اهدا خون - پاک فن بخار - 25 خرداد
25 خرداد، روز جهانی اهدای خون
14/06/2020
عملکرد شیر های اطمینان - پاک فن بخار - Safety Valves
مقدمه ای بر طراحی و عملکرد شیر های اطمینان
16/06/2020

رسوب‌گذاری در دیگ بخار ( بویلر ها)

عبارت رسوب در رسوب‌گذاری در بویلرها ، بطور کلی به موادی بر می­‌گردد که منشأ آن­ ها در مکانی دیگر قرار داشته و این مواد از آن محل به موقعیت رسوب‌گذاری منتقل شده باشند. رسوبات، محصولات
خوردگی که در همان محل تشکیل می‌شوند را در بر نمی‌گیرند. اما، محصولات خوردگی که در مکان‌های دیگر شکل گرفته و سپس منتقل شده و در جایی غیر از محل تشکیلشان رسوب نموده باشند را می‌توان به عنوان رسوب در نظر گرفت. اکسیدهای ایجاد شده از فلز بویلر جزو رسوبات به حساب آورده نمی­‌شوند؛ مگر آنکه از منشأ اصلی‌شان جابه‌جا شده باشند. توجه داشته باشید که این توضیح تمایزی بنیادین برای تفاوت قائل شدن میان رسوب و خوردگی ایجاد می‌نماید.

 

رسوبات بویلر دارای چهار منشأ می‌باشند:

–         مواد معدنی آورده شده توسط آب،

–         ترکیبات تشکیل شده در اثر واکنش‌های مواد فوق با مواد شیمیایی غیر فرار بکار رفته در عملیات بهبود آب،

–         محصولات خوردگی منتقل شده از مکان­‌هایی دیگر در سیستم،

–         آلاینده‌ها.

 

رسوبات این منابع بطور کلی شامل (و البته نه محدود به) اکسیدهای فلزی، مس، فسفات­‌ها، ترکیبات کلسیم و منیزیم، کربنات‌ها، سیلیکات‌ها، سولفات‌ها و آلاینده­‌هایی از ترکیبات آلی و غیر آلی مختلف می‌شوند. اجزاء و عناصر حاضر در رسوب به مکانیزم رسوب‌گذاری و همچنین برنامه عملیات بهبود کیفیت آب اجرا شده بستگی دارد. فشار بویلر نیز عامل مهم دیگری است که بر تشکیل رسوبات تاثیر می‌گذارد.

مکانیزم‌های رسوب‌گذاری

یکی از مکانیزم‌های رسوب‌گذاری در لوله­‌های تولید بخار شامل تمرکز اجزای محلول و غیر محلول در یک نوار باریک مرزی روی سطح فلز در طول تشکیل حباب‌های بخار می‌باشد. شکل (۱) چنین شرایطی را به تصویر کشیده است. جوشش هسته‌ای به شرایطی اتلاق می‌شود که در آن حباب­‌های مجزای بخار در نقاطی روی سطح فلز شکل می‌گیرند. در شرایط عادی جوشش هسته‌ای و در زمانی که یک حباب بخار از دیواره لوله رانده می‌‌شود، رسوبات حل‌پذیری مجدداً در آب حل می­‌گردند. در عوض مواد غیر محلول یک لایه دائمی رسوب را شکل می‌دهند. انحلال­‌پذیری دما معکوس مواد معینی مانند ترکیبات پایه کلسیم منجر به رسوب‌گذاری در مکان‌هایی می‌شود که انتقال حرارت در آن­ها بالا می­‌باشد. وزن رسوب، بر اساس گرم بر فوت مربع، برای سنجش مقدار نسبی رسوبات روی سطوح داخلی لوله‌­ها در نواحی با شار حرارتی بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد. تحت شرایط عادی جوشش هسته‌ای نرخ تشکیل رسوب پایین بوده و در هر سال بهره­‌برداری نوعاً برابر با ۵ گرم بر فوت مربع یا ۵٫۴ میلی گرم بر سانتیمتر مربع یا کمتر از آن خواهد بود.

رسوب گذاری - رسوب گذاری در دیگ بخار - پاک فن بخار

شکل (۱) پنج لحظه مختلف از عمر یک حباب در حال شکل­‌گیری

 

میل به تشکیل رسوب از گرمای ورودی محلی، آشفتگی آب و ترکیبات آب در نزدیک دیواره لوله تأثیر می‌پذیرد. نرخ ایجاد رسوب به نرخ تشکیل حباب و حل­ پذیری موثر رسوب بستگی دارد. در مواقعی که گرمای ورودی نسبت به دبی آب بویلر بالا باشد، انحرافی از شرایط جوشش هسته­‌ای اتفاق می‌افتد. یک لایه بخار پایدار حتی می‌تواند باعث تمرکز بالای مواد قابل حل در آب شود، شکل (۲). رسوباتی که زیر لایه پایدار بخار تشکیل می‌شوند، از آنجائیکه سطح با بخار پوشیده شده و با آب شسته نمی‌شود، شکل(۳)، مجدداً حل نمی‌شوند.

 

رسوب گذاری - رسوب گذاری در دیگ بخار - پاک فن بخار

 

شکل (۲) انتقال حرارت به آب و بخار در یک کانال جریان در معرض حرارت، رابطه میان شار حرارتی و اختلاف میان دمای دیواره کانال و دمای آب یا بخار

 

رسوب گذاری - رسوب گذاری در دیگ بخار - پاک فن بخار

شکل (۳) انتقال از گرمایش به جوشش همراه با افزایش دمای دیواره

عایق ایجاد شده توسط لایه‌های رسوب ممکن است باعث افزایش تولید بخار گردد که نتیجه آن رسوب‌گذاری بیشتر خواهد بود. لایه­‌های بخار همچنین ممکن است نتیجه بی‌نظمی‌های روی سطح مانند زائده‌های جوشکاری که جریان آب را مختل می‌­سازند، شکل بگیرند. در پایین دست چنین زائده­‌هایی افت فشار محلی سبب تشکیل حباب­‌های بخار و در نتیجه ایجاد رسوب می‌گردد.

در کنار رسوبات ناشی از جوشش هسته‌ای عادی یا جوشش هسته‌ای دچار انحراف، مکانیزم دیگری نیز برای رسوب‌گذاری وجود دارد که شامل نشست ذرات مواد (ذرات جامد معلق) می‌شود.

 

تأثیر فشار بویلر و عملیات شیمیایی اجرا شده برای بهبود کیفیت آب

تمامی ترکیبات شیمیایی فرار بکار رفته در عملیات بهبود آب که شامل اجزائی چون آمونیاک و هیدرازین می‌شوند، بطور معمول در فشارهای psi 2500 (MPa 17.2) یا بالاتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. این عوامل فرار واکنشی انجام نخواهند داد که منجر به تشکیل رسوب گردد. علاوه ­براین، برای چنین بویلرهای فشار بالایی، معمولا پیش عملیات­‌های بهبود کیفیت آب مانند سختی­گیری و پردازش کندانس برای بالا نگاه داشتن خلوص آب تغذیه بکار گرفته می‌شوند. این عملیات­‌ها از رسوب موادی که عموماً در بویلرهای فشار پایین یافت می­‌شوند، جلوگیری کرده یا آن را به میزان قابل ملاحظه‌ای محدود می‌سازند. بنابراین، در بویلرهای فشار بالا، رسوبات عمدتاً از محصولات خوردگی منتقل شده از تجهیزات و اجزای مداری که در پایین دست سیستم عملیات مقدماتی قرار دارند، تشکیل می‌شوند.

در بویلرهای با فشار کمتر از psi 2000 (MPa 13.8) اجباری بر پیش عملیات برای تولید آب تغذیه با خلوص بالا نیست. عملیات­‌هایی با مواد شیمیایی غیر فرار مختلف ممکن است مورد استفاده قرار گیرند و به همین علت انواع متنوع­ تری از ترکیبات نیز ممکن است در رسوبات یافت شوند. متداول­ترین این عملیات‌ها می‌تواند شامل ترکیبی از فسفات‌های مختلف، مکمل­‌های قلیایی مانند هیدروکسید سدیم، پلیمرها، عوامل کیلیت، تمیزکننده‌های سولفیت و اکسیژن آلی و کنترل ­کننده­‌های خوردگی کندانس شود. تمامی این مواد شیمیایی می‌توانند بر میزان تولید ترکیبات ویژه­‌ای که با یون­‌های سخت، بخصوص کلیبم و منیزیم، واکنش نشان می‌دهند، تأثیر بگذارند.

برای مثال، تحت شرایط مناسب و در زمان استفاده از عملیات بهبود آب با فسفات، در اثر واکنش میان مواد شیمیایی مورد استفاده و یون‌های سخت بویژه کلسیم و منیزیم گل و لای تشکیل خواهد شد. ترکیباتی که در گل و لای شکل می‌گیرند، نوعاً حل ­پذیری کمتری در قیاس با ترکیباتی دارند که در غیاب مواد شیمیایی ایجاد می‌شوند. برنامه‌های جایگزین عملیات در بر گیرنده فسفات، شامل عوامل کیلیت یا پلیمرها، به اندازه‌­ای یون‌های سخت موجود در آب بویلر را پیچیده می‌سازند که از واکنش آن­ها با دیگر اجزای حاضر در محلول جلوگیری بعمل آید. در صورت برقراری شرایط بهره‌برداری صحیح، گل و لای و سختی آب پیچیده ایجاد شده با انجام زیرآب زنی به شکلی مطلوب برطرف خواهد شد. در این صورت، یون‌های سخت و گل و لای به سطحی می‌رسند که به اندازه کافی پایین می‌باشد تا رسوب‌گذاری را محدود سازد.

اما در صورت بروز آشفتگی یا اختلال در اجرای برنامه عملیات بهبود آب، ممکن است ترکیبات مشخصی که می‌توانند تشکیل رسوب را تسریع کنند و آن را توسعه بخشند، ایجاد گردند. این ترکیبات بطور ویژه در موقعیت‌هایی که دمای فلز لوله بالا باشد شکل می‌گیرند. نمونه­‌هایی از اختلال­‌های بوجود آمده در عملیات بهبود آب را می‌توان بصورت کافی نبودن اجرای آن، غنی شدن با آلاینده‌ها یا استفاده از آب با کیفیت نامناسب مشاهده نمود. در این شرایط، رسوبات چسبنده‌ای شکل می­‌گیرند و در نرخ‌های حرارت بالا رسوبات آهکی بر روی سطوح می‌نشینند. این رسوبات سبب ایجاد خوردگی در زیر لایه خود و مافوق گرم شدن سطح فلز می­‌گردند. رسوبات آهکی نوعاً شامل کربنات کلسیم، سولفات کلسیم و هیدروکسید منیزیم می‌باشند.

 

عوامل حیاتی

نرخ تشکیل رسوبات بر سطوح انتقال حرارت بطور عمده توسط انحلال ­پذیری و چسبندگی فیزیکی رسوبات و مقدار شستشوی با آبی که در زمان تولید بخار اتفاق می‌افتد، کنترل می‌شود. انحلال­‌پذیری، چسبندگی و شستشوی با آب خود به عواملی همچون غلظت جامدهای محلول ،pH، خصلت قلیایی، دما، مورفولوژی توده رسوب و دبی آب بویلر بستگی دارند. برجسته‌ترین عامل در تشکیل قابل­ توجه رسوبات بطور معمول همان تولید بخار می‌باشد. در حقیقت، رسوبات حتی وقتی تولید بخار ناچیز باشد نیز می‌توانند تشکیل شوند، شکل (۴).

 

رسوب گذاری - رسوب گذاری در دیگ بخار - پاک فن بخار

شکل (۴) مسدود شدن لوله با رسوبات که در طول دوره آماده ­بکار اتفاق افتاده است

تا زمانیکه جوشش هسته­‌ای اتفاق بی­افتد، انتقال حرارت توسط هدایت حرارتی دیواره لوله و رسوبات و همچنین دمای سمت گاز کنترل می‌شود. هدایت حرارتی برخی فلزات، آلیاژها و رسوبات متداول در بویلر در جدول (۱) آورده شده‌اند. توجه داشته باشید که میزان هدایت حرارتی با دما تغییر پیدا می‌کند. به­ علاوه تخلخل افزایش یافته در لایه رسوب، ضریب هدایت حرارتی را کاهش خواهد داد.

 

جدول (۱) هدایت حرارتی آلیاژها و رسوبات متداول در بویلر

رسوب گذاری - رسوب گذاری در دیگ بخار - پاک فن بخار

نمک‌های موجود در آب بویلر دارای انحلال­ پذیری دما-معکوس می‌باشند و تمایل دارند تا در صورت بالا رفتن دما از یک حد مشخص بر روی سطوح انتقال حرارت رسوب کنند. سولفات کلسیم، کربنات کلسیم و فسفات کلسیم انحلال پذیری دما-معکوس دارند و با ارجحیت دادن به نقاط داغ ­تر بر روی سطوح رسوب می‌کنند.

بسته به فشار بویلر، حتی مقدار به نسبت کوچکی رسوب می‌­تواند منجر به افزایش دمای دیواره در مکان­‌هایی با نرخ انتقال حرارت بالا گردد. با افزایش دمای دیواره، تمایل به انحراف از شرایط جوشش هسته‌ای نیز افزایش می‌یابد. حضور یک لایه پایدار بخار، جریان انتقال حرارت را کاهش داده و بطور بالقوه منجر به خوردگی در زیر رسوبات و مافوق گرم شدن سطح می­‌گردد که خود می‌تواند همانند آنچه در شکل (۵) نشان داده شده است عاملی برای خرابی لوله‌ها باشد.

 

 

رسوب گذاری - رسوب گذاری در دیگ بخار - پاک فن بخار

شکل (۵) لایه رسوب ضخیم در سمت داغ دیواره لوله مربوط به یک بویلر MPa 4.1، به برآمدگی ناشی از مافوق گرم شدن طولانی مدت توجه نمایید.

 

کیفیت آب نیز تأثیری قابل توجه بر رسوب‌گذاری دارد. راهنمایی پیشنهادی برای کیفیت پذیرفته شده آب تغذیه بر اساس فشار بویلر در جدول (۲) آورده شده است.

 

جدول (۲) راهنمایی پیشنهادی برای کیفیت پذیرفته شده آب تغذیه بر اساس فشار بویلر

رسوب گذاری - رسوب گذاری در دیگ بخار - پاک فن بخار

 

در نهایت میتوان به این نتیجه رسید:

تمامی رسوبات نامطلوب می‌باشند و عملیات آب صحیح می­‌تواند نرخ رسوب‌گذاری را به حداقل برساند. علاوه براین، اختلال در شیمی آب و تغییرات بهره‌برداری نیز باید در پایین­ترین سطح ممکن اتفاق بی­افتند. با بهره‌برداری از بویلر کمی پایین­تر یا در بار طراحی و حصول اطمینان از اینکه تمامی اجزای بویلر بخوبی عمل می‌کنند، می‌توان از رسوب‌گذاری جلوگیری بعمل آورد. مهمترین مشخصه بهره‌برداری که بر تشکیل رسوب تأثیر می‌گذارد، رویه احتراق بویلر می‌باشد. رویه احتراق می‌تواند منجر به ورود گرمای اضافی در برخی نقاط و یا اختلال در گردش آب بویلر گردد. همچنین، جلوگیری از تشکیل نقاط داغ، نظارت صحیح بر جریان و تراز آب و حفظ بار ثابت برای جلوگیری از تشکیل رسوب ضروری هستند. موقعیت صحیح مشعل و استقرار درست آن، تنظیم مناسب سوخت و روند انجام زیر آب زنی نیز می‌توانند به کاهش رسوب‌گذاری کمک فراوانی نمایند.

 

رسوب گذاری - رسوب گذاری در دیگ بخار - پاک فن بخار

منبع

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *