تشکیل رسوب در دیگ بخار یکی از مشکلات مهم در بهره‌برداری از بویلر است که می‌تواند باعث کاهش انتقال حرارت، افزایش مصرف سوخت، افزایش دمای فلز لوله‌ها و در شرایط شدید، آسیب یا پارگی لوله‌ها شود. به همین دلیل کنترل رسوب باید از مرحله تصفیه و آماده‌سازی آب تغذیه آغاز شود و در حین بهره‌برداری نیز با کنترل شیمیایی آب، تخلیه مناسب و پایش وضعیت دیگ ادامه پیدا کند.
کنترل تشکیل رسوب معمولاً بر پایه چند روش انجام می‌شود:
- کاهش سختی و حذف مواد رسوب‌زا از آب تغذیه
- کنترل کیفیت آب دیگ
- استفاده صحیح از مواد شیمیایی
- جلوگیری از ورود آلودگی و روغن به دیگ
- کنترل غلظت املاح و انجام بلودان
- پایش منظم وضعیت آب و رسوبات
هیچ‌یک از این روش‌ها به‌تنهایی برای همه دیگ‌ها مناسب نیست و روش مورد استفاده باید متناسب با نوع بویلر، فشار کاری، کیفیت آب ورودی، میزان برگشت کندانس، نوع مصرف بخار و برنامه تصفیه آب انتخاب شود.
۱. پیشگیری از تشکیل رسوب با تصفیه آب
مؤثرترین روش کنترل رسوب، جلوگیری از ورود مواد رسوب‌زا به دیگ است. آب طبیعی معمولاً حاوی یون‌های کلسیم و منیزیم، سیلیس، مواد معلق و سایر املاح است که در اثر افزایش دما و تغلیظ آب در دیگ می‌توانند به تشکیل رسوب منجر شوند.
به همین دلیل آب تغذیه قبل از ورود به بویلر باید متناسب با شرایط کار، تصفیه و آماده‌سازی شود.
از مهم‌ترین روش‌های آماده‌سازی آب می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- سختی‌گیری
- فیلتراسیون
- اسمز معکوس
- دمینرالیزاسیون در موارد مورد نیاز
- کنترل و حذف اکسیژن محلول
- کنترل مواد معلق و آلودگی‌های ورودی
انتخاب روش تصفیه به کیفیت آب خام و شرایط کاری دیگ بستگی دارد.
۲. کنترل شرایط آب داخل دیگ
حتی اگر آب تغذیه به‌خوبی تصفیه شده باشد، باز هم مقداری از املاح وارد دیگ می‌شود. با تبخیر آب، مواد محلول در بخش باقی‌مانده آب متمرکز می‌شوند و در صورت افزایش بیش از حد غلظت، احتمال تشکیل رسوب و سایر مشکلات افزایش پیدا می‌کند.
به همین دلیل پارامترهایی مانند سختی، قلیائیت، هدایت الکتریکی، TDS، سیلیس و در صورت نیاز فسفات و سایر شاخص‌های شیمیایی باید متناسب با برنامه تصفیه و فشار کاری دیگ کنترل شوند.
مقادیر مجاز این پارامترها یک عدد ثابت برای تمام بویلرها نیست و باید بر اساس مشخصات سازنده، استاندارد مورد استفاده و برنامه شیمیایی سیستم تعیین شود.
۳. استفاده از مواد شیمیایی ضد رسوب
در بسیاری از سیستم‌های بخار، علاوه بر تصفیه خارجی آب، از مواد شیمیایی برای کنترل مواد رسوب‌زا در داخل دیگ استفاده می‌شود.
مواد شیمیایی مورد استفاده می‌توانند با مکانیزم‌های مختلف عمل کنند. بعضی از آنها باعث تبدیل مواد رسوب‌زا به رسوبات نرم و غیرچسبنده می‌شوند، برخی از رشد بلورهای رسوب جلوگیری می‌کنند و بعضی مواد نیز با نگه‌داشتن یون‌های خاص در حالت محلول، احتمال تشکیل رسوب سخت را کاهش می‌دهند.
انتخاب ماده شیمیایی باید بر اساس آنالیز آب، نوع رسوب، فشار و شرایط کاری دیگ انجام شود.
۳-۱. فسفات‌ها
برنامه‌های فسفاتی از روش‌های شناخته‌شده کنترل رسوب در دیگ‌های بخار هستند. فسفات می‌تواند با یون‌های سختی، به‌ویژه کلسیم، واکنش داده و شرایط را برای تشکیل رسوبات نرم‌تر و قابل کنترل‌تر فراهم کند.
این رسوبات در صورت اجرای صحیح برنامه تصفیه می‌توانند همراه با بلودان از سیستم خارج شوند.
مقدار ماده شیمیایی مورد نیاز باید بر اساس برنامه تصفیه و نتایج آزمایش آب تعیین شود و افزایش بی‌رویه فسفات نیز مطلوب نیست.
۳-۲. پلیمرها و مواد پلیمری
برخی پلیمرها برای جلوگیری از رشد و چسبیدن بلورهای رسوب استفاده می‌شوند.
این مواد می‌توانند روی ذرات و بلورهای در حال تشکیل اثر گذاشته و از رشد آنها و تبدیل‌شدن به رسوب سخت و چسبنده جلوگیری کنند. در برخی برنامه‌های تصفیه، پلیمرها همراه با فسفات‌ها یا سایر مواد شیمیایی استفاده می‌شوند.
عملکرد پلیمر به نوع آن، کیفیت آب، دما، فشار و ترکیب مواد موجود در آب بستگی دارد.
۳-۳. فسفونات‌ها
فسفونات‌ها نیز در برخی برنامه‌های کنترل رسوب به‌عنوان مواد کنترل‌کننده تشکیل بلور و رسوب استفاده می‌شوند.
این مواد می‌توانند حتی در غلظت‌های نسبتاً کم، روی فرآیند تشکیل و رشد برخی رسوبات اثر بگذارند. استفاده از فسفونات‌ها باید بخشی از یک برنامه مشخص تصفیه آب باشد و مقدار مصرف آن بر اساس شرایط واقعی سیستم تعیین شود.
۳-۴. مواد کی‌لیت‌کننده و کمپلکس‌کننده
مواد کی‌لیت‌کننده می‌توانند برخی یون‌های فلزی مانند کلسیم و منیزیم را به صورت کمپلکس درآورند و از تشکیل رسوب آنها جلوگیری کنند.
موادی مانند EDTA و NTA از مواد شناخته‌شده در این گروه هستند، اما استفاده از آنها در بویلر نیازمند کنترل دقیق است. انتخاب نامناسب ماده، غلظت بیش از حد یا تزریق مستقیم و موضعی می‌تواند به خوردگی یا مشکلات دیگر منجر شود.
به همین دلیل استفاده از مواد کی‌لیت‌کننده باید بر اساس طراحی سیستم و برنامه شیمیایی مشخص انجام شود و نمی‌توان آن را به‌عنوان یک روش عمومی برای تمام دیگ‌های بخار توصیه کرد.
۴. روش‌های ترکیبی کنترل رسوب
در بسیاری از بویلرها، کنترل رسوب با یک ماده شیمیایی انجام نمی‌شود و از ترکیبی از مواد استفاده می‌شود.
برای مثال ممکن است یک برنامه شامل ترکیبی از:
- فسفات
- پلیمر
- فسفونات
- مواد کنترل‌کننده قلیائیت
- مواد اکسیژن‌زدا
باشد.
هدف از این ترکیب آن است که هر ماده بخشی از فرآیند کنترل شیمیایی را بر عهده بگیرد.
با این حال ترکیب چند ماده شیمیایی باید بر اساس سازگاری آنها و شرایط واقعی سیستم انجام شود. تزریق هم‌زمان یا نامناسب مواد شیمیایی می‌تواند باعث واکنش موضعی، افزایش غلظت در محل تزریق یا ایجاد مشکلات خوردگی شود.
۵. کنترل بلودان برای جلوگیری از افزایش غلظت املاح
بلودان یکی از روش‌های مهم کنترل غلظت مواد محلول در آب دیگ است.
با خروج کنترل‌شده بخشی از آب دیگ، بخشی از املاح و مواد تجمع‌یافته نیز از سیستم خارج می‌شوند. اگر بلودان کمتر از مقدار مورد نیاز باشد، غلظت املاح افزایش یافته و احتمال تشکیل رسوب و Carryover بیشتر می‌شود.
از طرف دیگر، بلودان بیش از حد نیز باعث هدررفت آب، مواد شیمیایی و انرژی حرارتی خواهد شد.
بنابراین مقدار بلودان باید بر اساس کیفیت آب تغذیه، شرایط بهره‌برداری و حدود شیمیایی تعیین‌شده برای بویلر تنظیم شود.
برای آشنایی بیشتر با این موضوع، مقاله TDS، غلظت املاح و بلودان دیگ بخار به‌صورت تخصصی به این بخش می‌پردازد.
۶. جلوگیری از ورود روغن و آلودگی به دیگ
وجود روغن در آب دیگ فقط یک آلودگی ساده نیست. روغن می‌تواند روی سطوح انتقال حرارت لایه‌ای ایجاد کند و مانند یک عایق حرارتی عمل کند.
در نتیجه انتقال حرارت کاهش یافته و دمای فلز افزایش پیدا می‌کند. ادامه این وضعیت می‌تواند به گرم‌شدن بیش از حد سطوح حرارتی و آسیب به لوله‌ها منجر شود.
بنابراین در سیستم‌هایی که احتمال ورود روغن از فرآیند، کندانس برگشتی یا تجهیزات وجود دارد، باید مسیر ورود آلودگی شناسایی و کنترل شود.
اگر آلودگی روغنی وارد دیگ شده باشد، روش پاک‌سازی باید متناسب با میزان آلودگی و طراحی بویلر انتخاب شود و صرفاً با افزایش مواد شیمیایی تصفیه آب نمی‌توان مشکل را برطرف کرد.
۷. کنترل مواد آلی و جلوگیری از تشکیل رسوبات چسبنده
مواد آلی نیز می‌توانند در برنامه‌های کنترل رسوب نقش داشته باشند. بعضی مواد آلی و مشتقات آنها می‌توانند روی سطح ذرات و بلورهای در حال تشکیل جذب شوند و مانع رشد و چسبیدن آنها شوند.
در برخی برنامه‌های قدیمی و تخصصی از ترکیباتی مانند تانن‌ها، لیگنین، مشتقات گلوکز و نشاسته استفاده شده است. امروزه انتخاب این مواد باید بر اساس شرایط واقعی بویلر و برنامه تصفیه انجام شود.
هدف از استفاده از چنین ترکیباتی، در صورت مناسب بودن برای سیستم، تشکیل ذرات نرم‌تر و غیرچسبنده‌تر و تسهیل خروج آنها از طریق بلودان است.
۸. جلوگیری از رشد بلورهای رسوب
تشکیل رسوب یک فرآیند لحظه‌ای نیست. ابتدا مواد رسوب‌زا به حالت فوق‌اشباع می‌رسند، سپس هسته‌های بلوری تشکیل شده و با ادامه شرایط مناسب، بلورها رشد می‌کنند و به سطح فلز می‌چسبند.
مواد پلیمری و برخی مواد کنترل‌کننده رسوب می‌توانند با اختلال در رشد بلور، از تشکیل رسوبات سخت و متراکم جلوگیری کنند.
این روش با «حذف سختی از آب» تفاوت دارد. در سختی‌گیری، هدف کاهش یون‌های سختی قبل از ورود آب به دیگ است، در حالی که مواد کنترل‌کننده رسوب برای مدیریت مواد باقی‌مانده در سیستم به کار می‌روند.
۹. کنترل رسوب با روش Threshold
در بعضی برنامه‌های شیمیایی، از مقدار بسیار کمی از یک ماده برای جلوگیری از تشکیل یا رشد بلورهای رسوب استفاده می‌شود. این روش که با عنوان Threshold Treatment شناخته می‌شود، بر این اساس است که مقدار کمی از ماده بتواند فرآیند تشکیل بلور را مختل کند.
فسفونات‌ها و بعضی پلیمرها می‌توانند در چنین برنامه‌هایی کاربرد داشته باشند.
البته موفقیت این روش به نوع رسوب، کیفیت آب و شرایط کاری بستگی دارد و نمی‌توان یک ماده یا مقدار مصرف مشخص را برای همه سیستم‌ها یکسان در نظر گرفت.
۱۰. Boiling Out یا شستشوی قلیایی اولیه
در دیگ‌های جدید یا دیگ‌هایی که تعمیر اساسی شده‌اند، ممکن است در اثر عملیات ساخت، روغن‌کاری، گریس، مواد محافظ، گردوغبار و آلودگی‌های ناشی از ساخت و نصب، سطح داخلی تجهیزات آلوده باشد.
برای حذف این نوع آلودگی‌ها ممکن است از فرآیندی به نام Boiling Out یا شستشوی قلیایی اولیه استفاده شود.
هدف Boiling Out، حذف آلودگی‌های روغنی و مواد باقی‌مانده از فرآیند ساخت و تعمیر است و نباید آن را با اسیدشویی یا رسوب‌زدایی معدنی یکسان دانست.
رسوبات سخت معدنی که در اثر کارکرد بویلر تشکیل شده‌اند، معمولاً به روش و مواد شیمیایی متفاوتی برای پاک‌سازی نیاز دارند.
فرمول مواد و شرایط اجرای Boiling Out باید بر اساس دستورالعمل سازنده دیگ و روش تأییدشده برای همان بویلر تعیین شود؛ زیرا نوع مواد، غلظت، دما، زمان و نحوه گردش محلول می‌تواند با توجه به طراحی و شرایط دیگ متفاوت باشد.
۱۱. پایش مداوم برای جلوگیری از تشکیل رسوب
کنترل رسوب فقط با تزریق مواد شیمیایی انجام نمی‌شود. یکی از مهم‌ترین بخش‌های برنامه کنترل، اندازه‌گیری و ثبت منظم پارامترهای آب است.
مواردی که بسته به نوع سیستم باید پایش شوند شامل موارد زیر هستند:
- سختی آب ورودی
- pH
- هدایت الکتریکی
- TDS
- قلیائیت
- سیلیس
- فسفات یا سایر مواد مورد استفاده در برنامه شیمیایی
- وضعیت بلودان
- کیفیت کندانس برگشتی
- وجود روغن و آلودگی در آب
نتایج آزمایش‌ها باید در طول زمان بررسی شوند تا تغییرات غیرعادی در کیفیت آب یا عملکرد سیستم مشخص شود.
۱۲. اگر رسوب تشکیل شده باشد چه باید کرد؟
کنترل تشکیل رسوب با رسوب‌زدایی تفاوت دارد.
اگر رسوب قبلاً تشکیل شده باشد، افزایش دوز مواد شیمیایی یا تغییر برنامه تصفیه لزوماً آن را از سطح لوله‌ها جدا نمی‌کند. ابتدا باید نوع و میزان رسوب مشخص شود و سپس بر اساس شرایط دیگ، روش مناسب پاک‌سازی انتخاب شود.
برای رسوبات سبک ممکن است اصلاح برنامه تصفیه و بهره‌برداری کافی باشد، اما رسوبات سخت و قدیمی ممکن است به پاک‌سازی مکانیکی یا شیمیایی نیاز داشته باشند.
تشخیص روش مناسب باید بر اساس نمونه‌برداری و بررسی رسوب انجام شود، نه صرفاً بر اساس مدت زمان کارکرد دیگ.
۱۳. نقش بهره‌برداری صحیح در کنترل رسوب
حتی بهترین سیستم تصفیه آب نیز در صورت بهره‌برداری نادرست نمی‌تواند از تشکیل رسوب جلوگیری کند.
مواردی مانند:
- تنظیم نبودن بلودان
- مصرف بیش از حد مواد شیمیایی
- کمبود مواد شیمیایی
- خرابی سختی‌گیر
- احیای نامناسب سختی‌گیر
- ورود آب خام به مدار
- برگشت کندانس آلوده
- ورود روغن
- بی‌توجهی به نتایج آزمایش آب
می‌توانند برنامه کنترل رسوب را مختل کنند.
بنابراین کنترل رسوب باید به‌عنوان یک فرآیند پیوسته شامل تصفیه آب، کنترل شیمیایی، بلودان، پایش و نگهداری در نظر گرفته شود.
جمع‌بندی
رسوب‌گیری در دیگ بخار نتیجه ورود و تغلیظ مواد رسوب‌زا در شرایط دمایی و فشاری بویلر است. مؤثرترین راه کنترل آن، جلوگیری از ورود مواد رسوب‌زا از طریق تصفیه مناسب آب و سپس کنترل شرایط شیمیایی آب داخل دیگ است.
استفاده از فسفات‌ها، پلیمرها، فسفونات‌ها و در شرایط خاص مواد کمپلکس‌کننده می‌تواند بخشی از برنامه کنترل رسوب باشد، اما انتخاب و مقدار مصرف این مواد باید بر اساس شرایط واقعی سیستم انجام شود.
همچنین کنترل TDS و بلودان، جلوگیری از ورود روغن و آلودگی، پایش مداوم آب و رسیدگی به مشکلات سختی‌گیر از عوامل مهم در جلوگیری از تشکیل رسوب هستند.
در صورتی که رسوب قبلاً تشکیل شده باشد، موضوع از «کنترل تشکیل رسوب» وارد مرحله «تشخیص و رسوب‌زدایی» می‌شود و باید روش پاک‌سازی متناسب با نوع رسوب و وضعیت بویلر انتخاب شود.
