چرا آب؟
آب تنها ماده فراوانی ست که در دمای معمولی در هر سه حالت یخ، آب و بخار وجود دارد. آب نسبت به هر مادهی معدنی دیگری بیشترین مقدار حرارت را جذب میکند، در فشار یک اتمسفر تبخیر میشود و قدرت انبساط تا 1600 برابر بیشتر را دارا میباشد. بخار تشکیلشده قادر به حمل مقدار زیادی گرما است. این ویژگیهای منحصربه فرد، آب را به مادهای مناسب برای استفاده در فرآیندهای تولید انرژی تبدیل می کند.
آب ورودی بویلر: آبی است که برای جبران بلودان و آب تبخیرشده به بویلر اضافه می شود. در اغلب مواقع بخار کندانسی که به بویلر برمیگردد، محتوای آب ورودی به بویلر (BFW) را تشکیل می دهد بنابراین ترکیب آب ورودی به بویلر به کیفیت آب میکاپ و مقدار کندانس برگشتی بستگی دارد.
کندانس برگشتی: زمانی که بخار گرمای خود را منتقل میکند، با توجه به فشار بویلر تا دمای معینی کندانس میشود و حدود Btu/Ib 1100 - 210 kJ/kg) 2560 - 488) انرژی از دست می دهد و به سطح انرژی پایینتر برمی گردد. کندانس معمولا عاری از آلودگیهای معدنی است و منبع با ارزشی از آب به حساب می آید.
آب میکاپ: برای جبران آب اتلاف شده، آب تازه به مقدار مناسب به سیستم اضافه می گردد که آب میکاپ نام دارد. به کمک تصفیه، فیلترهای تعویض یونی یا اسمز معکوس مواد معدنی رسوبزای آب پیش از اضافه شدن به بویلر حذف می شوند. اتلاف های حرارتی مانند بلودان، ممکن است منجر به بالا بردن دمای آب میکاپ قبل از ورود به بویلر شود.
بلودان: دورریز عمدی آب بویلر به منظور حفظ غلظت مناسب ترکیبات اصلی محلول در آب، بلودان نام دارد. آب هدر رفتی در بلودان به واسطه ی آب میکاپ جایگزین می شود.
اولین هدف بهسازی بویلر محفاظت از سیستم در برابر مشکلات رسوبگذاری و خوردگی است. بروز این مشکلات منجر به کاهش کارایی تولید و افزایش هزینه ی نگهداری درنتیجه کاهش بهره وری کلی می گردد.
انواع بویلر
بویلر فولادی رایجترین نوع بویلرهای امروزی هستند که در دو نوع واترتیوب و فایرتیوب مورد بهرهوری قرار میگیرند.
بویلر فایرتیوب: در ابتدا دیگهای بخار به واسطهی عبور گازهای داغ از درون لولههای در محفظههای آب قرار گرفته بودند، گسترش یافتند. بویلرهای فایرتیوب عمدتا به عنوان سیستمهای گرمایشی و تولیدکنندهی بخار فرآیندهای صنعتی استفاده میشوند. این بویلرها تا فشارهای حداکثر psig 600 و جریان بخار تا Ib/h 40000 کار میکنند. بویلرهای فایرتیوب بهترین انتخاب برای کارخانههایی با مصرف بخار نسبتا کم هستند زیرا که که هیچ توربینی از بخار فوق گرم استفاده نمیکند. بویلرهای فایرتیوب دارای ظرفیت ذخیره سازی بالای آب و توانایی کاهش جزئی اثر نوسانات در بخار تولیدی موردنیاز هستند.
بویلر واترتیوب: بویلرهای واترتیوب متشکل از درام، هِدِر و لوله هستند. آب و بخار درون لوله ها سبب انتقال گرمایی به خارج لوله ها می شود. لوله هایی که آب درون آنها در گردش است و بخار تولید می کند، خارج از درام قرار دارند. از آنجایی که واتر درام، آب و بخار را در خود نگه می دارد، نیازی به سطح گرم کننده لوله ای ندارد.
خوردگی در بویلر
خوردگی فرآیندی الکتروشیمیایی است. آهن محلول در قسمت آندی الکترون هایی آزاد می کند که قسمت کاتدی توسط اکسیژن مصرف می شوند. در بهسازی اولیه گازهای خورنده مانند دی اکسیدکربن و اکسیژن باید از آب ورودی حذف گردد. دی اریتور می تواند این گازها (به ویژه اکسیژن) را از بین برده و تا حد قابل قبولی شرایط را برای استفاده در بویلر آماده کند و مصرف اکسیژن زدا را کاهش دهد. اکسیژن عنصر بسیار فعالی است که حتی در مقادیر کم می تواند منجر به خوردگی جدی در خطوط آب ورودی، اکونومایزر، اتصالات داخلی بویلرها، تجهیزات مرتبط با بخار (تجهیزاتی که با استفاده از بخار کار می کنند) و خطوط برگشتی کندانس شود.
خوردگی در سیستم کندانس
گازهایی که از بویلر وارد قسمت کندانس می شوند، آلودگی های اولیه ی سیستم به شمار می روند که منجر به افزایش خوردگی کندانس می شوند. گازهای محلول در کندانس، محلولی را بوجود می آورند که برای اکثر فلزات بسیار خورنده هستند. دی اکسیدکربن و اکسیژن گازهایی هستند که برای فلزات آهنی بسیار خورنده عمل می کنند. ترکیب آمونیاک و اکسیژن بیشترین خورندگی را برای آلیاژهای مس دارند. در موارد خاص، دی اکسید سولفور، هیدروژن سولفید و اسیدهای آلی منجر به خوردگی های شدیدی در کندانس می شوند.
مواد ضدخوردگی
عملکرد کنترل خوردگی موثر همواره شامل جنبه های مکانیکی، عملیاتی و شیمیایی است. حتی در سیستم هایی که از کیفیت عالی آب ورودی بویلر استفاده می کنند و فرآیند اکسیژن زدایی (deaeration) صورت می گیرد، استفاده از مواد ضدخوردگی شیمیایی برای حفاظت کامل سیستم از الزامات می باشد. از نظر شیمیایی برای کنترل خوردگی کندانس، چهار نوع ماده ضدخوردگی مورد استفاده قرار می گیرد که عبارت انداز:
آمین های خنثی کننده، آمین های فیلم ساز، فیلم سازهای غیرفرار و اکسیژنزداها/ پسیو کننده های فلز.
آمین های خنثی کننده
آمین های خنثی کننده ترکیبات فرار و بازی هستند که به آب ورودی بویلر یا سیستم تامین بخار اضافه می شوند. عملکرد این ماده از طریق حل شدن مجدد در کندانس به همراه دی اکسید کربن خواهد بود. آمین ها، کربنیک اسید و هر نوع اسید دیگر موجود در سیستم را خنثی می کنند. این ترکیبات pH را تا حدی که دیگر کندانس خورنده نباشد، افزایش می دهند.
در زمان انتخاب آمین مناسب، ویژگی های زیر از اهمیت برخوردارند:
آمین های فیلمساز
آمینهای فیلمساز، آمین هایی با جرم ملکولی بالا و متشکل از زنجیرهای هیدروکربنی بلند هستند. یک طرف مولکول آبدوست و طرف دیگر آن آبگریز است. انتهای آبدوست به سطح فلز کندانس سیستم متصل می شود. فیلم تشکیل شده به عنوان یک مانع فیزیکی بین سطح فلز و کندانس عمل کرده و در برابر تهاجم های اکسیژن و دی اکسیدکربن محافظت می کنند. با این وجود، آمینهای فیلمساز، دی اکسیدکربن را خنثی نمی کنند.
مواد شیمیایی اکسیژن زدا
بسیاری از دیارتورها قادر به کاهش اکسیژن تا کمتر از g/lµ10 هستند، با این وجود به دلیل خورندگی بالای اکسیژن بهتر است حتی مقادیر بسیار کم آن نیز حذف گردند. این کار توسط اکسیژن زداهای شیمیایی انجام می شود که با اکسیژن آزاد واکنش داده و آن را به مواد اکسیدشده بی خطری تبدیل می کند.
برخی از مواد اکسیژن زدا که توسط شرکت ICP فراهم می گردد عبارت اند از:
سولفیت بیس: سدیم سولفیت اکسیژن زدایی است که به راحتی کنترل شده و مستقیماً با اکسیژن حل شده واکنش می دهد. سرعت واکنش سدیم سولفیت کاتالیزشده و سدیم سولفیت معمولی با افزایش دما افزایش می یابد. حتی در دی اریتورهای رایج با دمای خروجی 210 تا 250 درجه فارنهایت، سولفیت کاتالیز شده به نسبت سولفیت کاتالیز نشده به جهت زمان واکنش کمی که ماده اکسیژن زدا در آب ورودی بویلر دارد، ارجحیت دارد.
DEHA بیس: DEHA ماده ای اکسیزن زدا و در عین حال پسیوکننده فلز است و از آنجایی که بیس ماده نوعی آمین است حتی به عنوان ماده ی تنظیم کننده pH نیز عمل می کند درنتیجه در سیستم هایی که DEHA مورد استفاده قرار می گیرد، سرعت تزریق آمین خنثی کننده کاهش می یابد. DEHA با اکسیژن محلول واکنش پیچیده ای دارد و با تشکیل حد واسط هایی ظاهر می شود که در دماهای بالاتر اکسیدشدگی بیشتری دارند. سرعت واکنش به pH، دما و نسبت DEHA به اکسیژن محلول بستگی دارد.
کربوهیدرازید بیس- نگرانی های مربوط به استفاده از هیدرازین منجر به جایگزینی این ماده گردیده است. کربوهیدرازید به عنوان جایگزین هیدرازین، می تواند در تمامی انواع بویلرها مورد استفاده قرار گیرد. کربوهیدرازید ماده ی فراری نیست، با این وجود تمامی فرآورده های حاصل از واکنش، تخریب و هیدرولیز آن فرار هستند؛ بنابراین کربوهیدرازید اغلب به عنوان ماده ی کاملاً فرار درنظر گرفته می شود. واکنش اکسیژن با کربوهیدرازید مشابه واکنش آن با هیدرازین و کمی پیچیده تر از آن است. کربوهیدرازید واکنش های حد واسط بیشتری را به دنبال دارد، به این ترتیب واکنش پذیری نهایی افزایش یافته و پسیویشن فلز بهبود می یابد. در دماهای پایینتر از 275 درجه فارنهایت، کربوهیدرازید مستقیماً با اکسیژن وارد واکنش می شود که این موضوع کربوهیدرازید را به یک اکسیژن زدای مفید و پسیوکننده برای آب ورودی سیستم تبدیل می کند.
بهسازی آب ورودی بویلر (BFW)
سیکل گردشی بویلر به تمام اجزای تشکیل دهنده ی آب ورودی بویلر گرفته تا کندانس مرتبط است. مواد شیمیایی بهسازی به منظور حذف یا جلوگیری از مشکلات مربوط به جامدات معلق و گازهای محلول در آب ورودی بویلر مورد استفاده قرار می گیرند. مرحله اصلی در جلوگیری از تشکیل رسوبات، کنترل دقیق و بهسازی آب ورودی بویلر(BFW)، با هدف محدود کردن مقدار ناخالصی های وارد شده به بویلر است. بهسازی شیمیایی در واقع برای جلوگیری از ته نشینی مواد معدنی که به طریقی وارد بویلر شده اند مورد استفاده قرار می گیرد.
برخی جامدات محلول مانند کلسیم و منیزیم حلالیت معکوس دارند و با افزایش دما، درآب کمتر حل می شوند. طی تبخیر، ناخالصی های بویلر تغلیظ می گردند و نمک هایی که در غلظت ها و دماهای پایین در آب محلول بودند، نامحلول شده و ته نشین می شوند.
در آب بویلری که بهسازی صورت نگرفته باشد، با تهنشینی مواد معدنی، ترکیبات کریستالی به وجود می آیند. رسوبات معمولاً ترکیبی از انواع مواد معدنی، محصولات خوردگی و دیگر آلودگی های موجود در آب هستند.
رایجترین نوع رسوب ها عبارت انداز:
اگر آب ورودی بویلر حاوی فسفات باشد، رسوب های لجن آب حاوی فسفات های کلسیم و منیزیم خواهند بود.
