آزمايش هاي كيفيت آب و دود در ديگها

علاوه بر دماي محصولات احتراق تعيين مقدار هواي اضافي اكسيژن مورد نياز ونيز گاز CO2 و CO نيز لازم است مقدار هواي لازم براي سوخت كامل با احتساب ضريب اطمينان نبايد از 10%تجاوز كند اكسيژن موجود در دود حداقل بايد 1%باشد ولي از 2% تجاوز نكند يك محاسبه تقريبي نشان مي دهد كه براي هر 1%اكسيژن تقريبا 5%هواي اضافي لازم است مقدار گاز كربنيك موجود در دتود بايد تا آنجا كه ممكن است زياد باشد براي راندمان حداكثر در ديگ هاي با سوخت گاز طبيعي مقدار آن10و براي ديگ هاي با سوخت مايع حدود 13الي 14% است آزمايش براي CO نيز بايد انجام شود منواكسيد كربن نبايد وجود داشته باشد زيرا گازي كشنده است و وجود آن نشانگر سوخت ناقص مي باشد وجود CO بدين معني است كه هواي كافي براي سوخت نمي رسد يا اينكه مشعل درست كار نمي كند علاوه بر آزمايش هاي فوق بايد آزمايش دود (Smoke) در مورد ديگ هاي با سوخت مايع انجام شود دود غير متعارف نمايانگر احتراق ناقص است احتراق ناقص به نوبه خود به اين معني است كه سوخت هدر ميرود وپديدار شدن دوده (Soot) روي سطوح تبادل حرارت نيز مي شود وراندمان را پايين مي آورد به عنوان مثال دودهاي به ضخامت 1/8" مصرف سوخت را 10% افزايش ميدهد كنترل كيفيت آب ديگ هاي بخار
كنترل هاي زير بايد در مورد آب ديگ انجام شود
1- كنترل PH
2- ״ ״ قلياييت
3- ״ ״ اكسيژن محلول
4- ״ ״ سختي
5- ״ ״ پديده هاي كف كردن – غلغل كردن – وحمل قطرات مايع توسط بخار
6- ״ ״ غلظت سود
7- ״ ״ غلظت سيليكا
8- بلو دان
كنترل PH
هر چه PH آب ازPHخنثي آب پايين تر باشد حلاليت آهن در آب بيشتر مي شود از اين رو در صنايع مختلف براي جلوگيري از خورندگي آب PH آب را بالاتر از PH خنثي تنظيم مي كنند سرعت خورندگي ناشي از اسيدي تبودن آب با افزايش دما افزايش مي يابد بنابر اين در دماهاي زياد بالا نگهداشتن P H آب كاملا PH ضرورت دارد در صنايع مختلف P H آب بويلر را در محدوده 10.2 -11. 2تنظيم مي كنند در فشار و دماي بويلر هاي با فشار متوسط P H حدود 10.6 مناسب است اگر به آب بويلر فسفات تزريق شده باشد در آنصورت P Hمي بايد به اندازه كافي بالا باشد كه مطمئن باشيم تمامي سختي باقيمانده آب بصورت فسفات تري كلسيك درآمده است.براي افزايش P H آب تغذيه بويلر با فشار بيش از 200psig نبايداز سودا (كربنات سديم ) استفاده كرد زيرا سودا در اثر حرارت ديدن در بويلر در فشار بالا توليد دي اكسيد كربن مي كند كه باعث مي شود بخار آب پس از ميعان خورنده شود
كنترل قليائيت
قليائيت آب بويلر نيز در خورندگي ويا رسوب گذاري آب عامل مهمي است ومقدار مناسب آن بستگي به فشار بويلر دارد جدول زير محدوده قليائيت بخار بويلر در فشار هاي مختلف را نشان مي دهد قليائيت كل بر حسب معادل كربنات
فشار بويلر( psig)
حداكثر حداقل
700 200 0-300
600 160 301 - 450
500 120 451 - 600
400 120 601 - 750
300 120 751 - 900
علاوه بر اين قليائيت آب بويلر بايد به اندازه كافي بالا باشد كه در PH لازم براي جلوگيري از خوردگي محيط بافري ايجاد شود ثابت شده است كه اگر قليائيت كل كمتر از 80PPMباشد تضميني براي ايجاد محيط بافري وجود ندارد براي اطمينان بيشتر از محيط بافري ترجيح دارد كه قليائيت نسبت به فنل فتالئين 60-80% قليائيت كل باشد و در چنين شرايطي قليائيت هيدروكسيل (غلظت سود) به اندازه اي است كه منيزيم محلول بصورت هيدروكسيد منيزيم ته نشين مي شود قليائيت فنل فتالئين بيش از اين محدوده باعث كمك به نوعي شكستگي بين كريستالي مي شود ميدانيم كه براي حذف سختي باقيمانده در آب بويلر بايد به آب ديگ فسفات اضافه كرد تا سختي بصورت لجن ورسوب غير چسبنده فسفات تري كلسيك ته نشين شود اگر قليائيت آب به اندازه كافي نباشد ممكن است رسوب چسبنده ايجاد شود. كنترل اكسيژن محلول در آب اكسيژن محلول در آب را معمولاً توسط هوازدا به روش مكانيكي از آب حذف مي كنند اما اولاً به خاطر آنكه هوازدايي عملاً نمي تواند غلظت اكسيژن را به حد مطلوب كاهش دهد و ثانياً به خاطر نشت هوا به داخل بعضي از اجزا سيستم انتقال آب به بويلر مقداري اكسيژن محلول در آب خواهيم داشت اكسيژن مي تواند در دما هاي بالا باعث خوردگي شود كه مهمترين آن نوعي خوردگي موضعي به نام PITTING است كه قسمت بسيار كوچكي از فلز مورد حمله قرار گيرد بنا براين براي تكميل حذف اكسيژن بايد علاوه بر روش مكانيكي از روش شيميايي هم سود برد براي حذف شيميايي اكسيژن محلول در آب از مواد مختلفي مي توان استفاده كرد يكي ار اين مواد سولفيت سديم است كه به خاطر ارزان بودن وسهولت كار كردن زياد مصرف مي شود واكنش حذف شيميايي اكسيژن توسط سولفيت سديم بصورت زير است: از نظر تئوري هر 7.8 سولفيت سديم مي تواند يك ppm اكسيژن را حذف كند اما در عمل به خاطر داشتن نا خالصي ونيز اتلاف مقداري از سولفيت سديم به خاطر بلو دان ده برابر مقدار اكسيژن سولفيت سديم بكار مي برند براي اطمينان ا ز حذف كامل اكسيژن لازم است كه هميشه مقداري سولفيت سديم در آب بويلر باقيمانده باشد مقدار سولفيت سديم باقيمانده به عواملي چون روش تزريق ومحل آن ،غلظت اكسيژن محلول در آب بويلر وتغييرات غلظت اكسيژن در آب تغذيه بويلر بستگي دارد ولي تزريق مداوم سولفيت سديم براي اطمينان از حذف اكسيژن ضروري است.معمولاً سولفيت سديم باقي مانده در آب بويلر در حدود 20-30 ppm توصيه مي شود روش آزمايش براي تعيين غلظت اكسيژن معمولاً كار مشكل وپر دردسري است در احاليكه تعيين غلظت سولفيت سديم دقيق وبه سهولت امكانپذير است بنابراين با تعيين غلظت سولفيت سديم باقيمانده در آب بويلر مي توان به كيفيت كاركرد هوازدا هم پي برد سرعت واكنش سولفيت سديم واكسيژن تابع درجه حرارت است با افزايش دما ، زمان واكنش كاهش مي يابد بطور كلي به ازا هر درجه سانتي گراد افزايش دما ، سرعت واكنش دو برابر مي شود در دماي 212°F وبالاتر از آن ، سرعت واكنش به اندازه كافي سريع است وجود سولفيت سديم اضافي باعث افزايش سرعت واكنش مي شود بسياري از تحقيقات نشان مي دهد كه بيشترين سرعت واكنش در PH حدود 9-10 مي باشد استفاده از سولفيت سديم در فشارهاي بالا دو عيب دارد اول آنكه اين ماده باعث افزايش TDS مي شود كه در بويلر هاي با فشار بالا، پائين نگهداشتن TDSبسيار مهم است ثانياً در فشارهاي زياد سولفيت سديم ميل به تجزيه دي اكسيد سولفور SO2 هيدروژن سولفورH2S را دارد كه هردو گاز اسيدي بوده وباعث پائين آمدن PH ودر نتيجه خوردگي مي شود. هيدرازين: هيدرازين يك ماده شيميائي سمي است كه باعث حذف اكسيژن محلول در آب مي شودو عيب سولفيت سديم را ندارد واكنش حذف اكسيژن توسط هيدرازين بشرح است تجزيه هيدرازين باعث ايجاد آمونياك ونيتروژن مي شود آمونياك باز بوده ودر نتيجه كاهش PH را به دنبال ندارد اما اگر مقدار آمونياك زياد باشد مي تواند در مجاورت اكسيژن باعث خوردگي اتصالات مي شود البته آمنياك اين حسن را دارد كه دي اكسيد كربن را خنثي كرده واز خوردگي ناشي از دي اكسيد كربن در لوله هاي برگشتي جلوگيري مي كند هيدرازين مايعي سمي است كه مي بايد همانند هر ماده سمي ديگربا احتياط با آن كار كردمقدار هيدرازين لازم براي حذف اكسيژن مساوي غلظت اكسيژن در آب است اما در عمل حدود يك ونيم تا دو برابر اكسيژن تزريق مي كنند براي جلوگيري از ايجاد آمونياك زياد در آب بويلر بايد غلظت هيدرازين باقيمانده در آب از 0.1ppm بيشتر نباشد سرعت واكنش هيدرازين با اكسيژن كمتر از سولفيت سديم است كنترل سختي سختي آب بويلر بايد صفر باشد بنا براين بايد تمام سختي باقيمانده ناشي از نشت LEAKAGE) ( در آب تغذيه بويلر را بصورتي از آب حذف كرد چون در داخل بويلر حذف سختي امكان پذير نيست از اينرو با افزودن مواد شيميايي مناسب به آب بويلر سختي هاي باقيمانده را بايد بصورت رسوباتي كه خارج كردن آنها از بويلر آسان باشد در آورد اين نوع رسوبات كه به ديواره نمي چسبد را لجن (SLUDGE) مي گويند . فسفات تري كلسيك وكربنات كلسيم از اين نوع رسوبات مي باشند در حاليكه سولفات كلسيم رسوبي سخت چسبنده به ديواره مي باشد براي بويلر هايي كه در فشار كمتراز 200 psig كار مي كنند ماده شيميايي مناسب براي تبديل سختي بصورت لجن ، كربنات سديم (سودا) است ولي بهتر از كربنات سديم براي هر فشار ، فسفاتها مي باشند كه عيب تجزيه شدن سودا را در فشارهاي بالا را ندارد ودر نتيجه كنترل كيفيت آب آسانتر خواهد بود فسفاتها بصورت تركيباتي مختلف در بازار وجود دارند كه هر تركيب خاص مي تواند باعث ايجاد افزايش يا كاهش قليائيت شود در جدول زير تركيبات مختلف فسفات آمده است اسيدي – قليائي فرمول نام خيلي قليائي Na3PO4 12H2O Na3PO4 فسفات تري سديك كمي قليائي Na2HPO4 12H2O Na2HPO4 2H2O Na2HO4 فسفات دي سديك كمي اسيدي Na2HO4 (NaHO4 )6 فسفات منو سديك هگزا متا فسفات اگر قليائيت كافي باشد انواع مختلف فسفاته با سختي كلسيم آب بويلر شده ودر نهايت توليد لجن لخته مانند فسفات تري كلسيك مي كنند بايد توجه كرد كه محدوده قليائيتي كه در مورد آب بويلر قائل شديم بعداز اضافه كردن هر نوع ماده شيميائي يعني در مرحله نهايي است بنا براين وقتي قليائيت آ ب بويلر پايين است بايد از فسفات تري سديك استفاده كردكه هم سختي ها را بصورت لجن فسفات تري كلسيك در مي آوردوهم باعث افزايش قليائيت آب بويلر مي شود اما اگر قليائيت آب بويلر بالا باشد در آنصورت استفاده از فسفات منو سديك يا هگزا متا فسفات سديم توصيه مي شود هرچند كه فسفات ها را براي جلوگيري از ايجاد رسوب چسبنده وسخت به كار مي برند اما در بعضي ازشرايط ، خود توليد برسوب چسبنده هيدروكسي آپاتيت مي شود براي آنكه رسوبات ايجاد شده با اطمينان بيشتري به صورت لجن در آيند معمولاً مقدار كمي از مواد آلي (در حدود PPM ) به آب بويلر اضافه مي كنند اين مواد مي توانند طبيعي چون نشاسته تانين( TANIN ) كنترل پديده هاي كف كردن (FOAMING)، غلغل كردن (PRIMING )، حمل قطرات مايع توسط بخار ( CARRY OVER ) اين سه پديده خيلي به هم مربوط هستند هر كدام از اين هاشرايطي را كه باعث مي شوند آب بويلر ومواد جامد محلول در آن بويلر را ترك كنند را توصيف مي كنند كف كردن: عبارتست از توليد كف روي آب، كف مي تواند فقط روي آب باشد ويا تمام حجم بويلر را پر كند در هردو صورت ،كف كردن باعث مي شود كه بخار توسط مقدار قابل ملاحظه اي از آب بويلر آلوده شود. غلغل كردن: عبارتست از پاشيده شدن تكه هاي آب به فضاي داخل بويلر كه باعث آلوده شدن بخار مي شوددر پديده غلغل كردن ، سطح آب بويلر دستخوش تغييرات نسبتاً شديدي مي شود كه البته پيوسته نيست در صورتي مفداري از مواد جامد محلول در آب بصورت رطوبت همراه بخار سطح آب را ترك كند اين پديده را حمل قطرات مايع توسط بخار گويند و اغلب مقدار كم ولي پيوسته آب توسط بخار است. وقتي كه در بويلر غلغل كردن يا كف كردن داشته باشيم اغلب غير ممكن است كه سطح واقعي آب داخل بويلر را تعيين كنيم انتقال قطرات مايع توسط بخار يك مشكل است كه هم به خاطر مسايل مكانيكي وهم شيميائي اتفاق مي افتد طراحي نا مناسب بويلر، بالا بودن سطح آب در داخل بويلر وتغييرات ناگهاني در بار (LOAD ) بويلر از جمله مهمترين علل مكانيكي ايجاد پديده حمل قطرات مايع توسط بخار است. علل شيميايي مهم موثر در ايجاد اين پديده عبارتند از : زياد بودن TDS ، بالا بودن قليائيت، و وجود مواد روغني در آب ، براي اينكه اين پديده ها تحت كنترل در آيند بايد علل مكانيكي وشيميايي آنها را از بين ببريم مثلاً از قليائيت زياد در آب بويلر جلو گيري كنيم ويا TDS را كاهش دهيم. اضافه كردن موادي موسوم به ضد كف به آب بويلر نيز مفيد است گفته مي شود به كمك مواد ضد كف بدون ترس از رخ دادن پديده حمل قطرات مايع توسط بخار مي توان تا TDS برابر 30000 هم كار كرد فايده ديگر مواد ضد كف كاهش بلو دان است از روش هاي يمكانيكي جلو گيري از حمل قطرات مايع توسط بخار اين استكه با توجه به اختلاف دانسيته آب وبخار اين دو را از هم جدا كرد براي اينكار بافل هايي در مسير بخار نصب مي كنند كه جهت حريان را تغيير داده وباعث جدا شدن بخار و قطرات مايع مي گردند در عمل براي كاهش TDSناگزير به بلو دان سيستم تصفيه آب تغذيه بويلر هستيم. كنترل غلظت سود در بند ذكر شد كه قليائيت ساده آب بويلر بايد بين 60-80% قليائيت كل باشد در واقع اين حداكثر قليائيت به خاطر آنستكه غلظت سود سوز آور در آب بويلر بايد تحت كنترل باشد چون سود باعث نوعي شكستگي بين كريستالي موسوم به EMBRITTLEMENT CAUSTIC در فولاد بويلر مي شود. اين پديده وقتي رخ مي دهد كه فولاد كربن دار در دماي بالا ودر حضور سود سوز آور وتحت تنش باشد سه شرط لازم است تا اين نوع شكستگي در فلز رخ دهد. 1- فلز بويلر تحت تنش باشد (مثلاً به خاطر انبساط يا انقباض) 2- آب بويلر در ناحيه تنش نشت كند كه در نتيجه بخار از آن ناحيه خارج شده وغلظت مواد جامد محلول در آب در آن ناحيه افزايش يابد 3- غلظت سود در محلول در آب بويلر در آن ناحيه افزايش يافته وبه فلز حمله ور شود.هر سه شرط بايد همزمان وجود داشته باشد تا اين نوع شكستگي ايجاد شود با آزمايش هاي معمولي آب بويلر نمي توان به زمان شروع ودامنه پيشرفت اين نوع شكستگي پي برد حتي رسوب خود مي تواند براي تمهيد انجام اين پديده مفيد باشد چون مولكولهاي آب مي تواند در خلل وفرج رسوبات نفوذ كرده ودر آنجا تبخير شده ودر نتيجه غلظت سود در آن خلل وفرج بسيار زياد شود.شايد عملي ترين روش براي جلوگيري از اين پديده جلو گيري از غليظ شدن سود درآن نقاط است براي اينكار بايد قليائيت ساده آب بويلر را در حدود مجاز كنترل كر گفته شده است كه بعضي از مواد معدني چون نيترات سديم وپاره اي از مواد آلي چون تانين مي توانند در جلو گيري از اين پديده مفيد باشند نسبت غلظت اين مواد به قليائيت كل نبايد از 0.4 كمتر باشد.

مهندس داریوش هادی زاده