزای نامناسب مانند لوله‌ها و لوله‌های اتصال لازم است. تصفیه آب باعث نشت بیشتر نخواهد شد، در واقع پس از اتمام کار اصلاحی و ایجاد تصفیه، مشکلات باید عملاً برطرف شوند.
- حفاظت در طول دوره های طولانی خارج از سرویس به طور سنتی شامل تخلیه دیگ و اجازه دادن به هوای خشک برای گردش است. تخریب تدریجی به خصوص در صورت وجود تراکم اجتناب ناپذیر است. هرگونه رسوب یا لجن باقی مانده نیز ممکن است سخت شود. هنگامی که دیگ در حال تصفیه است، گزینه های دیگری در دسترس هستند که می توانند خطر خوردگی را تقریباً به صفر کاهش دهند. اینها شامل شستن کامل دیگ به عنوان اولین گام است.
- سپس می توان آب را با تصفیه مناسب اضافه کرد تا از قلیایی بودن کافی اطمینان حاصل شود و برای حذف تمام هوای به دام افتاده پر شود. همچنین امکان افزودن درپوش نیتروژن برای از بین بردن ورود هوای بعدی وجود دارد. در صورت وجود هرگونه خطر انجماد نباید از چنین اقدامات احتیاطی استفاده کرد زیرا نقطه انجماد آب تصفیه شده خیلی کمتر از آب معمولی نیست.
- در مواردی که خطر یخ زدگی اجتناب ناپذیر است، دیگ تصفیه شده ای که سطوح فولادی داخلی آن را می توان تحت پوشش با هوای خشک قرار داد که برای مدت طولانی با حداقل خطر خوردگی در گردش باشد.
- دمیدن، با کاهش سطح شیشه گیج معمولاً به اندازه یک چهارم یا نصف، مربوط به درمان هایی است که در آنها از مواد شیمیایی ضد کف به عنوان وسیله ای برای کاهش سطح TDS استفاده نمی شود. از دمیدن در بالو داون اصلی نیز برای دفع تجمع لجن استفاده می شود. دمیدن فقط باید تحت شرایط کنترل شده در محل نگهداری انجام شود مگر اینکه از یک سیستم دمیدن مداوم شناخته شده استفاده شود.
- منفجر کردن خودکار سیستم. برای رله زمانی کار می کند. اپراتور بویلر زمان خاصی را برای زمان دمیدن تعیین می کند. این شامل دریچه های خودکار است. پس از تنظیم به طور خودکار باز می شود و دریچه را آزاد می کند.
- کنترل خودکار TDS؛ به کنترل سطح TDS ذوب شده کمک می کند. صرفه جویی در مصرف انرژی با عملیات دمیدن خودکار وجود خواهد داشت. سیستم بازیافت انرژی در صورت درخواست برای صرفه جویی بیشتر قابل نصب است. در مصرف سوخت می توان 5 تا 10 درصد صرفه جویی در مصرف انرژی داشت. برای تنظیم مقادیر TDS لطفا با تولید کننده کشتی تماس بگیرید.
نتیجه:
تصفیه آب خوراک بویلر برای کارخانه بخار در سرتاسر جهان کاملاً تثبیت شده است. پیش‌بینی می‌شود که محتویات این بخش به باز کردن درک مزایای سیستم‌های آب کمک کرده است و پذیرش جهانی تصفیه موجب صرفه‌جویی برای مالکان، نگهداری‌کنندگان و اپراتورها خواهد شد. بنابراین تصفیه آب مزایای قابل توجهی برای نگهداری، طول عمر و ایمنی بویلرها ارائه می دهد.