مشخصات آب ورودی بویلر
کیفیت آب ورودی بویلر
آب قادر است به ازای مقدار افزایش دمای معین، بیش از مواد معمول غیر ارگانیک دیگر انرژی گرمایی در خود ذخیره کند.
همچنین هنگام تبخیر و تبدیل شدن از حالت مایع به گاز (در فشار اتمسفر) 1600 برابر منبسط میشود و بخار آن قادر است مقدار زیادی انرژی گرمایی با خود حمل کند.
این ویژگیهای منحصر به فرد آب، آن را به یک ماده خام ایده آل برای استفاده در مصارف انتقال گرما و تولید توان بدل کرده است.
آب در حالت طبیعی مقادیر متفاوتی از مواد محلول، ذرات معلق و گازهای محلول را در خود دارد. مقدار مواد معدنی محلول در آب از 30 گرم در لیتر برای آب دریا از 0.005 تا 1500 میلی گرم در لیتر در آب قابل نوشیدن و تصفیه شده متغیر است.
از آنجا که ناخالصی های آب باعث بروز مشکل در بویلر میشود، کیفیت آب ورودی بویلر های تولید بخار توجه خاصی می طلبد.
درصورتیکه ناخالصی همراه آب ورودی بویلر باشد، به مرور زمان در جداره داخلی بویلر تشکیل رسوب می دهد.
در اینصورت رسوب جداره ها تبادل انرژی در بویلر را مختل می کند، دیواره ها بیش از حد مجاز گرم شده و آسیب می بینند و همچنین مانع بازرسی های دیداری برای چک کردن میزان خوردگی و ترک دیواره ها می شوند.
بنابراین بویلر نیاز به شستشو و حذف رسوبات و به اصطلاح اسید شوئی پیدا می کند.
رسوب با ضخامت یک میلیمتر میتواند بازده بویلر را تا 50% کاهش دهد و به جداره های بویلر آسیب بزند.
هرچند نیاز نیست تمام املاح و ناخالصی های موجود در آب ورودی بویلر حذف شوند، اما تبعات اقتصادی و هزینه های شستشو و تعمیرات و نگهداری بویلر، بهره بردار بویلر را ترغیب می کند که تا حد امکان کیفیت آب ورودی به بویلر را بهبود ببخشد.
از آنجا که تصفیه آب ورودی بویلر نیز هزینه بر است و برای حذف بیشتر ناخالصی ها، هزینه بیشتری صرف میشود، نیاز است یک نقطه بهینه بگونه ای انتخاب گردد که هزینه تصفیه آب ورودی به بویلر و هزینه تعمیر و نگهداری بویلر، هر دو در حد منطقی باشند.
بیشتر منابع آب محتوی یک یا چند نوع از ناخالصی های لیست شده در زیر هستند که وجود هر یک در غلظت مشخصی می تواند به بویلر آسیب برساند:
- مواد قلیایی
- کلسیم
- دیاکسید کربن
- کلراید
- منیزیم
- اکسیژن
- سیلیس
- سدیم
- سولفات
مشکلات ناشی از آب ورودی بویلر
- تجمع زیاد لجن در بویلر
- تشکیل رسوب سخت
- خوردگی
تجمع زیاد لجن بعلت کیفیت پایین آب ورودی بویلر
لجن به ذرات جامد و مواد چربی اطلاق می شود که نرم تر از رسوب هستند اما اگر در بویلر بمانند و به اصطلاح پخته شوند، سفت می شوند.
در صورتی که مشکل تجمع لجن در بویلر بروز کرده است، فیلترهای پیش تصفیه به خوبی عمل نمی کنند. توجه کنید که مشکل تجمع لجن بر روی بازده سیستم پایپینگ و بویلر نیز تاثیرگذار خواهد بود. ذرات جامد که در قسمت فشار پایین سیستم ته نشین می شوند، یک لایه عایق بوجود می آورند که بازده بویلر را کاهش داده و باعث گرم شدن محلی بیش از حد لوله ها و در نهایت خرابی بویلر می شوند.
فیلتر کردن آب ورودی توسط فیلترهای میکرو یا UF برای حذف ذرات معلق مانند سیلیس میتواند مشکل تجمع لجن در فیلتر را حذف کند.
تشکیل رسوب سخت بعلت کیفیت پایین آب ورودی بویلر
رسوب سخت، به لایه های سختی اطلاق میشود که درون لوله ها و یا روی سطوح انتقال دهنده گرما و به هنگام تبخیر آب از آنها و ماندن ناخالصیهای آب روی آن سطح تشکیل میشود.
برخی از ناخالصیهایی که باعث ایجاد رسوب سخت در بویلر میشوند عبارتند از: * سیلیس * آهن * کلسیم * منیزیم * آلومینیم
برای رفع مشکل رسوبات سخت، باید ناخالصی های مذکور در بالا از آب ورودی به بویلر حذف شوند. امروزه معمولا آب ورودی به بویلر را توسط روش اسمز معکوس تصفیه می کنند تا مشکل رسوب سخت مرتفع گردد.
خوردگی بعلت کیفیت پایین آب ورودی بویلر
خوردگی در بویلر به از بین رفتن قسمت های فلزی بویلر در اثر واکنش های شیمیایی اطلاق می شود که می تواند به دلایل مختلف ایجاد شود.
متداول ترین دلیل خوردگی در بویلر وجود O2 و CO2 محلول در آب ورودی بویلر است که باعث خوردگی و ایجاد ترک در قسمت های فلزی می شوند. در اثر وجود فشار بالا در بویلر، Stress Cracking اتفاق می افتد. در صورتی که کلرید (بیش از حد مجاز) موجود باشد ،Chloride Stress Cracking اتفاق می افتد. افزایش دما پروسه خوردگی را تسریع می کند و بنابراین خوردگی بیشتر در قسمت های دما بالای بویلر اتفاق می افتد. pH آب ورودی نیز می تواند در خوردگی تاثیر بگذارد.
گاززدایی و اکسیژن زداها و کنترل pH می توانند خوردگی بویلر را کمتر کنند.
موضوع دیگر در مورد آب ورودی بویلر دانستن این نکته است که آب در چه دمایی به جوش می آید ؟
آب در چه دمایی به جوش می آید ؟
احتمالا پاسخ شما صد درجه سانتیگراد است !!!
آیا این پاسخ صحیح و کامل است ؟
قطعا خیر
نکته برای پاسخ به این پرسش اینجاست که شما باید بدانید فشار هوا در آن منطقه که شما قصد به جوش آوردن آب را دارید چه مقدار است.
آب تنها در فشار هوای یک اتمسفر در صد درجه سانتیگراد به جوش آمده و شروع به بخار شدن میکند. یعنی اگر فشار هوا افزایش پیدا کند، آب در دمایی بالاتر از صد درجه سانتیگراد و اگر فشار هوا کاهش پیدا کند، آب در کمتر از صد درجه سانتیگراد به جوش خواهد آمد.
مبنای فشار هوای یک اتمسفر، سطح آبهای آزاد است.
در نیروگاه با توربین بخار برای بالا بردن انرژی سیال که آب است، لازم است تا دمای آب و بخار تا حد امکان بالا برده شود.
در نیروگاه سیکل ترکیبی، دمای آب تا حدود 350 درجه سانتیکراد و دمای بخار تا حدود 520 درجه سانتیگراد افزایش پیدا میکند.
به نمودار زیر توجه کنید :
- این نمودار دارای سه ناحیه است که با حروف لاتین S : Solid (یخ)، L : Liquid (مایع) و V : Vapor (بخار) نشان داده شده است.
- نمودار عمودی مقدار فشار هوا در واحد اتمسفر (atm) است.
- نمودار افقی مقدار دمای سیال آب د ر واحد سانتیگراد است.
- نقطه Triple (سه گانه) فشار و دمایی است که سیال آب در وضعیت مرزی بین هر سه حالت جامد (یخ)، مایع (آب) و گاز (بخار) قرار دارد.
- نقطه Critical (بحرانی) که سیال در وضعیت مرزی حالت آب و بخار قرار دارد.
توضیحات تکمیلی
تفاوت واحد اندازه گیری فشار با اندیسهای a و g چیست ؟
در نیروگاه یکی از مهمترین و حساسترین پارامتری که به طور پیوسته پایش و کنترل میشود، فشار سیال است.
سیال میتواند آب، بخار، روغن، هوا، سوخت و … باشد.
اندیس a در جلوی واحد اندازه گیری فشار مخفف absolute به معنای مطلق است و منظور آن فشار سیال نسبت به خلا است.
اندیس g در جلوی واحد اندازه گیری فشار مخفف guage به معنای کاربردی نسبتی است و منظور آن فشار سیال نسبت به فشار هوای محیط (اتمسفر) مکان کنونی اندازه گیری است.
فشار هوای محیط در سطح آبهای آزاد (اقیانوس ها) برابر یک اتمسفر (1atm) یا با یک تقریب بسیار خوب برابر یک بار (1bar) است.
در کشور ما، ایران، فشار یک اتمسفر در سطح دریای عمان و خلیج فارس در دسترس است.
دریای خزر و مابقی دریاچه ها نمیتوانند مبنای فشار یک اتمسفر قرار بگیرند !!! زیرا این آبها هم سطح آبهای آزاد نیستند.
فشار هوای محیط با ارتفاع از سطح آبهای آزاد تغییر میکند. این رابطه به صورت زیر است:
بالای سطح (کاهش فشار) و پایین سطح (افزایش فشار)
ارتفاع کوه ها با توجه به سطح آبهای آزاد اندازه گیری میشود.
کاربردهای فشار absolute و gauge
از فشار absolute برای اندازه گیری فشارهای کمتر از فشار هوای محیط همانند فشار کندانسور در توربین بخار استفاده میشود.
از فشار gauge برای اندازه گیری فشارهای بیشتر از فشار هوای محیط همانند فشار روغن روانکاری یاتاقانها استفاده میشود.
چند نکته در مورد فشار absolute و gauge
چنانچه در جلوی عبارت واحد اندازه گیری فشار (atm, bar, psi, …) چیزی درج نشود، منظور فشار guage است.
با دانستن فشار هوای محیط میتوان فشار guage را به فشار absolute تبدیل کرد.
برای محاسبه دمای اشباع بخار از فشار absolute استفاده میشود.
مقالات مرتبط با بویلر را در آکادمی از دست ندهید !
