روشهای گزارش غلظت ناخالصیها- بهينه سازی آب دیگ بخار-2

مارس 16, 2020

بهینه سازی آب دیگ بخار

بهینه سازی آب دیگ بخار و آب گرم نقش ارزنده ای در تداوم مستمر و بی دردسر بهره برداری دارد كه باید مورد توجه طراحان و گردانندگان دیگ ها قرار گیرد.

دیگ های بخار ظرفیت بالا و مدرن امروزی نیاز به كنترل بیشتر و دقیق تری از سطوح سمت آب دیگ های ظرفیت پایین و قدیمی دارند. زیرا دیگ های بخار اخیر در برابر كیفیت آب دیگ، مقاوم تر بودند.

توجه به این موضوع در واحدهایی كه از دیگ های مدرن در كنار دیگ های طرح قدیمی استفاده می شود، حائز اهمیت فراوان است و نیاز به تجدید نظر در شیوه بهینه سازی آب دارد.

1 – منابع آب خام

آب خام به آبی گفته می شود كه پس از استحصال از منبع خود هیچگونه عملیات بهینه سازی بر روی آن صورت نگرفته باشد. چنین آبی مناسب استفاده در دیگ های تهیه بخار و آب گرم نیست. تمام منابع طبیعی آب، شامل رودخانه، چشمه، چاه یا دریا محتوی ناخالصی های هستند كه در طی مراحل تشكیل آنها كسب كرده اند.

این مراحل در چرخه آب، در شكل 1-6 نشان داده شده است. در این شكل ملاحظه می گردد كه رطوبت موجود در جو بر اثر منابع مختلف ایجاد شده است.

تقطیر این بخارات، باعث بارش باران، تگرگ می گردد كه طی آن گازهای موجود در جو همراه با ذرات گرد و غبار و سایر آلاینده هایی كه توسط انسان به جو وارد شده، به آنها جذب می شود، بنابراین آب باران هنگام رسیدن به زمین شامل مقادیر فراوانی از ناخالصی ها می باشد.

با جاری شدن آب در سطح زمین و یا نفوذ در لایه های سطحی خاك، ناخالصی های بیشتری از خاك و كانی های مختلفی كه از آنها عبور می كند، در آن جذب یا حل می گردد. آب های چشمه و چاه با همه شفافیتی كه دارند، محتوی مقادیر فراوانی از املاح محصول هستند.

رودخانه ها نیز در طی جریان خود به سمت دریا توسط پسآب های مختلف نظیر مواد گیاهی فاسد شده، كودها و پاك كننده ها، كه همگی برای دیگ بخار مضرند، آلوده می گردند.

ناخالصی آب های چاه و چشمه نسبتأ تركیبات ثابتی دارند ولی آب رودخانه در معرض تغییرات شدید اختلاف فصول می باشد.

در كشورهایی كه تغییرات شدید فصلی ناشی از خشكسالی یا باران شدید دارند و یا در نقاطی كه رودخانه ها از مناطق مختلف با آب و هوای متغیر جاری هستند، تغییرات مقادیر املاح محلول و معلق بسیار زیاد است.

در نتیجه برای تهیه آنالیز معقولی از آب رودخانه ای كه در بهینه سازی آب دیگ بخار در نظر گرفته شده باید نمونه های متعددی در طی حداقل یك سال برای تعیین حدود میزان ناخالصی ها مورد آزمایش قرار گیرد.

حلالیت املاح معدنی در آب خالص

میزان حلالیت مواد معدنی متغیر است. حلالیت بعضی املاح در آب خالص به مراتب كمتر از آبی است كه همراه با سایر مواد شیمیایی باشد.

مثلأ مواد سیلیسی كه دارای اثرات مخرب در دیگ های بخار هستند در آب های قلیایی بیشتر از آب خالص حل می شوند. ناخالصی های موجود در آب خام شامل همه یا قسمتی از مواد زیر است:

1-املاح معلق و مایعات غیر قابل اختلاط در آب، نظیر روغن ها

2-مواد رنگی، مخصوصا در نواحی باتلاقی

3-باكتری ها وسایر میكروارگانیزم ها

4-مواد نیمه كلوئیدی

5-گازهای محلول

6-نمك های معدنی محلول شامل

الف:كاتیون ها

ب:آنیون ها

ج:سیلیس ها

1-1 روش های گزارش غلظت ناخالصی ها:

چون مقادیر نسبی مواد شیمیایی موجود در آب معمولا كم است، آنها را بر حسب میلی گرم در لیتر( mg^-1 ) جزء در میلیون (p.p.m ) یا برای مقادیر بسیار كمتر از جزء در بیلیون ( p.p.b ) بیان می كنند.

املاح، هنگام حل شدن در آب به آنیون ها و كاتیون (های تشكیل دهنده خود) تجزیه می شوند. اجزاء فلزی (كلسیم، سدیم، منیزیم، هیدروژن و غیره) كه جزو كاتیون ها محسوب می شوند بارهای الكتریكی مثبت دارند و اجزا غیر فلزی (گوگرد، كلر، اكسیژن و غیره) دارای بار الكتریكی منفی و جزو آنیون ها محسوب می گردند.

آنالیز آب رابه دو روش بیان می كنند:

1-بیان غلظت هر یك از كاتیون ها و آنیون ها برحسب ( mg^-1 ) بدون نشان دادن نحوه تركیب آنها با یكدیگر در آب دیگ بخار

2- بیان هر تركیب بر حسب ( mg^-1 ) به عنوان معادل شیمیایی مقدار كربنات كلسیم ( این روش جهت سهولت محاسبات در بهینه سازی آب دیگ بخار استفاده می شود.)

مقدار كل املاح موجود در آب بهینه شده یا آب تغذیه و آب دیگ بخار را می توان به طور تقریبی با اندازه گیری هدایت الكتریكی نمونه تعیین كرد.

آب خالص هادی ضعیفی برای الكتریسیته می باشد و با افزایش املاح، این هدایت زیادتر می‌گردد. مقدار هدایت را بر حسب میكرور زیمنس بر سانتیمتر (US cm^-1 ) یا میكرومو بر سانتیمتر (Micromho cm^-1 ) هر دو در دمای مشخص، بیان می كنند (هر میكروزیمنس بر سانتیمتر معادل یك میكروموبر سانتیمتر است).

چون هدایت الكتریكی آب بستگی به عواملی نظیر نوع جامدات موجود در آب دارد بنابراین نمی توانند بیانگر واقعی چگونگی آب باشد، مگر اینكه در شرایط مختلفی آب دیگ بخار را توسط اعمال شیمیایی تجزیه و دستگاه را تنظیم (كالیبره )كرد.

وضعیت تقریبی كل املاح محلول ( TDS ) در آب دیگ بخار را می توان با ضرب كردن هدایت بر حسب میكروزیمنس بر سانتیمتر یا میكروموبر سانتیمتر در ضریب 0.7 به دست آورد.

2-درجه خلوص بخار و تراوش املاح

1-2 درجه خلوص بخار

معمولا بخار آبی كه از دیگ بخار خارج می شود به صورت خالص نیست، زیرا به طور كلی تمام املاح محلول در آب دیگ بخار تا اندازه ای در بخار داغ، تبخیر می شوند.

میزان تبخیر بستگی به نوع املاح موجود و فشار عملیاتی دیگ بخار دارد. به همین دلیل، محدودیتی برای مقدار مجاز سطح بعضی املاح، به خصوص سیلیس، در آب دیگ بخار قلیل شده اند تا مقادیر املاح محلول و سیلیس در بخار آب، به میزان كم و قابل قبولی تقلیل یابد.

وجود اینگونه املاح را در بخار به نام تراوش شیمیایی و با موردی كه در ارتباط با خارج شدن ذرات آب با بخار است و به نام تراوش میكانیكی معروف است، متمایز می باشد canadianviagras.com.

در مورد اخیر، قطرات ریز آب كه همراه با مواد شیمیایی محلول در آب دیگ است با بخار، خارج می گردد.

در دیگ هایی كه بخار اشباع تهیه می كنند، میزان خلوص بخار را با خشكی بخار یا رطوبت بخار مشخص می كنند، و در دیگ هایی كه بخار داغ تهیه می كنند با اصطلاح كل املاح محلول بیان می نمایند.

در دیگ های لوله –آتشی مقدار آب موجود در بخار را با تقلیل سرعت بخار خروجی از سطح آب كنترل می كنند.

در این دیگ ها درجه خلوص بخار اشباع در حدود 98% فرض می شود. سرعت جدا شدن بخار از سطح آب در این دیگ ها نباید از 60mm s^-1 تجاوز كند.

در دیگ های لوله-آبی كه مجهز به مخزن های آب و بخار هستند و در مقایسه با دیگ ها ی لوله-آتشی در یك ظرفیت معین ، قطر مخزن كوچكتری دارند، با تعبیه سیستم جداكننده ای كه شامل مجموعه ای از دیوارها، توری ها یا جداكننده های سیكلونی در داخل دیگ بخار است درجه خلوص بخار را تأمین می نمایند.

در دیگ هایی كه بخار داغ تهیه می كنند، درجه خلوص بخار ( 1mg l^-1 ) یا یك جزء در میلیون و در كاربردهای ویژه بخار، كمتر از این مقدار است.

در خارج از دیگ بخار نیز جداكننده های در شبكه لوله كشی بخار-هم در مورد دیگ های لوله-آتشی و هم دیگ های لوله –آبی-در نظر گرفته شده است كه با انشعابات تند و ناگهانی (نظیر محفظه های جدا كننده در طول لوله های توزیع بخار م.) موجب بهبود كیفیت بخار می گردند.

درجه خلوص پیشنهاد شده آب تغذیه و آب دیگ بخار در فشارهای مختلف عملیاتی بخار در مجموعه استاندارد ^{^1،2،3^}یا توسط سازندگان دیگ های بخار در راه كارهای عملیاتی آنها ذكر شده است.

در یك تعریف كلی، مقدار كل املاح محلول در دیگ باید كمتر از 3500mg l^-1 باشد، و این امر بستگی شدیدی به تركیب املاح محلول دارد. درجه خلوص یا كیفیت بخار تحت تأثیر غلیان و كف كردن به شدت پایین می آید.

2-2 غلیان بویلر

غلیان عبارت از حمل مقادیر قابل توجه آب به بخار است. چنانچه حجم زیادی از آب به درون لوله بخار وارد شود، خسارات جبران ناپذیری بر پره های توربین وارد می سازد، چون قطرات آب با سرعت بخار كه به 50ms^-1 یا 180 كیلومتر در ساعت می رسد به پره ها برخورد می كند.

غلیان بویلر توسط عوامل زیر پیش می آید:

1- بهره برداری از دیگ با بالا بودن سطح آب در دیگ بخار
2- بهره برداری از دیگ بخار با فشار پایین تر از نرمال، كه باعث افزایش حجم و بالا رفتن سرعت بخار می گردد (شكل 6-2)
3- بهره برداری بیش از حد از دیگ بخار كه منجر به كاهش فشار دیگ و افزایش سطح آب می گردد.