اکسیژن زدایی آب دیگ بخار | اکسیژن زداهای شیمیایی

چکیده: اکسیژن محلول در آب موجب ایجاد خوردگی در دیگ های بخار و سامانه های حرارتی می گردد. بهترین راه برای کاهش این نوع خوردگی، اکسیژن زدایی آب دیگ بخار می باشد.اکسیژن زدایی به چهار صورت امکان پذیر است:

الف:هوازداهای مکانیکی

ب: حرارتی

ج: موادشیمیایی

د: ترکیبی از روش های بالا

پیشگفتار:

اکسیژن محلول در آب موجب خوردگی حفره ای (PITTING) قبل از دیگ بخار، در دیگ بخار و بعد از دیگ بخار می شود. شکل این خوردگی در روی فلز همانند خوردگی عمومی(GENERALCORROSION) ولی از تجمع و عمق بیشتری در مناطقی از سطح فلز برخوردار می باشد.

خوردگی حفره ای در قبل از دیگ بخار به دلیل وجود اکسیژن محلول در آب ورودی به دیگ بخار بوجود می آید. به محض ورود آب به دیگ بخار، اکسیژن که در دمای بالاتری قرار گرفته به سرعت آزاد می گردد و باعث ایجاد خوردگی در بالای سطح آب دیگ بخار و همچنین محل ورود آب به دیگ بخار می شود.

در دیگ های بخار در حال کار عملاً در قسمت هایی از دیگ که زیر سطح آب قرار دارند خوردگی مشاهده نمی شود
در حالی که اکسیژن آزاد شده همراه بخار خود را به قسمت های بعد از دیگ بخار رسانده، موجب ایجاد خوردگی حفره ای در این قسمت ها نیز می شود.

 

روش های کاهش اکسیژن محلول در آب جبرانی (MEAK UP)

1-هوازداهای مکانیکی

در این روش سه هدف زیر بدست می آید:

الف: حذف یا کاهش گازهای غیر قابل تراکم مانند اکسیژن و آمونیاک

ب: افزایش دمای آب خوراک دیگ بخار

ج: انبارکردن آب خوراک دیگ بخار

یک هوازدای مکانیکی خوب معمولاً می تواند مقدار اکسیژن محلول در آب را به کمتر از 0.007ppm (7ppb) برساند.

با اضافه کردن یک اکسیژن زدای شیمیایی مناسب به انباره این نوع هوازداهای مکانیکی می توان مقدار باقیمانده اکسیژن را نیز حذف نمود.

 

2-هوازداهای حرارتی THERMAL DEAREATION

مبنای عملکرد این نوع هوازداها بر اساس کاهش حلالیت در آب در اثر افزایش دما است. در صورت عدم امکان استفاده از هوازداهای مکانیکی، حرارت دادن آب خوراک تا 90 درجه سانتیگراد توصیه می شود.

 

3- هوازداهای شیمیایی SCAVENGING

هرچند هوازداهای مکانیکی و حرارتی بطور قابل ملاحظه ای باعث اکسیژن زدایی آب دیگ بخار می شوند اما باقیمانده اکسیژن محلول در آب باید توسط مواد شیمیایی از بین رود.

از معمول ترین هوازداهای شیمیایی در عملیات می توان سولفیت سدیم، هیدرازینو DEHA رانام برد.

در بررسی مواد اکسیژن زدای شیمیایی موارد زیر را مورد توجه قرارمی دهیم.

• الف- واکنش با اکسیژن
• ب- غیرفعال نمودن سطح فلز
• ج- تجزیه شیمیایی DECOMPOSITION در اثر فشار و حرارت
• د- فرایت یا نرخ پراکندگی DISTIBUTIONRATE
• ر- جامدات محلول در آب
• ز-محیط زیست و سمی بودن
• ه- قیمت تمام شده برای مصرف کننده

سولفیت سدیم:

اولین روش اکسیژن زدایی آب دیگ بخار که در دیگ های بخار کشتی ها مورد استفاده قرار گرفته است و دارای مکانیزم حذف اکسیژن بصورت زیر است:

Na2SO3+O2+HEAT—–2Na2SO4

واکنش فوق با افزایش دما و PH و وجود کاتالیزور تسریع می شود.

سولفیت سدیم هیچگونه خاصیت غیرفعال کردن سطح فلز از خود نشان نمی دهد. سولفیت سدیم و سولفات سدیم در آب دیگ بخار باقیمانده و موجب افزایش مقدار جامدات محلول در آب TDS می شوند.

در حقیقت با افزایش TDS ضریب غلظت دیگ بخار در سطح پایین تری قرار گرفته، نیاز به آب جبرانی بیشتر، زیر آب بالاتر و اتلاف انرژی بیشتری خواهد بود. TDS بیشتر نیز احتمال CARRY OVER در دیگ بخار را افزایش خواهد داد.

سولفیت سدیم از خوردگی در مسیر آب ورودی تا دیگ بخار و داخل دیگ جلوگیری می کند ولی تاثیری بر روی قسمت های بعد از دیگ بخار ندارد.

سولفیت سدیم در صورت تجزیه به گوگرد و دی اکسید گوگرد SO2 تبدیل می شود. با حل شدن دی اکسید گوگرد در آب ،اسید سولفوریک حاصل می شود که موجب خوردگی می شود.

سولفیت سدیم به دلیل عدم فراریت توانایی جلوگیری و یا کاهش خوردگی در قسمت های بعد از دیگ بخار را ندارد.

 

سمیت سولفید سدیم:

Mouse LD50-Route Oral Dose820 mg/Kg

این ماده از سمیت بالایی برخودار نمی باشد و از آنجا که فرار نیست غالباً در فاز بخار یا کندانس وجود ندارد و قابل استفاده در تولید بخار مصرفی صنایع نساجی و غذایی می باشد.

مقدار مصرف عملی سولفیت سدیم 98% به میزان 8 قسمت سولفیت سدیم به ازای هر قسمت اکسیژن می باشد، با این حال برای دیگ های فشار پایین تر از 600 psig مقدار باقیمانده سولفیت سدیم بر مبنای SO3 در آب دیگ باید در محدوده 30ppm الی 50ppm حفظ گردد.

سولفیت سدیم معمولاً در دیگ های بخار با فشار کمتر از 900 PSI (ترجیحاً زیر 600 PSI) کاربرد دارد.

 

هیدرازین

در دهه 1950 برای حذف اکسیژن به بازار عرضه شد و از دهه 60 به عنوان یک اکسیژن زدای موفق برای فشارهای بالا مورد استفاده قرارگرفت. عوامل موثر بر واکنش یکی افزایش دما”PH آب و حضور کاتالیزور می باشد.

H2O+N2——N2H4+O2

هیدرازین یک غیرفعال کننده عالی برای سطح فلز می باشد،به این معنی که به ایجاد Fe3O4 (مگنتیت) با ساختمان کریستالی چسبنده و متراکم بر روی سطح فلز می گردد. این ماده بعنوان یک مانع بین آب و سطح فلز عمل می کند و خطر خوردگی را کاهش می دهد.

N2H4+6Fe2O3 —4Fe3O4+2H2O+N2

هیدرازین در صورت تجزیه شدن در اثر فشار یا حرارت به آمونیاک و ازت تبدیل می شود:

3N2H4+HEAT—4NH3+N2

توجه به این نکته اهمیت دارد که آمونیاک در حضور اکسیژن می تواند قطعات مسی و آلیاژهای آنها را که در مسیر آب خوراک دیگ یا کندانس هستند مورد حمله قرار دهد ولی کمی هیدرازین باقیمانده درسیستم باعث جلوگیری از این امر می شود.

نرخ پراکندگی (نسبت مقدارموجود در فاز بخار به فاز مایع) 8%است، بعبارتی به ازای هر 1ppm هیدرازین موجود در فاز مایع مقدار 0.08ppm هیدرازین در فاز مایع وجود دارد.

از اینجا می توان نتیجه گرفت که امکان وجود هیدرازن در فواصل دور بعد از دیگ بخار وجود ندارد در صورتی که آمونیاک به دلیل ضریب پراکندگی 10 امکان وجود در فواصل بعد از دیگ را خواهد داشت .هیدرازین TDS آب دیگ را افزایش نمی دهد.

سمیت:

RAT LD50 for N2H4 60% DERMAL Dose 361 mg/Kg for male rabbits

بر طبق اعلام رسمی ARC(INTERNATIONAL AGENCY NPT (NATIONAL TOXIOLOGY PROGRAM) معمولاً هیدرازین در دیگ های با فشار 900PSI به بالا استفاده می شود، مقدار هیدرازین (بر مبنای هیدرازین هیدرات 100%) 1.56 قسمت به ازای هر قسمت اکسیژن می باشد.

DEHA (DiethylHydroxyAmine) :

این ماده در سال 1981 برای استفاده در دیگ بخار به بازار عرضه شد.

C2H5)2 NOH+9O2——-8 CH3COOH+2N2 +6H2O

چنانچه هیدروکسید سدیم در آب دیگ وجود داشته باشد، اسید استیک تشکیل شده خنثی و به صورت استات سدیم توسط زیر آب خارج می شود.

واکنش DEHA با اکسیژن با افزایش دما، PH و حضور کاتالیزور نسبت مستقیم دارد. DEHA در فشار حدود 21 بار شروع به تجزیه شدن می کند.

در اثر تجزیه DEHA دو تا دی الکیل آمین به صورت الف: دی اتیل آمین ب: اتیل متیل آمین و همچنین آمونیاک تشکیل می گردد که این محصولات حاصل از تجزیه، باعث افزایش PH در فاز کندانس گردیده و مقدار مصرف مرفولین را به طور جزئی کاهش می دهند.

 

DEHA

مانند دیگر آمین ها فرار بوده و دارای نرخ پراکندگی 1,26 است، لذا همراه فاز بخار به مراحل بعد از دیگ رفته و موجب ممانعت از خوردگی اکسیژن محلول می شود. نرخ پراکندگی 6 برابر DEHA نسبت به هیدرازین باعث غیر فعال شدن بهتر مناطق بعد از دیگ بخار توسط آن می شود.

به دلیل فراریت بالای DEHA، ضرورت Vent خوب در هوازداهای مکانیکی و حرارتی جهت گازهای غیرقابل کندانس (Non-condensablegas) نظیر آمونیاک، آمین ها و اکسیژن لزوم پیدا می کند. DEHA ،TDS آب بویلر را افزایش نخواهد داد.

 

سمیت DEHA:

Dermal LD50-1300 mg/kg for Rabbits

DEHA معمولاً با غلظت 85% ارائه می گردد مقدار عملی آن در دیگ های بخار حدود 3 الی 3.3 قسمت به ازای هر قسمت اکسیژن می باشد.

DEHA به عنوان جانشین فنی مناسب برای اکسیژن زدایی آب دیگ بخار سولفیت سدیم تا فشار های 1100PSI توصیه می شود. روش ها پیشنهادی جهت ارزیابی بازدهی هوازداها جهت کم کردن مصرف مواد شیمیایی همواره باید از بازدهی خوب هوازداها اطمینان حاصل کرد.

قبل از ارزیابی حتماً از کالیبره بودن و دقت ابزار اندازه گیری دما و فشار اطمینان حاصل کنید.

1- اختلاف دمای فاز آب و فاز بخار در هوازدا حداکثر یک درجه سانتیگراد باشد.

2- به عنوان یک تخمین سرانگشتی خوب، دمای اشباع در محدوده 0 تا 10 PSi (معادل 0 تا 0.7 بار) به ازای هر PSI افزایش فشار تا 1,6 درجه سانتگراد افزایش می یابد. بطور مثال یک هوازدا با 0,2 بار فشار عملیات دمایی در حدود 105 درجه سانتیگراد خواهد داشت.

(3 PSIg* 1.6 c) + 100 = 105 c

3- روش دیگر استفاده از جدول فشار بخار جهت تطبیق دمای اشباع در فشار عملیاتی می باشد.

 

نظر نویسنده این مقاله در رابطه با روش های اکسیژن زدایی آب دیگ بخار

در حال حاضر مواد شیمیایی مورد استفاده جهت بویلرها (دیگ های بخار) و سیستم های حرارتی و برودتی هیدرازین جهت حذف اكسیژن و تری سدیم فسفات و هگزا متافسفات به عنوان ماده ممانعت كننده های رسوب فعلا”استفاده می گردد.

مدیران محترم را به موارد زیر معطوف میداریم كه در حال حاضر هیدرازین یك ماده سرطان زا بوده و استفاده آن ممنوع است و از طرفی قیمت بالایی برخوردار می باشد و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست.

به جای آن برای اکسیژن زدایی آب دیگ بخار از آنتی اكسیژن كاتالیز شده كه بر پایه سولفیت سدیم فرموله شده می توان استفاده نمود.

تنها مشكل سدیم سولفیت ایجاد TDS كه مشكل TDS با كم كردن دوز آن به میزان ppm 0.2-0.5- حل خواهد شد و تا 900 psi تجزیه نمی گردد از طرفی به جای تری سدیم فسفات و هگزا متافسفات از آنتی اسكیل DMPH می توان استفاده كرد.

كه ماده فوق بر پایه اسید فسفونیك های آلی و معدنی كه دارای تمام خواص پلی فسفات ها و استرهای فسفات و پلیمرها و عوامل كیت ساز می باشد كه یك كنترل كننده رسوب عمل كرده و باعث كنترل خوردگی و ممانعت از رسوبات آهن و پاشیدگی جامدات می گردد.

علاوه بر آن با كنترل رسوب و نرم كردن آب و تغییر شكل رسوبات در آب دیگ بخار و حتی حل رسوبات قبلی و با تشكیل كمپلكس به صورت تركیبات غیر چسبنده از بلودان خارج می گردد

و ماده فوق از ساختمان مولكولی خاصی ساخته شده كه پس از تخلیه به فاضلاب توسط باكتری ها تجزیه و مورد استفاده گیاه قرار گرفته و باعث رشد گیاهان می گردد و در بالای 900psi مقاومت داشته در صورت تجزیه احتمالی در فشارهای بالا 900psi به تركیبات موثر جهت تاسیسات می گردند و از طریق اسپكترو فتومتری مقدار آن را بایست اندازه گیری نمود.

 

سایر مواد اکسیژن زدایی آب دیگ بخار که کاملا توصیه می شوند

1- پودرDMPH 236

رنگ : سفید بی بو

اندازه: 0 تا 8 میلی متر

PH محلول 5% 7/8 -3/8

موارد مصرف : برای جلوگیری از ایجاد رسوب و خوردگی در بویلر (دیگ های بخار و حرارتی و برودتی)

2- مایع DMPH

خصوصیات

DMPH به پیوست می باشد.

3- سولفیت سدیم كاتالیز شده

رنگ: سفید

PH محلول یك درصد 5/10-30/9

حلالیت در حرارت معمولی

^{Cه25) 200 گرم در لیتر}

مورد مصرف حذف اكسیژن محلول در آب در كوتاهترین زمان

4- DMN نیترولایزر (خنثی كننده)

آمین فرار بر پایه سیكلوهگزیل آمین ها

رنگ: قهوه ای مایل به سبز

حلالیت : كاملا”محلول در آب

PHمحلول 1% 13-11

نوع مصرف : بالا بردن

PH آب كندانس به میزان 9-5/8 یا خنثی سازی آب مقطر برگشتی

D_HD (آنتی اكسیژن)

اکسیژن زدایی آب دیگ بخار بالای 900 Psi

1-سرعت واكنش با اكسیژن حدود 100 برابر بیش از هیدرازین

2-غیر سمی مورد استفاده در صنایع غذایی

3-بدون ایجادTDS در بویلرها

4-بر اثر تجزیه تبدیل به تركیبات باز دارنده در آب مقطر برگشتی می شود.

تعریف واژه ها

LD50 :مقداری از ماده شیمیایی که چنانچه گونه مشخصی از حیوانات در معرض آن برای مدت زمان معین قرار گیرند 50% تعداد آن گونه حیوانی کشته شوند.

به طور مثال در مورد سولفیت سدیم در صورتیکه 100 موش صحرائی از طریق دهان هر یک به ازای هرکیلوگرم وزن خود 820 میلی گرم سولفیت سدیم را جذب نمایند از این تعداد 50 موش از بین خواهند رفت.

Carry Over : سر رفتن (ذرات آب داخل درام به دلیل عدم کنترل مناسب وارد بخار تولید می شوند و به همراه خود جامدات را از طریق فاز بخار به مراحل بعدی انتقال می دهند.)

Non condensable gas : گازهایی که مایع نمی شوند در حالی که بخار آب در شرایط مشابه مایع می شود.

Pitting : خوردگی در روی سطح فلز که بصورت نقطه یاحفره خود را ظاهر می کند و نمونه ای از خوردگی موضعی است.

General corrosion : خوردگی که با سرعت یکسان روی فلز اتفاق می افتد.