کنترل تشکیل رسوب در دیگ بخار -بخش دوم

boiler-deposit-formation

boiler-deposit-formation

بحث قبلي کنترل تشکیل رسوب در دیگ بخار-بخش اول محدود به مواد شيميايي نظير كربنات ها، فسفات ها و كلنت ها با فعل و انفعالات استويكيومتري با رسوبات حاصل از نا خالصي هاي آب تغذيه به ديگ بخار بود. مبحث  فعلي انتخاب مواد آلي، پوليمرها، تري شولد سيكو استرانت و نقش آنها در بهبود سازي داخلي تغذيه به ديگ هاي بخار مدرن بر اساس غلظت هاي كمتر از نياز مستقيم و متناسب با عوامل رسوب زا مي باشد.

 فعل و انفعالات غير استويكيومتري Nonstoichiometry Raectants

مواد آلي Organic Matters

مواد آلي در اين رده معمولا مبناي طبيعي داشته و شامل، ليگنين ها، تانين ها، مشخصات گلوكز، مشتقات سيويد و نشاسته ها مي باشند. شروع استفاده از مواد شيميائي آلي به حدود قرن بيستم بر مي گردد. وظيفه مواد آلي بوسيله جذب سطحي بر روي رسوبات مي باشد.

اين عمل مانع از چسبيدن ذرات در حجم وسيعي گرديده و همزمان آنها را بصورت نرم و نسبتا غير چسبنده نگاه خواهد داشت. زيرا انتخاب مواد آلي، طبيعي عمل كردن آنها به وسيله پوشش ذرات مي باشد، كه موثر در جلوگيري از تشكيل رسوبات بوسيله عواملي نظير سيليكات آبدار منيزيم، هيدروكسي آپاتيت، كلسيم، فسفات منيزيم، ئيدرات آهن سه ظرفيتي و برخي سيليس كه ذاتا رسوب مي گردند، خواهد بود بيشتر مواد آلي در درجات حرارت بالا مستعد به سوختن و تبديل شدن به مواد كربني را داشته و رسوب مي نمايند. در اين ميان ليگنين نسبتا در برابر گرما پايدار بوده و تا درجات حرارت بالاتر از ۶۰۰ درجه فارنهايت مقاوم مي باشد.

پليمرها Polymers

امروزه اين نكته ثابت شده است كه ركن اصلي موادي كه با غلظت هاي كمتر از ” نياز مستقيم و متناسب ” سيستم كار مي كنند. بايد پليمرها باشند، زيرا خواص اين مواد جهت چنين مصارفي بسيار ايده آل مي باشد. تركيب پليمرها با ناخالصي هاي موجود در آب متناسب با ميزان يا مقدار اين ناخالصي ها نمي باشد و كارائي آنها بستگي مستقيم به نسبت بين پليمر و مواد رسوب زا ندارد، بلكه وجود غلظت مشخصي از پليمره در آب، محيطي را بوجود مي آورد كه امكان تشكيل رسوب و چسبنگي مواد معلق را غير محتمل مي نمايد.

رشد کریستالی پلیمرها

پليمرها بدين نحو از رشد كريستالي جلوگيري مي كنند كه نمي گذارند يون هاي موجود در محل به آنها بچسبد. هنگامي كه پليمر در آب نباشد بلورها بعنوان مراكز تجمع رسوبات ناخالصي هاي آب عمل مي كنند. در اين صورت كريستال ها چنان بزرگ خواهند شد كه به آساني از آب جدا شده و به سطح فلز ديگ بخار خواهند چسبيد. پليمرهاي كارا به سطوح كريستال ها چسبيده و موجب تغيير در خواص سطحي آنها مي گردند. بعلت همين تغييرات سطحي است كه كريستال ها خاصيت دفع يون با ذرات معلق را پيدا مي نمايند به نحوي كه فاقد مراكزي جهت تجمع خود مي گردند..شكل۶-۱۴٫

boiler-deposit-formation - کنترل تشکیل رسوب در دیگ بخار boiler-deposit-formation - کنترل تشکیل رسوب در دیگ بخار
شکل ۶-۱۴ تغییرات ساختمانی داده شده توسط

پلیمرها به منظور مانعی جهت تجمع ناخالصی های آب

شکل ۷-۱۴ مکانیزم پلیمر بکار گرفته شده به هنگام

جذب ناخالصی های چسبنده در آب به سطوح فلزی

در حاليكه خاصيت تغيير شبكه كريستالي رسوب عامل موثر جلوگيري از تشكيل رسوبات بسيار سخت (بطور اخص رسوبات كلسيم ) می باشد. خاصيت معلق نگاهداري و پراكندگي پليمرها موجب جلوگيري از رشد كريستالي مي گردد كه اين عمل خود ناشي از برخورد ذرات با ناخالصي ها يا آلودگي هاي آب مي باشد. در يك سيستم عاري از بهبود سازي، ذرات معلق، مجتمع شده و به هم مي چسبند كه خود منجر به تشكيل ذرات نامناسب بزرگتر خواهد شد. پليمرها موقعيكه جذب سطوح ذرات مي گردند مانع تجمع و چسبندگي شان به يگديگر و يا چسبندگي آنها به سطح فلز خواهند شد.شكل۷-۱۴

فاكتورهاي موثر در انتخاب پليمر كارا شامل :

الف : پليمر انتخابي بايد با نوع بهبود سازي سازگاري داشته و نيز با شرايط عملي ديگ بخار نظير فشار، درجه حرارت و ميزان آلودگي كه به نوع آب تغذيه مربوط مي گردد هماهنگ باشد.

ب: وزن ملكولي مناسب داشته باشد زيرا در غير اينصورت احتمال فولينگ در اثر بالا بودن وزن ملكولي و با راندمان پايين در اثر كم بودن وزن ملكولي خواهد داشت.

ج: وجود پليمر كافي كه دانسيته تزريقي كافي براي جذب تركيبات را داشته باشد. زيرا در غير اين صورت تركيبات محلول ضعيف شده و عمل معكوس صورت خواهد گرفت.

د : پليمر بكار گرفته شده بايد چنان انتخاب  گردد كه ابعاد فعال خود را بتواند تحت درجات حرارت بالا حفظ نموده و پايداري خود را كه تابعي از خصوصيات آب تغذيه به ديگ بخار است ثابت نگاه دارد.

تري شولد سكواسترنت Threshold Sequestrants

گروه ديگري از مواد شيميايي كه بعنوان جلوگيري كننده از تشكيل رسوب در ديگ بخار مصرف مي گردد شامل تري شولد سكواسترانت و بالاخص پخش كننده هاي فلزي مي باشند. تري شولد سكواسترانت با ممانعت كننده هاي رسوب هستند كه قابليت بيشتري نسبت به كلنت ها را در روش استويكيومتري دارا مي باشند. بعنوان مثال از فسفونات مي توان جهت جلوگيري از رسوب آهن در سديم استفاده نمود.

فسفونات ها Phosphonates

فسفونات ها مجموعه اي از خواص پليمرها را بطور يك جا دارا مي باشند. در مرحله اول فسفونات ها قادر به جدا و محدود نگاه داشتن كاتيون هاي رسوب زا بوده و از تركيب اين كاتيون ها با آنيون هاي مختلف به همان نحوي كه كلنت ها عمل مي كنند جلوگيري مي نمايند در نتيجه از رسوب كردن نمك هائي كه از تركيب كاتيون و آنيون مربوطه حاصل مي شوند جلوگيري مي كنند.

ولي مهم ترين خاصيت فسفونات ها توانائي آنها در جلوگيري از رسوب هيدروكسيد آهن است كه حتي در محيط هاي قليائي شديد ديگ هاي بخار قادر به انجام اين كار مي باشند. هم اكنون فسفونات ها بعنوان يك ركن اساسي در برنامه هاي بهبود سازي نوين كه با “غلظت هاي كمتر از نياز مستقيم و متناسب سيستم” كار مي كنند مورد استفاده بوده و روي دو خاصيت اساسي آنها يعني جلوگيري كردن از تشكيل رسوب در مرحله ابتدائي و خاصيت پراكندگي مواد معلق مخصوصا آهن و مس به سطوح فلزي داخل ديگ بخار مي باشد. به هرحال حضور كلنت ها در ديگ بخار موجب مي گردد تا لجن هاي تشكيل يافته به آساني پخش گردند.

روش محلول سازي Solubilizing Method

تركيبات ممانعت كننده از رسوب شامل محلول نگاه دارنده مي باشند. وجه مشترك بين انواع مواد شيميايي محلول نگاهدارنده در آن است كه اين تركيبات يون هاي رسوب زا را بصورت محلول در فاز آب نگاه مي دارند. روش سنتي تر اين نوع از برنامه ها مبتني بر نگاه داشتن باقيمانده كلنت در آب ديگ بخار است. هدف از اين نوع بهبود سازي آن است كه به جاي اينكه كاتيون عامل رسوب زا با آنيون مربوطه تركيب و ايجاد رسوب نمايد، شيميائي با كاتيون مورد نظر تركيب و ايجاد كمپلكس كاملا محلول مي دهد.

موفقيت يا عدم موفقيت اين نوع بهبود سازي منوط به نگاهداري مقدار باقيمانده كلنت در آب ديگ بخار است. ضمنا به واسطه خوردگي شديد از ذخيره اضافي كلنت ها بايد به نگاه داشتن مقدار كمي از آن در ديگ بخار كوشش گردد. بايد در نظر داشت كه ذخيره كمي از كلنت در آب ديگ بخار و مصرف سريع آن، سيستم را به شدت در برابر تغيير كيفيت آب تغذيه و كم و زياد شدن سختي آن آسيب پذير مي نمايد.

با توجه به شرايط عملياتي ديگ هاي بخار مدرن، توانايي ناچيز كلنت ها در جلوگيري از تشكيل رسوباتي است كه بوسيله اكسيدهاي فلزي حاصل مي شوند زيرا تحت شرايط به شدت قليائي ديگ هاي بخار يون هيدروكسيد مي تواند با مواد شيميايي افزودني نظير كلنت ها رقابت كرده و كاتيون ها را بصورت ماده غير محلولي راسب نمايد. هرچند عدم وجود لجن تركيبات كلسيمي بهنگام مصرف كلنت ها ممكن است نقش هيدروكسيدهاي فلزي را بعنوان يك ماده متصل كننده كاهش داده و ديگ هاي بخار را در مقايسه با روش راسب كردن تميز نگاه دارد، با اين وجود هنوز در روش مبتني بر نگاه داشتن باقيمانده كلنت، سيستم در معرض تشكيل هيدروكسيدهاي فلزي بوده و نيز امكان متصل كردن لجن هاي منيزيم بوسيله اكسيدهاي فلزي وجود دارد زيرا تركيبات منيزيم حتي در مجاورت باقيمانده كلنت باز هم بصورت نامحلول باقي مي ماند.

محلول نگه داشتن عوامل رسوب زدای بویلر

مراتب فوق معلوم مي دارد كه شرايط عملياتي فعلي ديگ هاي بخار نيازمند روش هائي هستند كه مبتني بر محلول نگاه داشتن عوامل رسوب زا باشد، به نحوي كه مصرف آنها ارتباط مستقيمي با مقدار عوامل رسوب زا نداشته باشد. استفاده از اين مواد كه بصورت غلظت كمتر از نياز متناسب با مقدار عوامل رسوب زا بكار گرفته شده است، شامل يك يا چند تركيب از پليمرها، فسفونات ها و بالاخره تركيبات كلنت ها با غلظت هاي كمتر از نياز مستقيم و متناسب سيستم باشد.

كلنت هاي مورد استفاده در اين روش شامل NTA و EDTA مي باشد كه قبلا در مورد آنها بحث شد. كلنت ها يا كاتيون هاي موجود در آب تغذيه به ديگ بخار نظير كلسيم، منيزيم، آهن و مس كه در مقابل كاتيون ها قرارد ارند تركيب مي گردد. راديكال فسفات كه به صورت آنيون است مي تواند فقط با يون كلسيم و در شرايط استويكيومتري تركيب گردد. ولي تركيب منيزيم با كلنت ها در آب ديگ بخار بعلت رقابت يون هاي هيدروكسيد و سيليكات بندرت كامل مي گردد. همراه نمودن مواد شيميايي آلي با كلنت ها بسيار مفيد بوده و موجب تميز نگهداشتن ديگ هاي بخار از لجن، مخصوصا سر پنتين كه در بهبود سازي آب ديگ بخار با كلنت وجود دارد خواهد گرديد ضمنا ضرورت استفاده از زيرآب به هنگام استفاده از كلنت در هر حال ضروري مي باشد.

کنترل تشکیل رسوب در دیگ بخار

استفاده از پليمرهاي جلوگيري كننده از تشكيل رسوب همراه با كلنت ها بسيار سودمند مي باشد زيرا اين امر موجب مي گردد تا مقدار كمتري از باقيمانده كلنت در آب ديگ بخار نگهداري گردد. ضمنا گزارش گرديده است كه تعدادي از پليمرها در افزايش پايداري كلنت ها موثر مي باشند، همين موضوع موجب مي گردد تا كلنت ها به هنگام تركيب با كاتيون ها باندي قوي تر را دارا باشند. در بعضي اوقات از مصرف كلنت ها به علت خورنده بودشان صرف نظر مي گردد.

هرچند كلنت ها تا حدودي خورنده هستند ولي خورده شدن سيستم در بيشتر اوقات مربوط به مصرف ناصحيح آن مي باشد. مشكلات پيشين در اين مورد بيشتر تزريق مستقيم كلنت ها به داخل ديگ بخار بوده است. در چنين حالتي غلظت زياد كلنت ها باعث افزايش بيش از حد آنها در داخل ديگ بخار خواهد گرديد. مشكل در اين مورد استفاده از كلنت ها در ديگ هاي بخاري است كه داراي نقاط گرم حرارتي بعلت افزايش درجه حرارت موضعي مي باشند.

انتخاب هريك از دو روش مذكور مربوط به ملاحظات اقتصادي مي گردد. بعنوان مثال استفاده از كلنت براي بهبود سازي آب تغذيه به ديگ بخار كه داراي سختي بالا باشد. بعلت مصرف زياد مقرون به صرفه نمي باشد چنانچه استفاده از روش رسوب گذاري با عدم دستيابي به نمك هاي هيدروكسي آپاتيت از كلسيم و منيزيم غير چسبنده همراه باشد، منجر به رسوب مي گردد. در اين وضعيت افزايش درجه حرارت پوسته خارجي تيوب موجب مصرف زياد سوخت و نهايتا پارگي لوله و از كار افتادگي ديگ بخار خواهد گرديد. در استفاده از فسفات هزينه هاي نربوط به شستشوي شیميائي ديگ بخار نبايد فراموش گردد. به هرحال چنانچه ديگ بخار مخصوصا مشكل لجن گرفتگي را دارد استفاده از روش محلول سازي توصيه مي گردد.

شستشوي قليائي Boiling Out

هدف از بويل اوت، شستشوي شيميائي قليائي ديگ هاي بخار قبل از گذاشته شدن در سرويس مي باشد. كلا ديگ هاي بخار ساخته شده و يا تعمير شده آغشته به مواد نفتي، گريس، و پاره اي از آلودگي ها است. چنانچه ديگ بخاري با داشتن آلودگي هايي در سرويس گذاشته شود مشكلاتي را بوجود خواهد آورد كه در طولاني مدت منجر به از كارافتادگي آن خواهد گرديد. لذا جهت احتراز از مشكلات فوق ضروري است نسبت به شستشوي شيميائي قليائي اقدام گردد. البته در بعضي موارد قبل از شستشوي قليائي، انجام شستشوي شيميائي با اسيد بعلت داشتن اكسيداهن ملايم بصورت دستورالعملي معتدل با EDTA و يا اسيدكلرئيدريك حداكثر ۴ درصد محافظت شده با ماده بازدارنده توصيه مي گردد.

مواد شيميائي مصرفي در شستشوي شيميائي قليائي شامل كاستيك سودا به مقدار ۲% الي ۴% درصد، كربنات سديم به مقدار ۲% الي ۴% درصد، تري سديم فسفات به مقدار ۴% الي ۱ درصد، وسولفيت سديم به مقدار ۰۲% الي ۰۴% درصد مي باشد. استفاده از نيترات سديم در برابر افزودن كاستيك سودا جهت جلوگيري از تردي قليائي ضروري مي باشد.

چنانچه ديگ بخار داراي آلودگي زيادي باشد مي توان نسبت به تجديد شستشوي شيميائي قليائي با مواد شيميائي ذكر شده اقدام نمود. استفاده از تسهيل كننده تماس مواد شيميائي به سطح فلز توصيه مي گردد.

کنترل تشکیل رسوب در دیگ بخار

ديگ بخار به اندازه نصف آب نماي مدرج مربوط به درام بالا با آب بهبود سازي شده پر و نسبت به اضافه نمودن مواد شيميائي طبق مراتب فوق به داخل درام بالايي اقدام گردد. كوره را روشن كرده و حرارت آن را تدريجا براي مدت ۵ الي ½ ۵ ساعت به ۱۸۰ درجه سانتي گراد رسانيده و فشار مربوط به ديگ بخار در اين شرايط حدود ۱۵۵ پاوند بر اينچ مربع خواهد گرديد. ديگ بخار به مدت چهار ساعت در همين شرايط بايد نگاه داشته شود.

آزمايش مربوطه از نظر حذف مواد روغني با گرفتن نمونه اي از زيرآب ديگ بخار و تعيين مقدار روغن با دستگاه اينفرارد مشخص خواهد گرديد. چنانچه مقدار روغن حداكثر يك قسمت در ميليون باشد، مي توان نسبت به اتمام عمل شستشوي شيميائي قليائي بسنده كرد. ولي با مقدار روغن بيشتر از يك قسمت در ميليون بايستي نسبت به تخليه نصف آب نما، پركردن مجدد و افزايش مواد شيميائي مورد ذكر نمود.

بعد از حصول اطمينان از نظر پاك شدن ديگ بخار از مواد روغني كوره را خاموش و ديگ بخار بايد تدريجا سرد شود بعد از رسيدن حرارت به ۶۰ درجه سانتي گراد نسبت به تخليه آب و شستشوي آن با آب فشار قوي اقدام گردد.

منبع : نقش آب و کنترل خوردگی در صنایع        مولف:سید احمد پیشنمازی