آب تغذیه دیگ بخار و خصوصیات آن
آب یکی از مهم‌ترین عوامل در تولید بخار است. هنگامی که آب در دیگ بخار حرارت می‌بیند، بخشی از انرژی حرارتی دریافت‌شده برای تبدیل آب به بخار مصرف می‌شود. بنابراین کیفیت آبی که وارد دیگ بخار می‌شود، تأثیر مستقیمی بر عملکرد، راندمان، ایمنی و طول عمر دیگ و تجهیزات وابسته به آن دارد.
آب طبیعی معمولاً حاوی مواد محلول و معلق و همچنین گازهای محلول است. به همین دلیل نمی‌توان صرفاً بر اساس قابل شرب بودن یا ظاهر مناسب آب، آن را برای تغذیه دیگ بخار مناسب دانست. کیفیت آب تغذیه باید متناسب با نوع دیگ، فشار کاری، ظرفیت، میزان برگشت کندانس و شرایط استفاده از بخار کنترل شود.
اگر آب ورودی کیفیت مناسبی نداشته باشد، املاح موجود در آن می‌توانند موجب تشکیل رسوب، خوردگی، افزایش غلظت املاح داخل دیگ و کاهش کیفیت بخار شوند. به همین دلیل در بسیاری از سیستم‌ها، آب قبل از ورود به دیگ بخار تحت عملیات تصفیه و آماده‌سازی قرار می‌گیرد.
آب تغذیه دیگ بخار چیست؟
آب تغذیه، آبی است که پس از آماده‌سازی و رسیدن به شرایط مناسب، توسط سیستم آب تغذیه وارد دیگ بخار می‌شود.
این آب معمولاً از ترکیبی از آب جبرانی تصفیه‌شده و کندانس برگشتی تشکیل می‌شود. مقدار هرکدام به طراحی سیستم، میزان برگشت کندانس و میزان اتلاف آب در فرایند بستگی دارد.
هرچه میزان برگشت کندانس مناسب و کیفیت آن قابل کنترل باشد، مقدار آب جبرانی مورد نیاز کاهش پیدا می‌کند. در مقابل، بخشی از آب ممکن است در اثر بلودان، نشتی، فرایندهای مصرف‌کننده بخار یا آلودگی کندانس از سیستم خارج شود و نیاز به تأمین آب جبرانی ایجاد کند.
چرا کیفیت آب تغذیه دیگ بخار اهمیت دارد؟
کیفیت نامناسب آب می‌تواند مشکلات مختلفی برای دیگ بخار و سیستم بخار ایجاد کند. مهم‌ترین اهداف کنترل کیفیت آب تغذیه عبارت‌اند از:
- جلوگیری از تشکیل رسوب روی سطوح انتقال حرارت
- کاهش احتمال خوردگی قسمت‌های مختلف سیستم
- حفظ انتقال حرارت مناسب
- جلوگیری از افزایش بیش از حد غلظت املاح آب دیگ
- کمک به تولید بخار با کیفیت مناسب
- کاهش دفعات تعمیر و شستشوی دیگ
- افزایش عمر مفید تجهیزات
- کاهش اتلاف آب و انرژی
- حفظ شرایط مناسب برای عملکرد ایمن دیگ بخار
بنابراین کیفیت آب تغذیه فقط به سلامت خود آب مربوط نمی‌شود، بلکه بخشی از شرایط بهره‌برداری صحیح از کل سیستم بخار است.
مهم‌ترین خصوصیات آب مناسب برای دیگ بخار
آب مناسب برای دیگ بخار باید از نظر پارامترهای مختلف بررسی شود. مهم‌ترین موارد عبارت‌اند از:
سختی آب
سختی آب عمدتاً به دلیل وجود یون‌های کلسیم و منیزیم ایجاد می‌شود. این ترکیبات در شرایط کاری دیگ بخار می‌توانند در تشکیل رسوبات نقش داشته باشند.
تشکیل رسوب روی سطوح انتقال حرارت باعث ایجاد یک لایه عایق بین سطح فلزی و آب می‌شود. در نتیجه انتقال حرارت کاهش یافته و ممکن است دمای فلز افزایش پیدا کند.
به همین دلیل سختی آب تغذیه باید متناسب با شرایط کاری دیگ کنترل شود. روش‌های مختلف سختی‌گیری و حذف یون‌های سختی‌زا در مقاله سختی آب و سختی‌گیری دیگ بخار بررسی می‌شوند.
مواد جامد محلول و TDS
TDS یا مجموع مواد جامد محلول، بیانگر میزان کلی مواد محلول در آب است. این مواد می‌توانند شامل انواع نمک‌ها و ترکیبات معدنی باشند.
در دیگ بخار، آب تبخیر می‌شود اما بخش زیادی از مواد محلول همراه آب باقی می‌مانند. بنابراین اگر آب جبرانی و بلودان به‌درستی کنترل نشوند، غلظت مواد محلول در آب دیگ افزایش پیدا می‌کند.
افزایش بیش از حد مواد محلول می‌تواند با مشکلاتی مانند کف کردن، Carryover و کاهش کیفیت بخار همراه شود.
کنترل دقیق TDS و نحوه انجام بلودان در مقاله TDS، غلظت املاح و بلودان دیگ بخار بررسی می‌شود.
سیلیس
سیلیس یکی دیگر از پارامترهای مهم در کنترل کیفیت آب دیگ بخار است. وجود سیلیس، به‌خصوص در سیستم‌های با فشار بالاتر، می‌تواند اهمیت بیشتری پیدا کند.
سیلیس می‌تواند در تشکیل رسوبات سخت نقش داشته باشد و در شرایط خاص همراه بخار نیز منتقل شود. به همین دلیل مقدار مجاز آن باید بر اساس فشار کاری، نوع دیگ و کاربرد بخار تعیین شود.
مواد معلق
آب ممکن است حاوی ذرات معلق، مواد کلوئیدی و سایر ذرات نامحلول باشد. ورود این مواد به سیستم می‌تواند باعث ایجاد لجن، گرفتگی یا تجمع مواد در قسمت‌های مختلف شود.
به همین دلیل بسته به کیفیت آب خام، ممکن است استفاده از مراحل پیش‌تصفیه و فیلتراسیون ضروری باشد.
گازهای محلول
آب می‌تواند حاوی گازهایی مانند اکسیژن و دی‌اکسیدکربن باشد. این گازها، به‌خصوص اکسیژن محلول، می‌توانند در ایجاد خوردگی در تجهیزات آب تغذیه، دیگ و سیستم کندانس نقش داشته باشند.
به همین دلیل در بسیاری از سیستم‌های بخار، آب تغذیه قبل از ورود به دیگ تحت فرایند هواگیری قرار می‌گیرد.
روش‌های هواگیری، انواع دی‌اِریتور و حذف اکسیژن در مقاله هواگیری آب تغذیه دیگ بخار؛ دی‌اِریتور و روش‌های حذف اکسیژن بررسی شده‌اند.
pH و قلیائیت
pH و قلیائیت آب از پارامترهای مهم در کنترل شیمی آب دیگ بخار هستند. مقدار مناسب آنها به نوع بویلر، فشار کاری، برنامه تصفیه و مواد شیمیایی مورد استفاده بستگی دارد.
pH نامناسب می‌تواند شرایط را برای خوردگی یا برخی مشکلات شیمیایی فراهم کند. از طرف دیگر، کنترل قلیائیت نیز برای جلوگیری از مشکلات ناشی از شرایط شیمیایی نامناسب آب اهمیت دارد.
بنابراین نمی‌توان یک مقدار ثابت و عمومی را برای تمام دیگ‌های بخار مناسب دانست و حدود کنترلی باید بر اساس شرایط واقعی سیستم تعیین شود.
آهن و مس
آهن و مس می‌توانند از آب خام، تجهیزات تصفیه یا بخش‌های مختلف سیستم بخار وارد چرخه آب شوند. تجمع محصولات خوردگی در دیگ می‌تواند باعث تشکیل رسوبات ناشی از خوردگی شود.
به همین دلیل در سیستم‌هایی که کنترل دقیق کیفیت آب اهمیت دارد، مقدار این عناصر نیز در صورت نیاز مورد بررسی قرار می‌گیرد.
ناخالصی‌های موجود در آب تغذیه
ناخالصی‌های آب را می‌توان به‌طور کلی در چند گروه قرار داد:
- مواد جامد معلق
- مواد کلوئیدی
- مواد جامد محلول
- یون‌های کلسیم و منیزیم
- سیلیس و ترکیبات سیلیسی
- گازهای محلول
- ترکیبات آهن و مس
- مواد آلی و روغنی
- سایر ترکیبات موجود در آب خام
نوع و مقدار این ناخالصی‌ها به منبع آب بستگی دارد. برای مثال، آب‌های زیرزمینی ممکن است سختی و مواد معدنی بیشتری داشته باشند، در حالی که آب‌های سطحی می‌توانند حاوی مواد معلق، مواد آلی و آلودگی‌های متغیر باشند.
به همین دلیل انتخاب روش تصفیه باید بر اساس آنالیز واقعی آب ورودی انجام شود.
رابطه کیفیت آب با فشار کاری دیگ بخار
هرچه فشار و شرایط کاری دیگ بخار افزایش پیدا کند، کنترل کیفیت آب اهمیت بیشتری پیدا می‌کند.
در دیگ‌های کم‌فشار ممکن است با استفاده از روش‌های متداول تصفیه و کنترل داخلی آب بتوان به شرایط مورد نیاز رسید، اما در سیستم‌های با فشار بالاتر معمولاً کنترل دقیق‌تر مواد محلول، سیلیس، اکسیژن، سختی و سایر پارامترها ضروری است.
بنابراین نمی‌توان یک مشخصات ثابت را برای تمام دیگ‌های بخار در نظر گرفت. کیفیت مورد نیاز آب باید بر اساس طراحی دیگ، فشار کاری، نوع مصرف بخار، میزان برگشت کندانس و الزامات سازنده یا استاندارد مربوط تعیین شود.
آب تغذیه و انتقال حرارت در دیگ بخار
یکی از مهم‌ترین دلایل کنترل کیفیت آب، حفظ انتقال حرارت مناسب در دیگ بخار است.
وجود رسوب روی سطوح انتقال حرارت باعث ایجاد مقاومت حرارتی می‌شود. در نتیجه برای تولید مقدار مشخصی بخار، انرژی بیشتری مورد نیاز خواهد بود و در شرایط شدیدتر، افزایش دمای سطح فلزی می‌تواند به آسیب تجهیزات منجر شود.
بنابراین جلوگیری از تشکیل رسوب فقط یک موضوع مربوط به کیفیت آب نیست؛ بلکه مستقیماً با راندمان حرارتی، مصرف سوخت و عمر دیگ بخار ارتباط دارد.
آب تغذیه، رسوب و خوردگی
کیفیت نامناسب آب می‌تواند همزمان زمینه‌ساز رسوب و خوردگی باشد.
وجود سختی و برخی املاح می‌تواند به تشکیل رسوب منجر شود و گازهای محلول، شرایط شیمیایی نامناسب یا آلودگی‌های خاص نیز می‌توانند خوردگی را تشدید کنند.
از طرف دیگر، رسوبات متخلخل می‌توانند شرایط مناسبی برای ایجاد خوردگی زیر رسوب فراهم کنند. بنابراین کنترل کیفیت آب باید به‌صورت یک برنامه جامع انجام شود و فقط به حذف سختی محدود نباشد.
برای بررسی عوامل ایجادکننده رسوب و خوردگی، مقاله ناخالصی‌های رسوب‌زا و عوامل خوردگی در دیگ بخار را ببینید.
کیفیت آب و کیفیت بخار
آب داخل دیگ بخار مستقیماً با بخار تولیدشده در ارتباط است. اگر غلظت مواد محلول یا معلق در آب بیش از حد افزایش پیدا کند، احتمال انتقال قطرات آب و برخی مواد محلول همراه بخار افزایش می‌یابد.
این پدیده که به‌طور کلی با Carryover شناخته می‌شود، می‌تواند کیفیت بخار را کاهش داده و برای تجهیزات پایین‌دست یا فرایندهایی که به بخار با خلوص مناسب نیاز دارند مشکل ایجاد کند.
بنابراین کنترل کیفیت آب دیگ بخار یکی از عوامل مؤثر بر تولید بخار با کیفیت مناسب است.
آب تغذیه چگونه آماده می‌شود؟
روش آماده‌سازی آب به کیفیت آب خام و شرایط سیستم بستگی دارد. بسته به نیاز ممکن است یک یا چند مرحله از فرایندهای زیر مورد استفاده قرار گیرد:
- فیلتراسیون
- حذف مواد معلق
- سختی‌گیری
- حذف برخی یون‌های محلول
- اسمز معکوس (RO)
- دمینرالیزاسیون
- هواگیری
- کنترل شیمیایی آب
انتخاب این تجهیزات باید بر اساس آنالیز آب، فشار کاری و مشخصات بویلر انجام شود. توضیح کامل روش‌های تصفیه و تجهیزات مورد استفاده در مقاله تصفیه آب دیگ بخار؛ روش‌ها و تجهیزات ارائه می‌شود.
کنترل و آزمایش آب تغذیه
کیفیت آب تغذیه یک وضعیت ثابت نیست و ممکن است با تغییر منبع آب، میزان برگشت کندانس، شرایط بهره‌برداری و عملکرد تجهیزات تصفیه تغییر کند.
به همین دلیل، آزمایش و کنترل دوره‌ای آب اهمیت زیادی دارد. بسته به شرایط سیستم، پارامترهایی مانند سختی، pH، هدایت الکتریکی، TDS، قلیائیت، سیلیس، اکسیژن محلول و برخی ترکیبات دیگر ممکن است مورد بررسی قرار گیرند.
نتایج این آزمایش‌ها برای تنظیم تصفیه آب، دوزینگ مواد شیمیایی و بلودان مورد استفاده قرار می‌گیرند.
جمع‌بندی
آب تغذیه یکی از مهم‌ترین عوامل مؤثر بر عملکرد و عمر دیگ بخار است. آب مناسب باید متناسب با شرایط کاری بویلر از نظر سختی، مواد جامد محلول، سیلیس، مواد معلق، گازهای محلول، pH و سایر پارامترهای مؤثر کنترل شود.
هدف از کنترل کیفیت آب، فقط جلوگیری از تشکیل رسوب نیست؛ بلکه باید به‌طور همزمان از خوردگی، افزایش غلظت املاح، کاهش انتقال حرارت و افت کیفیت بخار جلوگیری شود.
از آنجا که شرایط مورد نیاز برای همه دیگ‌های بخار یکسان نیست، انتخاب مشخصات آب و روش تصفیه باید بر اساس نوع و فشار دیگ، کیفیت آب خام، میزان برگشت کندانس، کاربرد بخار و الزامات سازنده یا استاندارد مربوط انجام شود.
در نتیجه، آب تغذیه مناسب بخشی از یک برنامه جامع تصفیه، آزمایش، عمل‌آوری و کنترل آب دیگ بخار است.
