دی اریتور یکی از تجهیزات مهم در سیستمهای تولید بخار است که وظیفه حذف اکسیژن، دیاکسید کربن و سایر گازهای محلول آب تغذیه دیگ بخار را بر عهده دارد. وجود این گازها در آب میتواند باعث خوردگی شدید دیگ بخار، خطوط انتقال بخار و تجهیزات جانبی شود. به همین دلیل استفاده از دی اریتور در بسیاری از واحدهای صنعتی، نیروگاهها، صنایع غذایی، نساجی و پتروشیمی ضروری است.
دستگاه دی اریتور جهت جدا کردن هوا از آب ورودی به دیگ بخار مورد استفاده قرار میگیرد و دمای آب ورودی به دیگ بخار را در محدوده موردنظر ثابت نگه میدارد که باعث افزایش راندمان دیگ بخار خواهد شد.
چرا هوازدایی آب دیگ بخار اهمیت دارد؟
وجود اکسیژن به صورت محلول در آب تغذیه دیگ بخار خسارتهای زیادی به بویلر وارد میکند. اغلب این خسارتها به دلیل آن است که اکسیژن موجود در آب به دیواره فلزی لولهها و پمپها، بدنه دیگهای بخار و خطوط برگشت بخار مایعشده میچسبد و با ایجاد شرایط مناسب برای خوردگی، باعث آسیب به تجهیزات میشود.
اگر دیاکسید کربن حلشده در آب نیز با آن ترکیب شود، اسید کربنیک تولید میکند که باعث ایجاد خوردگی بیشتر میشود. با افزایش دیاکسید کربن در آب ورودی به دیگ بخار، pH آب تا حد زیادی کاهش پیدا میکند و در نهایت محیط شرایط اسیدی پیدا کرده و خوردگی به مرور رخ خواهد داد.
سطح پایین pH در آب تغذیه باعث حمله شدید اسیدی در کل سیستم دیگ بخار میشود. در حالی که میتوان با افزودن مواد شیمیایی، گازهای محلول و سطح pH پایین در آب تغذیه را کنترل کرد، حذف این گازها از نظر مکانیکی مقرونبهصرفهتر و کارآمدتر است.
یکی از اساسیترین نکات جهت تأمین مطلوب آب تغذیه دیگ بخار، هوازدایی یا تخلیه گازهای محلول در آب پیش از ورود به دیگ است. عموماً آب تغذیه دیگهای بخار مخلوطی از آب سختیگیریشده و کندانسهای قابل بازگشت از سیستم است.
کندانسهای برگشتی میتوانند حاوی گازهای محلول از قبیل اکسیژن (O₂) و دیاکسید کربن (CO₂) باشند. اکسیژن محلول در کندانس، پس از ورود به دیگ با انجام واکنشهای شیمیایی باعث ایجاد خوردگی و حفرههای متعدد در لولههای دیگ میشود.
افزایش میزان دیاکسید کربن نیز منجر به افزایش خاصیت اسیدی کندانس و خوردگی شدید در داخل دیگ و لولههای برگشت کندانس میشود.
در یک سیستم کوچک تولید بخار، جداسازی گازهای محلول میتواند با اضافه کردن ترکیبات شیمیایی به آب تغذیه انجام شود. با این حال استفاده از این روش در سیستمهای بزرگ و با ظرفیت تولید بخار بالا هزینههای زیادی به سیستم تحمیل میکند. بنابراین استفاده از دی اریتور در اینگونه سیستمها جهت هوازدایی و تخلیه گازهای محلول، مقرونبهصرفه و ضروری است.
دی اریتور چگونه کار می کند؟
عملکرد دی اریتور بر پایه کاهش حلالیت گازها در آب با افزایش دما و کاهش فشار جزئی گازها است. کاهش فشار را میتوان با قانون Henry توصیف کرد. بر اساس قانون هنری، با کاهش فشار جزئی گاز بالای محلول، حلالیت گاز در محلول کاهش مییابد.
اصل دوم، رابطه بین حلالیت گاز و دما است. با افزایش دمای محلول و نزدیک شدن به دمای اشباع، حلالیت گازها در آب کاهش مییابد.
دی اریتور (Deaerator) از هر دو این فرآیندها برای حذف اکسیژن محلول، دیاکسید کربن و سایر گازهای غیرقابل تقطیر از آب خوراک دیگ استفاده میکند. آب تغذیه در قالب قطرات یا لایههای نازک در فضای حاوی بخار پخش میشود. این کار سطح تماس آب و بخار را افزایش داده و باعث میشود آب سریعتر گرم شده و گازهای محلول از آن جدا شوند.
به طور معمول بخار و آب به صورت غیرهمجهت وارد برج هوازدا میشوند. قسمت اعظم بخار در اثر تبادل حرارت با آب مایع میشود. با کاهش حلالیت گازها در آب، گازهای خورنده به فاز بخار منتقل شده و به همراه بخشی از بخار ورودی از بالای برج هوازدا خارج میشوند.
پایین بودن فشار جزئی گازها در فاز بخار عامل دیگری برای انتقال گازها از مایع به بخار به شمار میآید. در برخی سیستمها انشعابی از بخار وارد لوله منفذداری در قسمت تحتانی منبع ذخیره میشود. بخار دمیدهشده در آب، گازهای محلول و دیاکسید کربن حاصل از تجزیه حرارتی بیکربناتها را به بیرون میراند.
واکنش تجزیه بیکربنات را میتوان به صورت زیر نشان داد:
2HCO₃⁻ → CO₃²⁻ + CO₂ + H₂O
هوازدا ممکن است در شرایط خلأ، اتمسفریک یا تحت فشار کار کند. روشهای تماس آب و بخار نیز میتواند به صورت پاششی (Spray)، سینیهای غربالی (Sieve Tray)، سینی فنجانکی (Bubble Tray) و بستر آکنده (Packed Bed) باشد.
دمای آب مخزن تغذیه تابع نوع هوازدا است و به طور معمول مقادیر زیر برای آن پیشنهاد میشود:
نوع خلأ: حدود 70 تا 90 درجه سانتیگراد
نوع اتمسفریک: حدود 100 درجه سانتیگراد
نوع تحت فشار: حدود 103 تا 104 درجه سانتیگراد
اساس کار دی اریتورها، افزایش دمای آب تغذیه دیگ به حدود 105 تا 110 درجه سانتیگراد در فشار حدود 1 تا 1.5 بار است. در این شرایط، خاصیت انحلالپذیری گازهای محلول در آب به میزان قابل توجهی کاهش مییابد.
افزایش دمای آب تغذیه در دی اریتور به واسطه بخار اشباع انجام میشود.
فشار بخار تزریقی جهت گرمسازی مخلوط آب سختیگیریشده و کندانسهای برگشتی تا دمای حدود 105 درجه سانتیگراد، در حدود 1 تا 2 بار توصیه میشود. با کاهش حلالیت گازها در آب، گازهای محلول از آب جدا شده و به سمت فضای خروجی دی اریتور جریان مییابند.
شرط لازم برای فراهمسازی بستری مناسب جهت انجام فرآیند جداسازی گازهای محلول، اسپری و پاشش هرچه بهتر آب تغذیه دیگ به داخل دی اریتور است. بنابراین با پاشش مناسب آب تغذیه در مجاورت بخار اشباع، میتوان بخش قابل توجهی از گازهای محلول در آب را جداسازی و تخلیه کرد.
مراحل کار دی اریتور
به طور کلی فرآیند کار دی اریتور شامل مراحل زیر است:
ورود آب تغذیه به دی اریتور
پاشش یا توزیع آب برای افزایش سطح تماس
پیشگرمایش آب توسط بخار
تماس آب و بخار و جدا شدن گازهای محلول
خروج اکسیژن، دیاکسید کربن و سایر گازهای غیرقابل تقطیر از مسیر ونت
ذخیره آب هوازداییشده در مخزن
انتقال آب به دیگ بخار توسط پمپ تغذیه
در صورت نیاز، برای حذف اکسیژن باقیمانده میتوان از مواد شیمیایی جاذب اکسیژن نیز به عنوان روش مکمل استفاده کرد.
هوازدایی با بخار
در روش مکانیکی، بخار اشباع وارد دی اریتور شده و ضمن انتقال حرارت به آب، باعث کاهش حلالیت گازهای محلول و خروج آنها از آب میشود.
حذف اکسیژن باقیمانده با مواد شیمیایی
برای حذف میزان اکسیژن باقیمانده در آب، در برخی سیستمها از مواد جاذب اکسیژن استفاده میشود. از جمله مواد مورد استفاده میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
هیدروکینون
کربوهیدرازین
هیدرازین (N₂H₄)
سولفیت سدیم (Na₂SO₃)
دیاتیل هیدروکسیل آمین (DEHA)
نیتریل تریاستیک اسید (NTA)
اتیلن دیآمین تترااستیک اسید (EDTA)
استفاده از این مواد به عنوان روش مکمل هوازدایی مکانیکی انجام میشود و میزان و نوع ماده مصرفی باید متناسب با شرایط آب و سیستم بخار تعیین شود.
کاربرد دی اریتور
به طور کلی میتوان گفت هوازدا دو کاربرد بسیار مهم دارد:
هوازدایی از آب ورودی به دیگ بخار
پیشگرم کردن آب ورودی به دیگ بخار
علاوه بر حذف گازهای محلول، یکی از کاربردهای مهم دی اریتور پیشگرمایش آب است که تأثیر زیادی بر کارایی و عملکرد دیگ بخار دارد.
ورود آب با دمای پایین به دیگ بخار میتواند باعث ایجاد شوک حرارتی شود. علاوه بر کاهش طول عمر دیگ بخار، ظرفیت بخاردهی دستگاه نیز با ورود آب با دمای پایین کاهش مییابد. برای رفع چنین مشکلاتی از دی اریتور جهت پیشگرمایش آب ورودی به دیگ بخار استفاده میشود.
به منظور جلوگیری از ایجاد شوک حرارتی در دیگهای بخار، افزایش درجه حرارت آب ورودی به دیگ تا محدوده نقطه جوش بسیار حائز اهمیت است. در دستگاه هوازدا علاوه بر حذف گازهای اکسیژن و دیاکسید کربن از آب، درجه حرارت آب نیز به نحو مطلوب افزایش مییابد.
وجود گازهای اکسیژن و دیاکسید کربن در آبهای تصفیهشده مورد مصرف در دیگهای بخار میتواند مشکلات زیر را ایجاد کند:
اکسیژن موجود در آب میتواند در سطح فلز باعث ایجاد حفرههای موضعی (Pitting) و خوردگی شود.
وجود گازهای اکسیژن و دیاکسید کربن علاوه بر ایجاد خوردگی در لولههای برگشت کندانس، میتواند در شرایط نامناسب به بروز پدیده کاویتاسیون در پمپها کمک کند.
در فرآیندهایی که از بخار آب به منظور بوزدایی (Stripping) استفاده میشود، وجود اکسیژن میتواند در اثر اکسیداسیون روی محصول تأثیر نامطلوب داشته باشد؛ مانند فرآیند تولید روغن نباتی.
اجزای دی اریتور بویلر
عملکرد صحیح دی اریتور به مجموعهای از قطعات و اجزای مختلف وابسته است که هر کدام وظیفه مشخصی را در فرآیند گاززدایی آب بر عهده دارند.
اجزای اصلی
برج سینیدار: محل تماس آب و بخار و انجام فرآیند گاززدایی.
هد اسپری یا نازلهای پاشش: برای پخش کردن آب به صورت قطرات ریز و افزایش سطح تماس آب با بخار.
ورودی بخار کمفشار: برای گرم کردن آب و خارج کردن گازهای محلول از آن.
خروجی آب تغذیه: مسیر انتقال آب گاززداییشده به سمت دیگ بخار.
ستون یا سیفون آب: برای ایجاد مسیر و شرایط مناسب جریان آب در سیستم.
مخزن ذخیره: برای ذخیره آب هوازداییشده و تأمین آب مورد نیاز پمپ تغذیه.
شیشه دید سطحی یا آبنما: برای مشاهده سطح آب داخل مخزن.
سنسور یا لول کنترل: برای اندازهگیری و کنترل سطح آب.
تجهیزات کنترلی و ایمنی
در کنار اجزای اصلی، تجهیزات کنترلی و ایمنی نیز برای بهرهبرداری و حفاظت از دی اریتور استفاده میشوند، از جمله:
سوپاپ اطمینان (SRV): برای حفاظت از تجهیز در برابر افزایش بیش از حد فشار
خلاءشکن: برای جلوگیری از ایجاد خلأ نامطلوب در مخزن
ترموستات: برای کنترل دمای آب در محدوده موردنظر
گیج حرارت: برای نمایش دمای آب
گیج فشار یا مانومتر: برای نمایش فشار
تابلو برق: برای کنترل تجهیزات الکتریکی و سیستم کنترل
شیر برقی: برای کنترل خودکار جریان در بخشهای مختلف سیستم
شیر تخلیه: برای تخلیه آب و انجام عملیات مورد نیاز در زمان بهرهبرداری و نگهداری
دریچه بازدید: برای بازرسی و دسترسی به قسمتهای داخلی
مشخصات عمومی هوازدا
هوازداها معمولاً شامل یک برج تبادل گاز از نوع سینیدار و یک مخزن ذخیره استوانهای هستند.
برج تبادل گاز
برج تبادل گاز دارای سینی مجهز به کلاهکهای عبور بخار از نوع فنجانکی (Bubble Cap) است. بدنه سینیها و کلاهکهای برج تبادل گاز معمولاً از فولاد ضدزنگ (Stainless Steel) ساخته میشود.
یک شیر برقی برای ورود بخار روی برج تبادل گاز نصب میشود. وضعیت شیر توسط کنترلکننده سطح مایع در منبع ذخیره کنترل میگردد.
برج تبادل گاز با عایق مناسب، مانند پشم شیشه، عایقبندی میشود تا از اتلاف حرارت و کاهش راندمان برج جلوگیری شود.
آب ورودی به بالای برج و بخار ورودی به پایین برج تبادل گاز، توسط نازلهای مناسب به طور یکنواخت در سطح برج توزیع میشوند.
مخزن ذخیره آب دی اریتور
مخزن ذخیره هوازدا معمولاً به صورت استوانهای و افقی از ورق فولاد ساخته میشود. سطح داخلی مخزن ذخیره میتواند با پوشش مناسب مقاوم در برابر حرارت و خوردگی محافظت شود.
مخزن ذخیره به سیستم کنترل سطح آب، مانومتر، ترمومتر، شیشه آبنما، سرریز، لوله گرمکننده و دریچه بازدید مجهز میشود.
مخزن ذخیره یکی از اصلیترین اجزای دی اریتور محسوب میشود. این مخزن در قسمت پایینی دستگاه قرار گرفته و آبی که عملیات گاززدایی روی آن انجام شده است در داخل آن ذخیره میشود.
ظرفیت مخزن معمولاً بر اساس ظرفیت تولید بخار دیگ بخار انتخاب میشود و باید توانایی تأمین آب مورد نیاز سیستم در شرایط مختلف کاری را داشته باشد.
مخزن ذخیره علاوه بر نگهداری آب، باعث ایجاد زمان ماند کافی برای تثبیت دمای آب و جلوگیری از نوسانات ناگهانی در سیستم تغذیه دیگ بخار میشود. معمولاً این مخازن از فولاد کربنی یا فولاد آلیاژی ساخته میشوند و برای کاهش اتلاف حرارتی با عایق مناسب پوشانده میشوند.
سایر تجهیزات و اجزای قابل استفاده در دی اریتور
بسته به نوع طراحی و ظرفیت دستگاه، ممکن است اجزای زیر نیز در سیستم وجود داشته باشند:
لوله هوای خروجی
ورودی آب
برج گاززدایی
صافی بخار
مخزن آب
تغذیه مواد شیمیایی
شیر برقی بخار
بخار ورودی
شیر سوزنی بایپس
وکیوم برکر
شیر اطمینان فشار
مانومتر
فشارشکن بخار
شیر آب خروجی
ترمومتر
لول کنترل آب
لول کمآبی
شیر تخلیه بخار
فشارسنج
شیشههای آبنما
ترموستات
شیر یکطرفه
سرریز آب
پمپ آبگیری
نحوه توزیع آب و تماس آن با بخار
آب ورودی در دی اریتور باید به کوچکترین قطرات ممکن تقسیم شود تا میزان سطح تماس آب با بخار نسبت به جرم آب افزایش پیدا کند. افزایش سطح تماس باعث میشود انتقال حرارت و خروج گاز از مایع با سرعت بیشتری انجام شود.
پودر کردن آب در دی اریتور به روشهای مختلفی انجام میشود. یکی از این روشها برخورد آب با تعدادی سینی سوراخدار است. در این روش آب با برخورد به سینیهای سوراخدار پخش شده و همزمان از پایین با بخار تماس پیدا میکند و حرارت دریافت میکند.
روش دیگر استفاده از نازلهای فنری است. این نازلها با وارد کردن نیرویی به سمت بالا و در مقابل جریان ورودی سیال، آن را از دریچههای باریک عبور داده و به صورت اسپری در داخل دستگاه پخش میکنند.
هد اسپری یا نازل پاشش آب
یکی از مهمترین بخشهای دی اریتور، هد اسپری یا نازلهای پاشش آب است. آب ورودی از طریق این نازلها به صورت ذرات ریز در فضای داخلی دی اریتور پخش میشود.
افزایش سطح تماس آب با بخار باعث میشود فرآیند انتقال حرارت با سرعت بیشتری انجام شود و گازهای محلول آسانتر از آب خارج شوند. هرچه کیفیت پاشش آب بهتر باشد، راندمان حذف اکسیژن و دیاکسید کربن نیز افزایش پیدا میکند. به همین دلیل سلامت و تمیزی نازلها تأثیر مستقیمی بر عملکرد دستگاه دارد.
سینیهای دی اریتور
در بسیاری از دی اریتورهای صنعتی از مجموعهای از سینیها یا تریها استفاده میشود. این سینیها در قسمت بالایی مخزن قرار دارند و وظیفه آنها افزایش زمان تماس بین بخار و آب است.
زمانی که آب از روی سینیها عبور میکند، به صورت لایههای نازک پخش شده و بخار از میان آن عبور میکند. این فرآیند باعث گرم شدن سریع آب و خروج مؤثر گازهای محلول میشود. طراحی مناسب تعداد و شکل سینیها نقش مهمی در افزایش راندمان دی اریتور دارد.
سیستم ورود بخار
برای انجام عملیات گاززدایی، بخار اشباع وارد دی اریتور میشود. بخار علاوه بر تأمین حرارت لازم برای رساندن آب به دمای موردنظر، نقش مهمی در خارج کردن گازهای محلول ایفا میکند.
سیستم ورود بخار معمولاً شامل لولههای توزیعکننده و شیرهای کنترلی است که میزان بخار ورودی را تنظیم میکنند. تنظیم صحیح بخار ورودی اهمیت زیادی دارد، زیرا کمبود بخار باعث کاهش راندمان گاززدایی و افزایش بیش از حد بخار مصرفی موجب هدررفت انرژی خواهد شد.
ونت یا خروجی گازهای غیرقابل تقطیر
در فرآیند گاززدایی، اکسیژن، دیاکسید کربن و سایر گازهای جداشده باید از سیستم خارج شوند. این وظیفه بر عهده ونت یا شیر تخلیه گازهای غیرقابل تقطیر است.
ونت معمولاً در بالاترین نقطه دی اریتور قرار دارد. اگر این بخش به درستی تنظیم نشود، ممکن است بخشی از گازها در سیستم باقی بمانند یا مقدار زیادی بخار از دستگاه خارج شود که هر دو حالت نامطلوب هستند.
شیر کنترل بخار
شیر کنترل بخار وظیفه تنظیم مقدار بخار ورودی به دی اریتور را بر عهده دارد. این شیر با توجه به دمای آب و شرایط عملیاتی باز یا بسته میشود تا دمای آب در محدوده موردنظر حفظ شود.
عملکرد نامناسب این شیر میتواند باعث افت دمای آب، افزایش مصرف انرژی و کاهش راندمان دی اریتور شود.
سیستم کنترل سطح آب
برای جلوگیری از کمبود یا سرریز شدن آب، دی اریتور به سیستم کنترل سطح مجهز میشود. این سیستم معمولاً شامل فلوتر، سطحسنج یا سنسورهای الکترونیکی است که سطح آب داخل مخزن را به صورت مداوم کنترل میکنند.
ثابت نگه داشتن سطح آب برای عملکرد پایدار پمپهای تغذیه و جلوگیری از بروز مشکلات عملیاتی ضروری است.
گیج فشار و دماسنج
کنترل فشار و دمای داخل دی اریتور برای بهرهبرداری ایمن و اقتصادی اهمیت زیادی دارد. به همین دلیل از گیج فشار و دماسنج در نقاط مختلف دستگاه استفاده میشود. اپراتور با استفاده از این تجهیزات میتواند وضعیت عملکرد دستگاه را کنترل کرده و در صورت مشاهده هرگونه انحراف از شرایط کاری موردنظر، اقدامات لازم را انجام دهد.
پمپ تغذیه دیگ بخار
اگرچه پمپ تغذیه بخشی از بدنه اصلی دی اریتور محسوب نمیشود، اما ارتباط مستقیمی با عملکرد آن دارد. این پمپ آب گاززداییشده را از مخزن دی اریتور دریافت کرده و به سمت دیگ بخار ارسال میکند.
کیفیت عملکرد پمپ تأثیر زیادی بر پایداری سیستم بخار و تأمین آب مورد نیاز دیگ بخار دارد.
انواع دی اریتور بر اساس ساختار و نحوه عملکرد
با توجه به روال کار و شیوهای که برای جداسازی اکسیژن و گازهای محلول در آب به کار گرفته میشود، سیستمهای هوازدایی را میتوان به دو گروه کلی تقسیم کرد:
دی اریتورهای افشانکی، اسپریشونده یا فنری
دی اریتورهای آبشاری، برجکدار یا سینیدار
تفاوت اصلی میان این دی اریتورها در نحوه ورود و توزیع آب تغذیه دیگ در بخش گاززدایی است.
در دی اریتورهای افشانکی، آب ورودی از بالای مخزن توسط افشانکهای تعبیهشده به فضای داخل مخزن اسپری میشود.
در دی اریتورهای آبشاری، جریان آب به داخل برجک وارد شده و پس از عبور از روی سینیهای سوراخدار طبقاتی برجک، به صورت آبشاری به فضای داخلی مخزن جریان پیدا میکند.
دی اریتور سینیدار یا آبشاری
یکی از رایجترین انواع سیستم هوازدایی دیگ بخار، دی اریتورهای سینیدار است. ساختار کلی این نوع هوازدا شامل یک مخزن افقی با برجک در قسمت بالایی آن است.
آب از قسمت بالای برجک وارد شده و روی سینیهایی با منافذ متعدد قرار میگیرد و به صورت قطرات ریز به سمت پایین حرکت میکند.
همزمان بخار هوازدا از پایین با فشار کم رو به بالا حرکت کرده و از منافذ سینیها عبور میکند. برخورد آب با بخار باعث افزایش دمای آب و جدا شدن بخش زیادی از گازهای موجود در آن میشود. گازهای جداشده همراه با بخار از مسیر خروجی بالای برجک به بیرون منتقل میشوند.
آب پس از عبور از برجک وارد مخزن افقی شده و در صورت نیاز برای جداسازی اکسیژن باقیمانده، مواد جاذب اکسیژن به آن اضافه میشود.
عمل هوازدایی به وسیله بخار فشار پایین که از پایین سینیهای منفذدار وارد میشود، صورت میگیرد. این بخار از طریق منافذ موجود به سمت بالا رفته و با آب تماس پیدا میکند. برای افزایش سطح تماس آب و بخار، در برخی طراحیها به جای سینی از پرکنها استفاده میشود.
عملیات تماس آب و بخار باعث جدا شدن گازهای محلول در آب شده و این گازها از طریق شیر خروجی واقع در بالای قسمت گنبدیشکل به بیرون فرستاده میشوند.
نکته مهم در دی اریتور سینیدار این است که شیر تخلیه گاز در بالای گنبد باید به اندازهای باز باشد که گازهای جداشده بتوانند از مخزن خارج شوند. در صورت عدم توجه به این مسئله، بخشی از گازهای جداشده ممکن است مجدداً در آب باقی بمانند.
هرچه ارتفاع برجک و تعداد سینیهای بهکاررفته داخل آن بیشتر باشد، ریزش قطرات آب به صورت پیوسته و منظمتر انجام شده و سطح تماس قطرات آب با جریان بخار افزایش مییابد.
این امر باعث افزایش راندمان هوازدایی دی اریتور و پیشگرمایش آب پیش از رسیدن آن به مخزن اصلی میشود.
در دی اریتورهای با ظرفیت بالا، برای جلوگیری از کاهش دمای آب ذخیرهشده، یک نازل تزریق بخار در قسمت تحتانی مخزن تعبیه میشود. در مواقعی که دمای آب از حد مجاز پایینتر میرود، شیر کنترل دمای نصبشده روی مسیر بخار باز شده و بخار به داخل مخزن تزریق میشود.
دی اریتور اسپریشونده
در نوع اسپریشونده، یک درام افقی دارای یک بخش پیشگرم و یک بخش هوازدایی است که میتواند هم به عنوان بخش هوازدایی و هم به عنوان مخزن ذخیره عمل کند. این دو بخش به وسیله یک صفحه از یکدیگر جدا میشوند.
از طریق منافذ واقع در پایین درام، بخار کمفشار وارد دی اریتور میشود. در بخش پیشگرم، آب ورودی با بخار تماس پیدا کرده و گرم میشود تا فرآیند جداسازی گاز از آب راحتتر انجام شود.
آب از نازلهای فنریشکل با منافذ کوچک عبور کرده و به صورت اسپری وارد دستگاه میشود و با بخاری که از پایین دستگاه وارد این بخش میشود گرم خواهد شد.
بعد از این مرحله، آب وارد بخش هوازدایی شده و بخار با فشار کم با آن تماس پیدا میکند. در نهایت گازهای غیرقابل تقطیر و اکسیژن از آب خارج شده و از مسیر خروجی بالای دستگاه به بیرون منتقل میشوند.
آب حاصل، در صورت نیاز پس از اضافه شدن مواد جذبکننده اکسیژن، به مخزن ذخیره منتقل شده و برای استفاده در دیگ بخار مورد استفاده قرار میگیرد.
در دی اریتور افشانکی، آب تغذیه دیگ توسط افشانک در فضای حاوی بخار اشباع اسپری میشود. بخار مورد نیاز نیز از طریق منیفولد بخار وارد مخزن میشود.
بخشی از بخار تزریقی صرف گرم کردن آب ذخیرهشده در مخزن میشود و بخشی نیز به صورت حبابهایی از میان آب عبور کرده و به فضای بالای آب منتقل میشود.
آب هوازداییشده از ناحیهای دورتر نسبت به افشانکها از مخزن خارج شده و به سمت پمپ تغذیه دیگ جریان پیدا میکند. افزایش زمان ماند آب در دستگاه میتواند در بهبود کیفیت فرآیند هوازدایی و پیشگرمایش مؤثر باشد.
بیشترین محل تجمع و تمرکز گازهای جداشده از آب تغذیه بویلر در محدوده تماس قطرات آب با بخار است. در دی اریتورهای بزرگتر، جهت جمعآوری و هدایت گازهای جداشده و افزایش میزان تمرکز آنها، ممکن است پرههایی در محدوده اطراف افشانک نصب شود.
این محدوده میتواند محل مناسبی برای نصب شیر اتوماتیک هواگیر و تخلیه گازها به فضای خارج از دی اریتور باشد.
جدار داخلی برخی از این دی اریتورها نیز با پوششهای مناسب محافظت میشود تا در مقابل خوردگی و فرسایش مقاومت بیشتری داشته باشد.
انواع افشانکها و مکانیزم عملکرد آنها
همانطور که گفته شد، جهت اسپری و پاشش آب در دی اریتورها از افشانکها استفاده میشود. برخی افشانکها دارای ظرفیت اسپری ثابت هستند و قابلیت تنظیم و تغییر ظرفیت اسپری آب را در طول عملکرد ندارند. در صورت افزایش ناگهانی حجم آب ورودی، روزنههای موجود در داخل آنها ممکن است دچار تغییر شکل یا آسیب شوند.
این امر میتواند منجر به کاهش کیفیت مطلوب اسپری آب در مخزن و کاهش عمر مفید افشانک شود. اینگونه افشانکها معمولاً بر روی دی اریتورهایی با ظرفیت کم نصب میشوند و توصیه میشود اپراتورها در هر دوره سرویس دی اریتور، جهت اطمینان از عملکرد مکانیکی صحیح و کیفیت مطلوب اسپری آب، افشانکها را بررسی و در صورت نیاز تست کنند.
ظرفیت دی اریتور چگونه محاسبه می شود؟
جهت تعیین ظرفیت دی اریتور لازم است ظرفیت بویلر مشخص باشد. یعنی اگر در پروژهای ظرفیت بویلر بخار برابر با 5 تن در ساعت باشد، ظرفیت دی اریتور نیز متناسب با ظرفیت آب مورد نیاز بویلر انتخاب میشود.
در برخی منابع، ظرفیت دی اریتورها بر مبنای پوند در ساعت نیز بیان میشود.
تبدیل تقریبی کیلوگرم بر ساعت به پوند بر ساعت:
کیلوگرم در ساعت × 2.2 = پوند در ساعت
بنابراین:
5 تن در ساعت = 5000 کیلوگرم در ساعت
و:
5000 × 2.2 = 11000 پوند در ساعت
پس در زمان سفارشگذاری دی اریتور لازم است ظرفیت بویلر یا بویلرها و شرایط کاری سیستم به سازنده اعلام شود. بخشی از بخار خروجی دیگ بخار به منظور اکسیژنزدایی و افزایش دمای آب در دی اریتور مصرف میشود. هرچه دمای آب ورودی به دی اریتور پایینتر باشد، بخار بیشتری برای رساندن آب به دمای موردنظر مصرف خواهد شد.
هرچه میزان کندانس برگشتی یک پروژه بیشتر باشد، به همان نسبت میزان بخار مصرفی دی اریتور کاهش خواهد یافت. میزان بخار مصرفی بر سایزینگ شیرهای بخار ورودی دی اریتور، از جمله شیرهای سوزنی، شیرهای تقلیل فشار و شیرهای برقی، تأثیرگذار است.
بنابراین اگر تصمیم به خرید یا سفارشگذاری دی اریتور دارید، لازم است ظرفیت دیگ یا دیگهای بخار و همچنین درصد تقریبی کندانس برگشتی را به سازنده اعلام کنید. به صورت تقریبی میتوان گفت یک دیگ 5 تن در ساعت، حدود 5 مترمکعب در ساعت آب مصرف میکند.
حجم مخزن ذخیره دی اریتور باید متناسب با میزان مصرف آب و زمان ماند مورد نیاز انتخاب شود. به عنوان نمونه، اگر برای مخزن ذخیره حداقل 10 دقیقه ظرفیت مصرف آب در نظر گرفته شود، برای مصرف 5 مترمکعب در ساعت، حجم مفید مورد نیاز به صورت زیر محاسبه میشود:
5 ÷ 6 = 0.83 مترمکعب
اما این مقدار تنها مربوط به حجم مفید بین سطح حداقل و حداکثر آب است و فضای خالی نیز باید در طراحی مخزن در نظر گرفته شود. به همین دلیل در برخی طراحیها زمان ماند بیشتری برای مخزن ذخیره در نظر گرفته میشود؛ برای مثال با زمان ماند 20 دقیقه:
5 ÷ 3 = 1.66 مترمکعب
ظرفیت نهایی مخزن باید با توجه به شرایط واقعی پروژه، میزان کندانس برگشتی، ظرفیت بویلر و الزامات طراحی تعیین شود.
نکات کاربردی جهت عملکرد بهینه دی اریتورها
1. شیر اتوماتیک هواگیر
همانطور که پیش از این گفته شد، جهت تخلیه هوا و گازهای محلول جداشده از آب، از یک شیر اتوماتیک هواگیر که روی دی اریتور نصب میشود، استفاده میشود. بهترین مکان برای نصب اینگونه شیرآلات، محلی است که بیشترین تجمع و تمرکز گازهای جداشده وجود دارد.
نکته قابل توجه این است که شیر اتوماتیک هواگیر ممکن است قابلیت تخلیه کامل گازهای جداشده را نداشته باشد و مقداری از گازها در فضای بالای سطح آب مخزن باقی بماند. بنابراین در برخی طراحیها برای تخلیه گازهای باقیمانده از مسیر ونت دستی یا سیستم تخلیه مناسب استفاده میشود.
هرگونه عملیات تخلیه دستی باید توسط اپراتور دستگاه و مطابق دستورالعملهای بهرهبرداری و نگهداری انجام شود.
2. استفاده از ترکیبات شیمیایی
یکی دیگر از روشهای مکمل در هوازدایی دی اریتور و تنظیم pH آب، اضافه نمودن برخی ترکیبات شیمیایی به آب تغذیه در مسیر خروجی دی اریتور یا مسیر مکش پمپ دیگ است. این ترکیبات میتوانند اکسیژن باقیماندهای را که توسط دی اریتور حذف نشده است، کنترل کنند.
عملکرد مکانیکی دی اریتور در جداسازی بخش عمده گازهای محلول، در مقایسه با استفاده صرف از مواد شیمیایی، میتواند باعث کاهش مصرف مواد شیمیایی و هزینههای بهرهبرداری شود.
3. استفاده از شیر کنترل اتوماتیک تدریجی
در بسیاری از موتورخانهها، جهت کنترل سطح آب درون مخزن دی اریتور از سیستم کنترل اتوماتیک ON/OFF استفاده میشود. در اینگونه سیستمها با تغییر سطح آب مخزن، هر دوره باز و بسته شدن کامل شیر کنترل میتواند باعث ورود حجم بالایی از آب سرد به مخزن دی اریتور شود.
در چنین شرایطی علاوه بر وارد آمدن شوک دمایی به مخزن، دمای آب تغذیه دیگ کاهش یافته و دیگ بخار ملزم به مصرف انرژی حرارتی بیشتری میشود. بنابراین جهت صرفهجویی در مصرف انرژی، استفاده از یک شیر کنترل اتوماتیک تدریجی در مسیر آب پرکن دی اریتور میتواند مناسبتر باشد.
در اینگونه شیرآلات، تغییرات سطح آب مخزن با باز و بسته شدن تدریجی شیر کنترل میشود و آب پرکن متناسب با نیاز وارد مخزن میگردد. در نتیجه اتلاف حرارتی ناشی از افت ناگهانی دمای آب کاهش مییابد.
شیرهای کنترل در دی اریتورها برای تنظیم سطح آب داخل منبع ذخیره مورد استفاده قرار میگیرند. این سیستمها باید محیط عملکردی پایدار را برای دی اریتور تأمین کنند، زیرا ورود ناگهانی آب سرد به سیستم میتواند باعث ایجاد تنش حرارتی و آسیب به مخزن شود.
4. محل نصب دی اریتور
یکی از مشکلات رایج در موتورخانههای قدیمی، بروز خوردگی و آسیب ناشی از پدیده کاویتاسیون در پمپهای تغذیه دیگ بخار و لولههای مکش آن است. نحوه جانمایی دی اریتور میتواند بر شرایط مکش پمپ و احتمال بروز کاویتاسیون تأثیرگذار باشد.
هنگامی که فشار داخل دی اریتور از مقدار موردنظر پایین بیاید، آب داخل مخزن که در دمای بالا قرار دارد، میتواند در اثر افت فشار شروع به جوشش کند. در صورتی که پمپ تغذیه دیگ و مخزن دی اریتور در یک سطح نصب شوند، افت فشار ایجادشده میتواند بر پمپ و لولههای مکش آن اثر گذاشته و احتمال وقوع کاویتاسیون را افزایش دهد.
به همین دلیل در طراحی موتورخانه، باید ارتفاع مناسب بین مخزن دی اریتور و پمپ تغذیه، طول و قطر لوله مکش و شرایط فشار مکش پمپ به صورت مهندسی تعیین شود.
5. شیر اطمینان
نصب یک عدد شیر اطمینان روی مخزن دی اریتور با فشار تنظیمی متناسب با فشار طراحی تجهیز، برای حفاظت از مخزن در برابر افزایش فشار ناگهانی که ممکن است ناشی از عملکرد نامناسب شیر کنترل فشار بخار باشد، اهمیت دارد.
فشار تنظیم شیر اطمینان باید بر اساس فشار طراحی و الزامات ایمنی تجهیز تعیین شود.
6. عایقکاری مخزن
به منظور کاهش اتلاف حرارت و جلوگیری از کاهش دمای آب، دیوارههای مخزن ذخیره دی اریتور باید به صورت مناسب عایقکاری شوند. عایقکاری مناسب علاوه بر کاهش اتلاف انرژی، به حفظ دمای آب تغذیه و عملکرد پایدارتر سیستم کمک میکند.
7. کنترل ونت و خروج گازها
شیر تخلیه گاز باید به اندازه کافی باز باشد تا گازهای جداشده از آب از سیستم خارج شوند. تنظیم نامناسب ونت میتواند باعث باقی ماندن گازهای محلول در سیستم یا خروج بیش از حد بخار شود.
مقدار باز بودن ونت باید متناسب با طراحی دی اریتور و دستورالعمل سازنده تنظیم شود.
مزایای استفاده از دی اریتور
استفاده صحیح از دی اریتور در سیستم بخار میتواند مزایای مختلفی داشته باشد، از جمله:
کاهش اکسیژن و دیاکسید کربن محلول در آب تغذیه
کاهش خوردگی دیگ بخار، لولهها و تجهیزات جانبی
کاهش احتمال ایجاد حفرههای موضعی (Pitting)
کاهش شوک حرارتی ناشی از ورود آب سرد به دیگ
پیشگرمایش آب تغذیه دیگ بخار
بهبود شرایط بهرهبرداری بویلر
افزایش طول عمر دیگ بخار و تجهیزات سیستم
کاهش وابستگی به مواد شیمیایی برای حذف گازهای محلول
کاهش اتلاف انرژی در سیستم تغذیه دیگ بخار
جمعبندی
دی اریتور یکی از تجهیزات مهم در سیستم تغذیه دیگ بخار است که با استفاده از فرآیند هوازدایی مکانیکی، اکسیژن، دیاکسید کربن و سایر گازهای محلول را از آب تغذیه جدا میکند.
اساس عملکرد دی اریتور بر کاهش حلالیت گازها در اثر افزایش دمای آب و کاهش فشار جزئی گازهای محلول است. برای افزایش راندمان این فرآیند، آب به صورت قطرات ریز یا لایههای نازک با بخار تماس پیدا میکند و گازهای جداشده از طریق مسیر ونت از دستگاه خارج میشوند.
دی اریتورها در انواع مختلفی مانند سینیدار، آبشاری و اسپریشونده ساخته میشوند و انتخاب نوع مناسب آنها به ظرفیت دیگ بخار، شرایط آب تغذیه، میزان کندانس برگشتی، فشار کاری و شرایط پروژه بستگی دارد.
عملکرد مناسب اجزایی مانند هد اسپری، سینیها، سیستم ورود بخار، ونت، شیر کنترل بخار، سیستم کنترل سطح، مخزن ذخیره و پمپ تغذیه نقش مهمی در عملکرد کلی سیستم دارد.
در نهایت، انتخاب صحیح ظرفیت دی اریتور، طراحی مناسب مخزن و سیستم پاشش، تنظیم صحیح بخار و ونت، کنترل سطح آب، جانمایی مناسب نسبت به پمپ تغذیه و رعایت اصول نگهداری میتواند به کاهش خوردگی، کاهش مصرف انرژی و افزایش عمر مفید دیگ بخار و تجهیزات سیستم کمک کند.
