آب مورد استفاده در دیگ بخار، بسته به منبع تأمین، حاوی مقادیر مختلفی از مواد محلول، مواد معلق، گازهای محلول و ترکیبات معدنی است. ورود این مواد به دیگ بخار می‌تواند باعث تشکیل رسوب، خوردگی، افزایش غلظت املاح، کاهش انتقال حرارت و افت کیفیت بخار شود.
به همین دلیل، آب قبل از ورود به دیگ بخار باید بر اساس کیفیت آب خام، نوع دیگ، فشار کاری، ظرفیت، میزان آب جبرانی و میزان برگشت کندانس بررسی و در صورت نیاز تصفیه شود.
تصفیه آب دیگ بخار یک فرایند واحد و ثابت نیست. ممکن است برای یک سیستم، یک سختی‌گیر رزینی کافی باشد، در حالی که سیستم دیگری به چند مرحله پیش‌تصفیه، اسمز معکوس، تبادل یونی یا دمینرالیزاسیون نیاز داشته باشد.
آب مورد نیاز دیگ بخار از کجا تأمین می‌شود؟
آب تغذیه دیگ بخار معمولاً از دو بخش اصلی تشکیل می‌شود:
- آب جبرانی یا Makeup Water
- کندانس برگشتی
کندانس برگشتی، بخشی از بخار مصرف‌شده است که پس از تقطیر به آب تبدیل شده و در صورت مناسب بودن کیفیت، دوباره به سیستم آب تغذیه بازگردانده می‌شود.
هرچه میزان برگشت کندانس بیشتر و کیفیت آن مناسب‌تر باشد، مقدار آب جبرانی مورد نیاز کاهش پیدا می‌کند. با این حال، بخشی از آب ممکن است به دلایلی مانند بلودان، نشتی، مصرف مستقیم بخار یا آلودگی کندانس از سیستم خارج شود و نیاز به آب جبرانی ایجاد کند.
بنابراین طراحی سیستم تصفیه آب باید بر اساس مقدار و کیفیت آب جبرانی مورد نیاز انجام شود، نه فقط ظرفیت اسمی دیگ بخار.
آیا می‌توان از آب شهری به‌طور مستقیم در دیگ بخار استفاده کرد؟
آب شهری، چاه، رودخانه یا سایر منابع آب طبیعی را نمی‌توان صرفاً بر اساس ظاهر یا قابل شرب بودن، مناسب استفاده مستقیم در دیگ بخار دانست.
آب شهری ممکن است حاوی سختی، کلراید، سیلیس، مواد محلول و گازهای مختلف باشد. آب چاه نیز بسته به شرایط زمین‌شناسی منطقه می‌تواند سختی و مواد معدنی بالایی داشته باشد. آب‌های سطحی علاوه بر مواد محلول، ممکن است حاوی مواد معلق، مواد آلی و آلودگی‌های متغیر باشند.
بنابراین ابتدا باید کیفیت آب منبع با آزمایش مشخص شود و سپس روش مناسب تصفیه انتخاب گردد.
مهم‌ترین ناخالصی‌های موجود در آب خام
ترکیب آب خام به منبع آن بستگی دارد، اما مهم‌ترین ناخالصی‌هایی که در طراحی تصفیه آب بویلر مورد توجه قرار می‌گیرند عبارت‌اند از:
- مواد معلق
- مواد کلوئیدی
- کلسیم و منیزیم
- بی‌کربنات‌ها
- سولفات‌ها
- کلرایدها
- سیلیس و ترکیبات سیلیسی
- سدیم و سایر یون‌های محلول
- آهن و منگنز
- مواد آلی
- اکسیژن و دی‌اکسیدکربن محلول
- روغن و سایر آلاینده‌ها در صورت ورود به آب
وجود هر یک از این مواد می‌تواند بسته به مقدار و شرایط سیستم، نیاز به یک روش تصفیه خاص ایجاد کند.
مراحل کلی تصفیه آب دیگ بخار
تصفیه آب را می‌توان به چند مرحله تقسیم کرد:
- بررسی و آنالیز آب خام
- پیش‌تصفیه
- حذف مواد معلق و کلوئیدی
- حذف سختی
- کاهش مواد محلول در صورت نیاز
- کنترل یا حذف گازهای محلول
- آماده‌سازی آب برای ورود به سیستم آب تغذیه
- کنترل کیفیت آب تصفیه‌شده
همه این مراحل در تمام سیستم‌ها مورد نیاز نیستند. نوع و تعداد مراحل باید بر اساس کیفیت آب و مشخصات دیگ انتخاب شود.
پیش‌تصفیه آب دیگ بخار
پیش‌تصفیه، نخستین مرحله آماده‌سازی آب در بسیاری از سیستم‌هاست. هدف آن کاهش موادی است که می‌توانند عملکرد تجهیزات اصلی تصفیه را مختل کنند یا باعث گرفتگی و کاهش راندمان آنها شوند.
حذف مواد معلق
ذرات معلق موجود در آب می‌توانند باعث گرفتگی تجهیزات و ایجاد لجن شوند. بسته به کیفیت آب، ممکن است از تجهیزاتی مانند فیلترهای شنی، فیلترهای چندلایه یا سایر روش‌های فیلتراسیون استفاده شود. انتخاب نوع فیلتر به مقدار و ماهیت مواد معلق و کیفیت آب خام بستگی دارد.
حذف مواد آلی و روغن
وجود روغن و مواد آلی در آب تغذیه یا آب برگشتی می‌تواند مشکلاتی مانند تشکیل کف، آلودگی سطوح انتقال حرارت و اختلال در عملکرد تصفیه‌خانه ایجاد کند. در صورت احتمال ورود روغن به آب، باید منبع آلودگی شناسایی و حذف شود و در صورت نیاز از روش‌های مناسب جداسازی و تصفیه استفاده شود.
جلوگیری از ورود روغن به دیگ بخار اهمیت ویژه‌ای دارد، زیرا روغن می‌تواند روی سطوح انتقال حرارت قرار گرفته و مشکلات بهره‌برداری و انتقال حرارت ایجاد کند.
سختی‌گیری آب دیگ بخار
یکی از مهم‌ترین مراحل تصفیه آب بسیاری از دیگ‌های بخار، کاهش سختی آب است. سختی عمدتاً ناشی از وجود یون‌های کلسیم و منیزیم است. اگر این یون‌ها به مقدار نامناسب وارد دیگ شوند، می‌توانند در شرایط حرارتی و شیمیایی داخل بویلر در تشکیل رسوب نقش داشته باشند.
یکی از روش‌های متداول برای کاهش سختی، استفاده از سختی‌گیر رزینی و فرایند تبادل یونی است. در سختی‌گیر رزینی، یون‌های کلسیم و منیزیم موجود در آب با یون‌های دیگری که روی رزین قرار دارند مبادله می‌شوند و سختی آب کاهش پیدا می‌کند.
رزین پس از مدتی ظرفیت خود را از دست می‌دهد و باید با فرایند احیا به شرایط مناسب بازگردد. جزئیات ساختار سختی‌گیر، انواع سختی، رزین، فرایند احیا و کنترل سختی در مقاله سختی آب و سختی‌گیری دیگ بخار بررسی می‌شود.
تبادل یونی و تصفیه پیشرفته آب
تبادل یونی فقط برای سختی‌گیری استفاده نمی‌شود. با استفاده از انواع مختلف رزین‌ها می‌توان برخی یون‌های موجود در آب را حذف یا کاهش داد.
در سیستم‌های تصفیه پیشرفته ممکن است از رزین‌های:
- کاتیونی
- آنیونی
- کاتیونی اسید ضعیف
- کاتیونی اسید قوی
- آنیونی باز ضعیف
- آنیونی باز قوی
استفاده شود.
انتخاب نوع رزین به ترکیب آب خام و کیفیت مورد نیاز آب خروجی بستگی دارد.
دمینرالیزاسیون
در برخی دیگ‌های بخار، به‌خصوص سیستم‌هایی که به آب با خلوص بالاتر نیاز دارند، کاهش سختی به‌تنهایی کافی نیست. در این شرایط، علاوه بر یون‌های سختی‌زا، سایر یون‌های محلول نیز باید تا حد مورد نیاز کاهش پیدا کنند. یکی از روش‌های این کار استفاده از سیستم‌های دمینرالیزاسیون است.
در سیستم‌های متداول دمینرالیزاسیون، آب از بسترهای تبادل یونی کاتیونی و آنیونی عبور می‌کند تا بخش زیادی از یون‌های محلول حذف شوند. در صورت استفاده از سیستم‌های ترکیبی، ممکن است از بستر مختلط یا Mixed Bed نیز برای رسیدن به کیفیت بالاتر آب استفاده شود.
حذف سیلیس
سیلیس یکی از پارامترهای مهم در سیستم‌های بخار، به‌خصوص در فشارهای بالاتر و کاربردهایی است که کیفیت بالای بخار اهمیت دارد. روش حذف سیلیس به شکل شیمیایی آن، غلظت موجود و روش کلی تصفیه آب بستگی دارد. در سیستم‌های دمینرالیزاسیون، نوع رزین‌ها و ترتیب قرارگیری آنها در حذف یا کاهش سیلیس اهمیت دارد.
در سیستم‌هایی که بخار به تجهیزات حساس مانند توربین ارسال می‌شود، کنترل سیلیس و سایر ناخالصی‌های فرار اهمیت بیشتری پیدا می‌کند.
اسمز معکوس یا RO
اسمز معکوس یکی از روش‌های مهم کاهش مواد محلول آب است. در این روش، آب تحت فشار از غشای نیمه‌تراوا عبور داده می‌شود. بخش زیادی از نمک‌ها و مواد محلول در جریان آب خوراک توسط غشا نگه داشته شده و آب تصفیه‌شده از سمت دیگر غشا دریافت می‌شود.
سیستم RO می‌تواند در کاهش:
- TDS
- بسیاری از یون‌های محلول
- برخی مواد آلی
- بخشی از سیلیس
- و برخی آلاینده‌های محلول
مؤثر باشد.
کارایی RO به کیفیت آب ورودی، نوع و وضعیت غشا، فشار، دما و شرایط بهره‌برداری بستگی دارد. به همین دلیل معمولاً پیش‌تصفیه مناسب برای محافظت از غشا ضروری است.
ارتباط RO با سختی‌گیر و سایر تجهیزات
در بسیاری از سیستم‌ها RO به‌تنهایی مورد استفاده قرار نمی‌گیرد. ممکن است آب ابتدا از مراحل پیش‌تصفیه و در صورت نیاز سختی‌گیر عبور کند و سپس وارد RO شود. ترتیب دقیق تجهیزات باید بر اساس آنالیز آب خام، کیفیت مورد نیاز آب و طراحی سیستم تعیین شود.
تصفیه آب در بویلرهای کم‌فشار و پرفشار
نیاز به تصفیه آب برای تمام دیگ‌های بخار یکسان نیست. در بویلرهای کم‌فشار، بسته به کیفیت آب خام و شرایط کار، ممکن است سختی‌گیری و کنترل داخلی آب بتواند نیاز سیستم را تأمین کند.
با افزایش فشار کاری و حساسیت تجهیزات، کنترل مواد محلول، سیلیس، اکسیژن، سختی و سایر پارامترها اهمیت بیشتری پیدا می‌کند و ممکن است به تصفیه پیشرفته‌تر نیاز باشد.
در بویلرهای پرفشار یا سیستم‌هایی که بخار با خلوص بالا مورد نیاز است، معمولاً کنترل کیفیت آب باید با دقت بیشتری انجام شود. بنابراین انتخاب تجهیزات تصفیه صرفاً بر اساس ظرفیت دیگ بخار صحیح نیست و باید فشار، کیفیت آب خام، نوع مصرف بخار و میزان برگشت کندانس نیز در نظر گرفته شود.
هواگیری آب پس از تصفیه
حتی اگر آب از مراحل مناسب تصفیه عبور کرده باشد، ممکن است هنوز حاوی گازهای محلول باشد. اکسیژن و دی‌اکسیدکربن محلول می‌توانند در خوردگی تجهیزات سیستم آب تغذیه، دیگ و مسیر کندانس نقش داشته باشند.
برای کاهش این گازها از روش‌های مختلف هواگیری و تجهیزات دی‌اِریتور استفاده می‌شود.
هواگیری آب تغذیه موضوعی تخصصی است و در مقاله هواگیری آب تغذیه دیگ بخار؛ دی‌اِریتور و روش‌های حذف اکسیژن به‌صورت جداگانه بررسی شده است.
آب جبرانی و ظرفیت سیستم تصفیه
ظرفیت سیستم تصفیه آب باید بر اساس مقدار واقعی آب جبرانی مورد نیاز تعیین شود.
میزان آب جبرانی تحت تأثیر عواملی مانند موارد زیر قرار دارد:
- ظرفیت تولید بخار
- میزان برگشت کندانس
- مقدار بلودان
- مصرف مستقیم بخار
- نشتی‌های سیستم
- آلودگی یا عدم امکان استفاده مجدد از بخشی از کندانس
- شرایط بهره‌برداری
بنابراین ظرفیت دستگاه تصفیه آب را نباید صرفاً برابر با ظرفیت اسمی دیگ در نظر گرفت.
همچنین در طراحی سیستم باید ظرفیت مخازن ذخیره آب، تجهیزات پیش‌تصفیه، RO یا سیستم‌های تبادل یونی و سایر تجهیزات مرتبط با میزان آب مورد نیاز هماهنگ شود.
کنترل کیفیت آب تصفیه‌شده
عملکرد مناسب تجهیزات تصفیه باید با آزمایش آب کنترل شود.
بسته به نوع سیستم، پارامترهایی مانند:
- سختی
- TDS
- هدایت الکتریکی
- pH
- سیلیس
- قلیائیت
- کلراید
- آهن
- و سایر پارامترهای مورد نیاز
می‌توانند مورد بررسی قرار گیرند.
نتایج آزمایش مشخص می‌کند که آیا سیستم تصفیه عملکرد مطلوب دارد یا نیاز به تنظیم، احیا، شستشو یا تعمیر وجود دارد.
آزمایش‌های مربوط به آب خام، آب تغذیه و آب داخل دیگ در مقاله آزمایش و کنترل کیفیت آب دیگ بخار بررسی می‌شوند.
تصفیه آب به‌تنهایی کافی نیست
تصفیه خارجی آب یکی از بخش‌های مهم آماده‌سازی آب دیگ بخار است، اما کنترل کیفیت آب در بویلر با ورود آب تصفیه‌شده به پایان نمی‌رسد.
پس از ورود آب به سیستم، عواملی مانند:
- غلظت مواد محلول
- pH و قلیائیت
- اکسیژن محلول
- مواد شیمیایی مورد استفاده
- میزان بلودان
- کیفیت کندانس برگشتی
نیز باید کنترل شوند.
به همین دلیل، تصفیه خارجی باید در کنار آزمایش آب، عمل‌آوری شیمیایی، هواگیری و کنترل بلودان در نظر گرفته شود.
جمع‌بندی
تصفیه آب دیگ بخار با هدف حذف یا کاهش موادی انجام می‌شود که می‌توانند باعث رسوب، خوردگی، کاهش انتقال حرارت و افت کیفیت بخار شوند.
فرایند تصفیه می‌تواند شامل پیش‌تصفیه، فیلتراسیون، سختی‌گیری، تبادل یونی، اسمز معکوس، دمینرالیزاسیون و سایر روش‌های متناسب با کیفیت آب باشد.
انتخاب تجهیزات مناسب باید بر اساس آنالیز آب خام، فشار و نوع دیگ بخار، ظرفیت سیستم، میزان آب جبرانی، کیفیت کندانس برگشتی و کیفیت مورد نیاز آب تغذیه انجام شود.
در نهایت، یک سیستم مناسب تصفیه آب زمانی عملکرد مطلوب خواهد داشت که عملکرد آن به‌صورت دوره‌ای آزمایش و با سایر بخش‌های برنامه مدیریت آب دیگ بخار هماهنگ شود.
