آب مورد استفاده برای تغذیه دیگ بخار، حتی پس از تصفیه، ممکن است حاوی مقدار مشخصی از مواد محلول، گازهای محلول، مواد معلق و سایر ناخالصی‌ها باشد. نوع و مقدار این مواد به منبع آب، کیفیت آب خام، روش تصفیه و شرایط بهره‌برداری از دیگ بستگی دارد.
بعضی از این مواد می‌توانند زمینه تشکیل رسوب روی سطوح انتقال حرارت را ایجاد کنند و برخی دیگر موجب خوردگی بخش‌های مختلف دیگ و سیستم بخار شوند. به همین دلیل شناخت ناخالصی‌های موجود در آب و رفتار آنها، یکی از پایه‌های اصلی کنترل کیفیت آب دیگ بخار است.
ناخالصی‌های موجود در آب دیگ بخار
ناخالصی‌های موجود در آب را می‌توان به چند گروه اصلی تقسیم کرد:
- مواد معلق
- مواد محلول
- گازهای محلول
- مواد آلی
- روغن و چربی
- میکروارگانیسم‌ها و مواد زیستی
اهمیت هر یک از این گروه‌ها به نوع آب، روش تصفیه و شرایط سیستم بستگی دارد. برخی ناخالصی‌ها مستقیماً باعث تشکیل رسوب می‌شوند، برخی باعث خوردگی می‌شوند و برخی دیگر با ایجاد کف یا اختلال در شرایط آب، به‌صورت غیرمستقیم کیفیت عملکرد دیگ را تحت تأثیر قرار می‌دهند.
مواد معلق در آب
مواد معلق شامل ذراتی هستند که در آب حل نشده‌اند و می‌توانند همراه آب وارد سیستم شوند. ذرات خاک، گل‌ولای، اکسیدهای فلزی و سایر ذرات معلق می‌توانند در قسمت‌هایی از سیستم تجمع پیدا کنند.
در صورت ورود این مواد به دیگ، ممکن است در نقاطی از سیستم ته‌نشین شده و به تشکیل لجن و رسوبات کمک کنند. به همین دلیل، فیلتراسیون و پیش‌تصفیه مناسب آب خام اهمیت دارد.
مواد محلول
مواد محلول بخش مهمی از ترکیبات موجود در آب را تشکیل می‌دهند. یون‌هایی مانند کلسیم، منیزیم، سدیم، کلرید، سولفات و سیلیکا می‌توانند بسته به منبع آب و روش تصفیه در آب وجود داشته باشند.
همه مواد محلول الزاماً باعث تشکیل رسوب نمی‌شوند، اما برخی از آنها در شرایط مناسب می‌توانند ترکیبات کم‌محلول ایجاد کرده و روی سطوح داخلی دیگ رسوب کنند. کنترل این مواد یکی از اهداف اصلی تصفیه و مدیریت آب دیگ بخار است.
سختی آب؛ یکی از مهم‌ترین عوامل رسوب‌زایی
سختی آب عمدتاً به وجود یون‌های کلسیم و منیزیم مربوط است. این یون‌ها می‌توانند از طریق آب تغذیه وارد دیگ شوند و در اثر تغییر دما و شرایط شیمیایی، در تشکیل برخی رسوبات نقش داشته باشند.
سختی آب به دو گروه کلی تقسیم می‌شود:
- سختی موقت
- سختی دائم
در فرآیند بهره‌برداری از دیگ، وجود سختی کنترل‌نشده می‌تواند باعث تشکیل رسوب روی سطوح انتقال حرارت شود. به همین دلیل سختی‌گیری مناسب یکی از مهم‌ترین مراحل آماده‌سازی آب تغذیه دیگ بخار است.
بی‌کربنات‌های کلسیم و منیزیم
بخش مهمی از سختی موقت آب مربوط به بی‌کربنات‌های کلسیم و منیزیم است. این ترکیبات در آب محلول هستند، اما با افزایش دما و تغییر شرایط شیمیایی می‌توانند تجزیه شده و زمینه تشکیل ترکیبات کم‌محلول و رسوبزا را ایجاد کنند.
به همین دلیل، گرمایش آب در دیگ می‌تواند رفتار برخی ترکیبات محلول را تغییر دهد و شرایط تشکیل رسوب را فراهم کند.
سولفات‌ها
سولفات‌ها نیز بسته به نوع و غلظت آنها می‌توانند در تشکیل برخی رسوبات نقش داشته باشند. در شرایط خاص، ترکیباتی مانند سولفات کلسیم می‌توانند رسوبات سخت و چسبنده ایجاد کنند. بنابراین کنترل کلسیم و سولفات در آب تغذیه، به‌ویژه در سیستم‌هایی که شرایط تشکیل چنین رسوباتی وجود دارد، اهمیت دارد.
سیلیکا
سیلیکا (Silica) یکی از ترکیبات مهم در مدیریت آب دیگ بخار است. سیلیکا می‌تواند در شرایط خاص در تشکیل رسوب نقش داشته باشد و در برخی سیستم‌ها همراه بخار نیز منتقل شود. این موضوع در فشارهای بالاتر و سیستم‌هایی که تجهیزات حساس پایین‌دست مانند توربین دارند، اهمیت بیشتری پیدا می‌کند.
به همین دلیل در سیستم‌های خاص ممکن است علاوه بر سختی، کنترل سیلیکا نیز ضروری باشد. روش حذف سیلیکا نیز باید بر اساس کیفیت آب خام، فشار دیگ و الزامات سیستم انتخاب شود.
کلریدها
کلریدها معمولاً خود عامل اصلی تشکیل رسوب سخت نیستند، اما وجود آنها در غلظت بالا می‌تواند برای شرایط شیمیایی آب و خوردگی اهمیت داشته باشد. از طرف دیگر، چون کلریدها در آب محلول هستند و با تبخیر آب می‌توانند در آب دیگ غلیظ شوند، کنترل غلظت آنها در کنار TDS و سایر پارامترهای آب اهمیت دارد.
مواد آلی و روغن
ورود مواد آلی، روغن و چربی به آب دیگ می‌تواند مشکلات مختلفی ایجاد کند. این مواد ممکن است باعث کف‌کردن آب و افزایش احتمال Carryover شوند و همچنین می‌توانند روی سطوح انتقال حرارت لایه ایجاد کنند.
وجود لایه روغنی روی سطوح انتقال حرارت، انتقال حرارت را مختل کرده و می‌تواند باعث افزایش دمای فلز شود. به همین دلیل جلوگیری از ورود روغن به آب تغذیه و شناسایی سریع آلودگی اهمیت زیادی دارد.
گازهای محلول و خوردگی
آب می‌تواند حاوی گازهای محلول مختلفی باشد. مهم‌ترین گازهایی که در خوردگی سیستم‌های بخار نقش دارند، اکسیژن و دی‌اکسیدکربن هستند.
اکسیژن محلول
اکسیژن محلول یکی از عوامل مهم خوردگی تجهیزات فولادی است. اگر اکسیژن همراه آب تغذیه وارد دیگ و سیستم شود، می‌تواند شرایط اکسیداسیون سطوح فلزی را فراهم کند.
خوردگی ناشی از اکسیژن ممکن است به‌صورت موضعی و حفره‌ای ایجاد شود و در صورت پیشرفت، به کاهش ضخامت و آسیب تجهیزات منجر شود. به همین دلیل حذف اکسیژن از آب تغذیه از طریق هواگیری حرارتی و در صورت نیاز استفاده از برنامه شیمیایی مناسب اهمیت دارد.
دی‌اکسیدکربن و خوردگی
دی‌اکسیدکربن نیز می‌تواند در خوردگی سیستم بخار و به‌خصوص خطوط برگشت کندانس نقش داشته باشد. بخشی از دی‌اکسیدکربن می‌تواند از تجزیه برخی ترکیبات موجود در آب تغذیه ایجاد شود و همراه بخار حرکت کند.
هنگامی که بخار در مسیر خود کندانس می‌شود، دی‌اکسیدکربن می‌تواند در آب کندانس حل شده و شرایط خورنده ایجاد کند. این نوع خوردگی ممکن است در خطوط برگشت کندانس بیشتر مورد توجه قرار گیرد.
تأثیر pH بر خوردگی
pH یکی از پارامترهای مهم در کنترل خوردگی است. اگر شرایط شیمیایی آب و کندانس مناسب نباشد، احتمال خوردگی سطوح فلزی افزایش پیدا می‌کند.
از طرف دیگر، بالا بردن بیش از حد pH نیز همیشه راه‌حل مناسبی نیست و باید در محدوده مناسب برنامه تصفیه و شرایط طراحی سیستم کنترل شود. به همین دلیل کنترل pH باید در کنار سایر پارامترهای آب انجام شود و نباید یک عدد ثابت برای تمام دیگ‌های بخار در نظر گرفت.
خوردگی زیر رسوب
یکی از مشکلات مهم در دیگ بخار، خوردگی زیر رسوب (Under-Deposit Corrosion) است. وقتی رسوب روی سطح فلزی تشکیل می‌شود، شرایط شیمیایی زیر یا داخل لایه رسوب می‌تواند با آب اصلی تفاوت پیدا کند.
این اختلاف شرایط می‌تواند باعث ایجاد نواحی موضعی با پتانسیل خوردگی بیشتر شود. در نتیجه رسوب فقط یک عایق حرارتی نیست؛ بلکه می‌تواند شرایطی ایجاد کند که خوردگی موضعی نیز در زیر آن اتفاق بیفتد. به همین دلیل کنترل رسوب و کنترل خوردگی دو موضوع کاملاً مرتبط هستند.
خوردگی ناشی از شرایط قلیایی نامناسب
شرایط شیمیایی بیش از حد قلیایی نیز می‌تواند در برخی شرایط موجب مشکلات خوردگی شود. یکی از پدیده‌هایی که در ادبیات فنی دیگ‌های بخار مطرح می‌شود، Caustic Embrittlement یا تردی قلیایی است.
این پدیده به شرایط خاص شیمیایی، تنش و تمرکز مواد قلیایی در نقاط مشخص ارتباط دارد و نمی‌توان آن را صرفاً به بالا بودن یک پارامتر واحد نسبت داد. بنابراین کنترل قلیائیت و برنامه شیمیایی باید بر اساس نوع دیگ و شرایط واقعی سیستم انجام شود.
خوردگی و هیدروژن
برخی شرایط خوردگی می‌توانند باعث تولید یا حضور هیدروژن در محیط‌های خاص شوند. در شرایط شدید و نامناسب، هیدروژن می‌تواند در آسیب‌های مرتبط با فلز نقش داشته باشد. به همین دلیل کنترل خوردگی، جلوگیری از تشکیل شرایط خورنده و حفظ وضعیت مناسب شیمیایی آب، بخشی از اقدامات پیشگیرانه برای حفاظت از تجهیزات است.
محصولات خوردگی
خوردگی فلزات می‌تواند باعث تولید اکسیدها و سایر محصولات خوردگی شود. این مواد ممکن است همراه آب حرکت کرده و در بخش‌های مختلف سیستم تجمع پیدا کنند.
رسوبات ناشی از محصولات خوردگی می‌توانند روی سطوح انتقال حرارت تجمع پیدا کنند و علاوه بر کاهش انتقال حرارت، شرایط خوردگی زیر رسوب را نیز ایجاد کنند. به همین دلیل کنترل خوردگی باید از ورود و گردش محصولات خوردگی در کل سیستم نیز جلوگیری کند.
آهن و مس در آب و سیستم بخار
آهن و مس می‌توانند از خوردگی تجهیزات و خطوط وارد آب شوند. این مواد ممکن است در نقاط مختلف سیستم رسوب کنند و در برخی شرایط باعث ایجاد رسوبات ثانویه روی سطوح انتقال حرارت شوند.
وجود آهن یا مس در آب تغذیه یا کندانس می‌تواند یک نشانه مهم برای بررسی وضعیت خوردگی در سیستم باشد. بنابراین در برنامه‌های کنترل آب، در صورت نیاز باید این عناصر نیز مورد آزمایش قرار گیرند.
نقش کیفیت آب خام
نوع ناخالصی‌های موجود در آب به منبع آن بستگی دارد. آب چاه، آب سطحی و آب شهری ممکن است از نظر سختی، سیلیکا، مواد آلی، مواد معلق، کلرید، سولفات و سایر پارامترها تفاوت قابل توجهی داشته باشند.
به همین دلیل انتخاب روش تصفیه آب باید بر اساس آنالیز واقعی آب خام انجام شود. نمی‌توان بدون شناخت کیفیت آب ورودی، یک سیستم تصفیه یا یک برنامه شیمیایی مشخص را برای همه دیگ‌ها مناسب دانست.
ناخالصی‌ها و عملکرد سیستم تصفیه آب
هر مرحله از تصفیه آب وظیفه خاصی دارد.
برای مثال:
- فیلترها می‌توانند مواد معلق را کاهش دهند.
- سختی‌گیر برای حذف یا کاهش سختی آب استفاده می‌شود.
- سیستم‌های غشایی مانند RO می‌توانند بخش قابل توجهی از مواد محلول را کاهش دهند.
- سیستم‌های تبادل یونی می‌توانند برای دستیابی به کیفیت‌های خاص آب مورد استفاده قرار گیرند.
- هواگیری برای حذف گازهای محلول، به‌خصوص اکسیژن، کاربرد دارد.
انتخاب تجهیزات باید بر اساس کیفیت آب خام و نیاز دیگ انجام شود.
آیا بلودان همه ناخالصی‌ها را حذف می‌کند؟
خیر. بلودان می‌تواند بخشی از مواد محلول و مواد تجمع‌یافته در آب دیگ را از سیستم خارج کند، اما جایگزین تصفیه مناسب آب تغذیه نیست.
اگر مقدار زیادی سختی، سیلیکا یا سایر مواد نامطلوب از طریق آب تغذیه وارد دیگ شود، اتکا به بلودان به‌تنهایی می‌تواند موجب افزایش مصرف آب و انرژی شود و همچنان مشکلاتی برای سیستم ایجاد کند.
بنابراین باید تا حد امکان از ورود ناخالصی‌ها جلوگیری و سپس غلظت مواد باقی‌مانده با روش‌های مناسب کنترل شود.
ارتباط ناخالصی‌ها با تشکیل رسوب
هر ماده محلولی الزاماً رسوب ایجاد نمی‌کند.
تشکیل رسوب به عواملی مانند:
- نوع ترکیب شیمیایی
- غلظت
- دما
- فشار
- pH
- قلیائیت
- شرایط تبخیر
- سطح و جنس فلز
- سرعت جریان
- شرایط شیمیایی آب
وابسته است.
به همین دلیل برای بررسی علت یک رسوب، صرفاً مشاهده آن کافی نیست و در موارد مهم باید ترکیب رسوب و شرایط آب و بهره‌برداری بررسی شود.
ارتباط ناخالصی‌ها با خوردگی
خوردگی نیز نتیجه یک عامل واحد نیست. اکسیژن، دی‌اکسیدکربن، شرایط pH، مواد محلول، دما، تنش فلز، رسوبات و وضعیت شیمیایی آب می‌توانند در ایجاد یا تشدید خوردگی نقش داشته باشند.
به همین دلیل، مشاهده خوردگی در یک دیگ بخار باید با بررسی شرایط آب، کندانس، هواگیری، مواد شیمیایی و وضعیت سطوح فلزی همراه باشد.
کنترل ناخالصی‌های رسوبزا و عوامل خوردگی
برای کنترل مشکلات ناشی از ناخالصی‌ها باید یک برنامه جامع مدیریت آب در نظر گرفته شود. این برنامه می‌تواند شامل موارد زیر باشد:
- آنالیز آب خام
- انتخاب روش مناسب پیش‌تصفیه
- سختی‌گیری و در صورت نیاز کاهش مواد محلول
- کنترل کیفیت آب جبرانی
- هواگیری آب تغذیه
- کنترل مواد شیمیایی
- پایش پارامترهای آب دیگ
- کنترل TDS و بلودان
- کنترل کیفیت کندانس برگشتی
- بررسی دوره‌ای رسوبات و محصولات خوردگی
- شناسایی علت آلودگی یا ورود مواد نامطلوب
- نگهداری مناسب تجهیزات تصفیه و کنترل آب
جمع‌بندی
آب تغذیه دیگ بخار می‌تواند حاوی مواد محلول، مواد معلق، گازهای محلول، مواد آلی و سایر ناخالصی‌ها باشد. بخشی از این مواد می‌توانند زمینه تشکیل رسوب را ایجاد کنند و برخی دیگر در خوردگی تجهیزات نقش داشته باشند.
کلسیم و منیزیم از مهم‌ترین عوامل مرتبط با سختی و تشکیل رسوب هستند. سیلیکا نیز در شرایط خاص می‌تواند هم از نظر رسوب و هم از نظر کیفیت بخار اهمیت داشته باشد. از طرف دیگر، اکسیژن و دی‌اکسیدکربن از مهم‌ترین گازهای مرتبط با خوردگی در سیستم‌های بخار هستند.
با این حال، وجود یک ماده به‌تنهایی به معنی ایجاد قطعی رسوب یا خوردگی نیست. شرایط شیمیایی، دما، فشار، غلظت، طراحی دیگ و وضعیت بهره‌برداری همگی در رفتار این مواد نقش دارند.
به همین دلیل کنترل رسوب و خوردگی باید از مرحله شناخت کیفیت آب خام و تصفیه آب آغاز شود و تا هواگیری، کنترل شیمیایی، پایش آب دیگ، بلودان و کنترل کندانس برگشتی ادامه پیدا کند. هدف نهایی، جلوگیری از ورود و تجمع مواد نامطلوب و حفظ شرایط آب در محدوده مناسب برای عملکرد ایمن، پایدار و اقتصادی دیگ بخار است.
برای دریافت قیمت و خرید دیگ بخار با شماره 09388037440 تماس بگیرید.
طبقه بندی بویلرها – سری مقالات روش های پیشگیری از رسوبات بویلرها (قسمت اول)
انواع بویلرها و عملکرد آن ها – روش های پیشگیری از رسوبات بویلرها (قسمت دوم)
روش های پیشگیری از رسوب دیگ بخار و بویلرها (قسمت سوم)
روش های پیشگیری از رسوبات بویلرها (قسمت پنجم)
