مرجع تخصصی آب و فاضلاب

رسوب گذاري و خوردگي در ديگ هاي بخار
(Scaling and corrosion of boiler) :
آب هاي طبيعي در اثر تبخير ، رسوباتي را برجاي مي گذارند كه در ديگ هاي بخار موجب بروز مشكلات مي شوند . همچنين اينگونه آب ها مي توانند خوردگي سطوح ديگ هاي بخار را شامل شوند. اين مشكلات علاوه بر متوقف شدن سيستم و لزوم به تعويض قطعات موجب افزايش هزينه هاي گوناگون ميگردند. بطوريكه استفاده از آب نامناسب در ديگ هاي بخار مسائل زير را به وجود مي آورد.
1) تشكيل رسوب بر جداره ديگ بخار (Scaling)
2) خوردگي سطح ديگ بخار (Corrosion)
3) حمل قطرات مايع توسط بخار (Carry over)
4) كف كردن (Foaming)
5) غلغل كردن (Priming)
6) شكنندگي قليايي فلز ديگ بخار (Coustic embrittle ment)
عوامل زيادي از جمله : ساختمان ، فشار ديگ بخار ، مقدار توليد بخار و شيوه بهره برداري در ميزان ايجاد مشكلات سهم موثري دارند.
مكانيسم تشكيل رسوب :
در اثر وجود املاح محلول در آب سه حالت مختلف رسوب در ديگ بخار تشكيل مي گردد.
1) رسوبات نرم كه به جداره ها نمي چسبند.
2) رسوبات نيمه سخت كه به جداره ها مي چسبند ولي به آساني جدامي گردند.
3) رسوبات بسيار سخت كه چسبندگي زيادي دارند و به آساني از جداره جدا نمي گردند.
رسوبات نوع سوم در ديگ هاي بخار ايجاد مشكل مي كنند و بنابراين لازم است به شيوه اي تصفيه گردد كه بتواند آب مناسب جهت تغذيه آب ديگ بخار را فراهم كند و درون ديگ رسوب ايجاد نشود. ايجاد رسوب در ديگ بخار به دو دليل عمده زير مي باشد :
1) تغيير در كيفيت شيميايي آب به هنگام ورود در ديگ بخار : در اين فرايند بيكربنات كه داراي حلاليت زيادي است به كلسيم كربنات كه داراي حالاليت بسيار كمي است تبديل شده و رسوب مي كند.
2) كاهش حلاليت املاح موجود در آب به دليل افزايش دما : تغيير دما در مكان هاي مختلف يك سيستم موجب مي شود كه در اثر بالا بودن دما در مجاورت سطوح ديگ بخار املاح موجود به صورت فوق اشباع درآيند و كريستال هاي رسوب تشكيل شوند.
مشكلات حاصل از تشكيل رسوب در ديگ هاي بخار :
ايجاد رسوب در جداره ديگ هاي بخار دو اشكال عمده به وجود مي آورد كه عبارتند از :
1) رسوبات حاصل از املاح موجود در آب تغذيه ديگ هاي بخار مانند يك لايه عايق عمل مي كنند و انتقال حرارت را به مقدار قابل توجهي كاهش مي دهند.
2) رسوبات ديگ بخار موجب كاهش انتقال حرارت و افزايش بيش از حد دماي فلز مي گردد كه در نتيجه باعث تخريب ساختار فلز و در نهايت تركيدن آن مي شود و خلل و فرج موجود در رسوبات نيز ضريب انتقال حرارت را تغيير مي دهند اگر اين خلل و فرج توسط گاز پر شوند انتقال حرارت به مقدار قابل توجهي كاهش مي يابد.
عوامل موثر در رسوب گذاري :
1) PH : در رسوب گذاري كلسيم وكربنات ، منيزيم هيدروكسيد ، تركيبات آهن بسيار موثر است افزايش PH ميزان رسوب را زياد مي كند.
2) سرعت سيال : سرعت سيال اثر متفاوتي بر روي رسوب گذاري املاح دارد . افزايش سرعت مي تواند شدت تشكيل رسوب را كاهش دهد زيرا سرعت سيال بر لايه مرزي اطراف جداره ها تاثير دارد. بديهي است هركدام از پديده هاي انتقال حرارت ، انتقال جرم در رسوب گذاري و مقدا رآن موثر مي باشد.
3) گازهاي محلول در آب : افزايش دما موجب كاهش حلاليت گازهاي محلول در آب ، تشكيل و تركيدن حباب در سطح آب و موجب فوق اشباع شدن املاح در فصل مشترك آب و بخار مي شود.
جلوگيري از تشكيل رسوب :
براي جلوگيري از ايجاد رسوب از تصفيه خارجي و تصفيه داخلي آب استفاده مي شود . در تصفيه خارجي آب معمولا از شيوه هاي زلال كننده ، تقطيري ، اسمز معكوس ، الكترودياليز و يا تعويض يوني استفاده مي شود. در تصفيه داخلي سعي مي گردد از ايجاد رسوب توسط مواد باقي مانده در آب تغذيه جلوگيري گردد. براي حذف رسوبات پوسته اي لازم است با افزودن مواد شيميايي به آب در تصفيه داخلي فرايند تبديل به رسوبات لجني انجام پذيرد. مواد شيميايي افزودني به آب براي جلوگيري از رسوب گذاري بايد به اندازه كافي باشد ولي به طور معمول مواد شيميايي را اضافه تر از ميزان استوكيومتري مصرف مي كننده به هر ترتيب قبل از افزودن هر ماده شيمايي به آب تغذيه ديگ هاي بخار بايد شرايط مناسب براي رسوبات لجني آماده شود. اين شرايط عبارتند از :
1) سختي آب : سختي آب تغذيه بايد حذف شود.
2) قليائيت : آب ديگ هاي بخار معمولا بايد قليايي باشد . در قليائيت پايين كلسيم كربنات كه هنگام افزودن سديم كربنات توليد شده است به خوبي رسوب نمي كند.
3) مواد شيميايي افزودني كه بايد شرايط مورد نظر را تامين كند : براي مثال سديم كربنات بايد قليائيت مورد نظر را تامين كند و بيشتر از مقدار استوكيومتري نباشد زيرا در اثر مصرف بيش از اندازه ، گاز كربنيك در فاز بخار نمايان مي شود كه موجب خوردگي مي شود.
خوردگي در ديگ هاي بخار (Boiler corrosion) :
جلوگيري از خوردگي ديگ بخار و دستگاههاي جانبي آب يكي از دلايل پر اهميت كنترل آب ديگ بخار است . دليل اصلي خوردگي ديگ هاي بخار به عوامل زير بستگي دارد .
- مقدار نامناسب اكسيژن - وجود يون هاي نامناسب
- PH نامناسب - وجود گازهاي محلول
- قليائيت نامناسب - ميزان سيليس زياد
كنترل PH آب :
هرچه PH آب از حالت خنثي كمتر باشد حلاليت آهن در آب بيشتر مي شود از اين رو در صنايع PH آ ب را بالاتر از هفت تنظيم مي كنند تا از خوردگي آهن جلوگيري شود.
كنترل قليائيت :
قليائيت آب ديگ بخار نيز در خوردگي و يا رسوب گذاري آب عامل بسيار مهمي است و مقدار مناسب آن بستگي به فشار بويلر دارد. قليائيت آب ديگ بخار بايد به اندازه كافي باشد كه PH لازم براي جلوگيري از خوردگي ايجاد نمايد همچنين قليائيت بيش از اندازه موجب كمك به نوعي شكنندگي كريستالي فلز ديگ بخار مي گردد.
كنترل سيليس (Sio2) :
اگر مواد معلق شامل سيليس باشد ، سيليس ذكر شده در آب ديگ بخار حل مي شود . اين سيليس حل شده در فشار بالا در فاز بخار وارد مي گردد و در شرايط مناسب در لوله ها و قسمت هاي مختلف توربين رسوب مي كند.
كنترل پديده هاي كف كردن ، غلغل كردن ، حمل قطرات مايع توسط بخار
كف كردن عبارت است از كف كردن روي سطح آب ، كف مي تواند روي سطح آب باشد و يا تمام حجم ديگ بخار را پر كند به هر ترتيب كف كردن ها موجب مي گردد كه بخار بوسيله مقدار قابل توجهي از آب ديگ بخار آلوده شود.
غلغل كردن عبارت است از پاشيدن ذرات و توده هاي آب به فضاي داخل ديگ بخار كه موجب آلوده شدن ديگ بخار مي گردد.
ممكن است بدون آنكه كف كردن يا غلغل كردن محسوسي داشته باشيم مقداري از مواد جامد محلول در آب به حالت رطوبت همراه بخار ، سطح آب را ترك كنندو اين پديده را حمل قطرات مايع توسط بخار گويند.
هرگاه در ديگ بخار غلغل كردن يا كف كردن داشته باشيم معمولا غير ممكن است كه سطح واقعي آب داخل ديگ بخار معين شود و انتقال قطرات مايع توسط بخار انجام پذيرد كه هم به دلايل مكانيكي و هم شيميايي انجام مي شود. طراحي نامناسب ديگ بخار از جمله مهمترين دلايل مكانيكي ايجاد پديده حمل قطرات مايع توسط بخار مي باشد. دلايل شيميايي مهم در ايجاد اين پديده شامل زياد بودن TDS و بالا بودن قليائيت و وجود مواد روغني در آب مي باشد.
شكنندگي قليايي فلز ديگ بخار :
غلظت قليا (سود سوزآور) در آب بويلر بايد تحت كنترل باشد چون ممكن است موجب نوعي شكنندگي قليايي شود . اين پديده هنگامي رخ مي دهد كه فولاد كربن دار در دماي بالا و در حضور سود سوزآور تحت تنش باشد.
كنترل يون كلر :
حضور يون كلر در آب بويلر به وسيله تبديل به فرم اسيدي بسيار خطرناك مي باشد و موجب از بين رفتن لايه محافظ داخل ديگ بخار مي گردد و حتي وجود حالت قليايي در آب ديگ بخار نمي تواند به خوبي از اثر اسيد تشكيل شده به ديواره ديگ بخار جلوگيري نمايد.

كنترل بلودان :
براي كاهش غلظت املاح محلول آب داخل ديگ بخار بهترين راه كنترل ميزان تخليه آن مي باشد ميزان بلودان نبايد از محدوده 5% بيشتر باشد . در عمل تخليه علاوه بر كنترل و يكنواخت كردن غلظت املاح محلول مقادير زيادي از لجن هاي داخل ديگ به صورت مواد معلق نمي توانند تخليه شوند.
كنترل اكسيژن محلول :
اكسيژن محلول در آب تغذيه ديگ بخار را معمولا به وسيله هوازدا (Dearator) به روش مكانيكي از آب حذف مي كنند اما چون در اين فرايند نمي توان ميزان اكسيژن را به حد مطلوب كاهش داد و نيز به دليل نشت هوا به داخل بعضي از اجزاء سيستم انتقال آب داخل ديگ بخار ، هميشه مقداري اكسيژن محلول در آب موجود است . اكسيژن مي تواند در دماي بالا موجب خوردگي شود بنابراين براي حذف كامل اكسيژن بايد از روش شيميايي نيز استفاده كرد.
استفاده از هيدازين يكي از روش هاي شيميايي حذف اكسيژن از آب است :
تجزيه هيدرازين اضافي در دماي بالا موجب تشكيل آمونياك و ازت مي شود . اگر آمونياك توليدي زياد باشد مي تواند در مجاورت اكسيژن موجب خوردگي اتصالات و لوله هاي مسي شود . مقدار هيدرازين لازم براي حذف اكسيژن برابر مقدار غلظت اكسيژن مي باشد اما در عمل حدود يك و نيم تا دو برابر اكسيژن تزريق مي كنند. براي جلوگيري از ايجاد آمونياك زياد در آب ديگ بخار لازم است غلظت هيدرازين باقي مانده در آب بويلر از PPm 1/0 بيشتر نشود.
شيوه هاي بهره برداري از ديگ هاي بخار :
به طور كلي سه شيوه گوناگون بهره برداري از ديگ هاي بخار به منظور جلوگيري از خوردگي و رسوب گذاري اجرا مي شوند اين سه شيوه عبارتند از :
1) روش قليايي
2) روش خنثي
3) روش نيمه قليايي
بهره برداري از ديگ هاي بخار به روش قليايي :
1) روش استفاده از فسفات و سود : دراين روش از سود سوز آور به ميزان PPm 1 و بقيه از تري سديم و فسفات تا( 2/11 –5/10) = PH و قليائيت در حد مجاز استفاده مي گردد. در اين حالت يون فسفات با كلسيم تركيب و Ca10(Po4)6(OH)2كه لجن گونه مي باشد و خاصيت چسبندگي ندارد را توليد مي كند. در اين شيوه سود سوزآور با منيزيم توليد منيزيم هيدروكسيد مي كند و رسوب مي نمايد و در 5/10 PH> توليد تري منيزيم فسفات مي كند كه چسبندگي آن از منيزيم هيدروكسيد كمتر است.
نكته اول : تري كلسيم فسفات در 2/10 PH< رسوب مي كند لذا اين نكته بايد مورد توجه باشد . نكته دوم : در فشار و ميزان توليد بخار بالاي ديگ ممكن است مخفي شدن فسفات در آب ديگ بخار انجام گيرد كه در نهايت در كاهش فشار و ميزان بخار ظاهر شدن فسفات مشخص ميگردد. پديده مخفي شدن فسفات در فشار هاي بالاي يك صد اتمسفر نمايان مي شود.
2) روش هم آهنگ فسفات : در اين شيوه سود سوز آور اضافي در ديگ بخار باقي نمي ماند. آزمايش هاي مختلف نشان داده اند كه كريستال هايي كه از محلول تري سديم فسفات در دماي بالا رسوب مي كنند شامل تركيبي از دي سديم فسفات و سديم هيدروكسيد ميباشند. وجود اضافي سديم هيدروكسيد موجب از بين رفتن فيلم محافظ اكسيد مغناطيسي آهن مي گردد و لذا حد مجاز نسبت مولي سود به فسفات بايد برابر 6/2 باشد.
در اين حالت ميزان فسفات تابعي از PH آب بويلر مي باشد ولي براي بويلرهايي كه در كمتر از فشار 65 اتمسفر بهره برداري مي شوند ، وجود هيدروكسيد بالا ايرادي ندارد ، مشروط بر آنكه از حدودمجاز قليائيت و TDS فشار كاري بويلر تجاوز نكند.
براي بويلرهايي كه در فشار 185-130 اتمسفر بهره برداري مي شوند ميزان فسفات حدود PPm 10-3 تنظيم مي گردد. در زير چند نكته مهم مورد توجه قرار ميگيرد :
الف ) هنگاميكه از فسفات آمونياك ، مورفولين و مواد شيمايي فرار استفاده مي شود بايد نسبت مولي صحيح رعايت شود.
ب) تري سديم فسفات تجاري به فرمول Na3Po4 , 12H2O و دي سديم فسفات تجاري به فرمول Na2HPo4 , 2H2O مي باشد بنابراين مخلوطي به ميزان درصد وزني 65% تري سديم فسفات و 35% دي سديم فسفات نسبت مولي را توليد مي كند.
پ) مي توان براي تنظيم PH ميزان درصد تري سديم فسفات و دي سديم فسفات را تغيير داد تا PH مورد نظر حاصل گردد.
3) استفاده از كلانت ها : برخي از آمين ها و اسيدهاي آلي مانند NTA,EDTA را مي توان جهت كلانت كردن يون هاي آب تغذيه و يا محصولات خوردگي به ديگ بخار تزريق كرد و در نهايت كمپلكس هاي محلول تشكيل شده همراه با كلسيم فسفات و منيزيم هيدروكسيد در هنگام تخليه ديگ بخار خارج گردند. اين شيوه بهره برداري براي ديگ هاي بخار تا فشار 70 اتمسفر مفيد مي باشد.
الف- بايد توجه داشت كه اين مواد نمي توانند با يون هاي سه ظرفيتي آهن پيوند كلانت تشكيل دهند.
ب- اين مواد نبايد در حضور اكسيژن چه در بويلر و چه در آب تغذيه استفاده شوند و يا به عبارت ديگر اكسيژن بايد از قبل حذف شده باشد.
پ – ميزان اضافي كلانت ها در آب ديگ بخار موجب خوردگي سطوح غير آهني و حتي آهني مي شود بنابراين شركت بابكوك ( يكي از سازندگان ديگ هاي بخار) بر اساس استوكيومتري به ميزان PPm 1 ميزيان سختي و آهن باقي مانده در آب ديگ بخار را پيشنهاد مي كند.
ت – هرگاه درون درام ، رسوب لجن گونه داشته باشد لازم است ميزان كلانت در حد PPm 2-1 افزايش يابد.
ث- وسايل تزريق و پمپ ها بايد از مواد ضد زنگ انتخاب شوند.
معايب استفاده از شيوه فسفات ، هيدروكسيد ، كلانت :
- احتمال پيدايش شكنندگي قليايي در صورت هرگونه بي توجهي
- احتمال پنهان شدن فسفات در فشار بالا و كاهش بار و پديدار شدن آن در فشار كم و يا افزايش بار
- وجود هدايت الكتريكي و TDS بالا در ديگ بخار
- احتمال كف كردن ، غلغل كردن و حمل قطرات مايع توسط بخار
- احتمال وجود يون سديم در فاز بخار كه گاهي اوقات خطرناك مي باشد.
- احتمال بوجود آمدن خوردگي يا وجود PH پايين در فاز بخار
4) استفاده از فسفات – سديم هيدروكسيد و مواد قليايي فرار : در اين شيوه از فسفات ، هيدرازين ، آمونياك ، مورفولين ، سيكلوهگزين آمين و يا يكي از آمين هاي فرار استفاده مي شود. براي نتيجه گيري مناسب به ميزاني از ماده قليايي فرار استفاده مي شود كه مشكلي در مبدل هاي حرارتي و بخصوص چگالنده ايجاد نشود و كمبود ماده قليايي در ديگ بخار توسط سديم فسفات و سود سوزآور به شيوه اي كه رسوب گذاري و شكنندگي قليايي ايجاد نگردد تامين مي شود.
مزاياي اين روش :
- چون از ماده قليايي فرار و غير فرار استفاده مي شود مي توان PH مناسب را با توجه به جنس مواد بكار برده شده با بهترين حالت ممكن ايجاد نمود.
- بخشي از حالت قليايي ديگ بخار به وسيله ماده قليايي فرار تامين مي گردد و بدين ترتيب تنظيم قليائيت ديگ بخار آسان تر و مشكل رسوب گذاري كمتر مي گردد و همچنين خطر شكنندگي قليايي در اين شيوه كمتر است.
معايب اين روش :
- در صورت سهل انگاري و تزريق بيشتر ماده قليايي فرار خطر خوردگي در چگالنده و برخي از مبدل هاي حرارتي وجود دارد.
بهره برداري از ديگ هاي بخار به شيوه خنثي :
در اين روش لازم است آب توليدي كه جهت بويلر استفاده مي گردد بسيار خالص باشد . هدايت الكتريكي آب توليدي در اين روش بايد كمتر از يك دهم ميكروزيمنس بر سانتي متر باشد.
مزاياي اين روش :
كنترل شيميايي آسان تر مي باشد.
مواد شيمايي دراين شيوه مصرف نمي شود.
اگر در كندانسور يا برج خنك كننده از آلومينيوم استفاده شده باشد شرايط براي آن ايده آل مي باشد.
خطر شكنندگي قليايي در اين سيستم موجود نيست.

معايب اين روش :
آب تغذيه بايد داراي كيفيت بسيار خوب باشد.
هدايت الكتريكي آب نبايد از پانزده ميكروزيمنس بر سانتي متر بيشتر شود و اگر بيشتر است كنترل هاي اوليه شديدي لازم است كه درون لوله ها خوردگي حفره اي (Pitting) شروع نشود.
ميزان توقف هاي واحد بايد بسيار كم باشد تا لايه مناسب (Fe2O3) تشكيل شود و تخريب نگردد.
در توقف ها ميزان خوردگي در اين شيوه بيشتر از شرايط قليايي مي باشد.

بهره برداري از ديگ هاي بخار به شيوه نيمه قليايي :
در اين شيوه PH حدود 5/8 تنظيم مي گردد و معمولا تنظيم PH با آمونياك يا يك آمين فرار مي باشد. در اين شيوه بايد آنيون ها حداقل باشند. بدين ترتيب اگر آب قبل از ورود به ديگ بخار از رزين كاتيوني عبور كند بايد داراي هدايت الكتريكي كمتر از يك دهم ميكروزيمنس بر سانتي متر باشد و بقيه شرايط مشابه شيوه خنثي خواهد بود.
مزاياي اين روش :

دراين شيوه يك حالت متعادل سازي (Compromise) بين حالت قليايي و روش خنثي وجود دارد. لذا در موقع توقف ديگ بخار وهمچنين توقف ها و راه اندازي ها ، مشكل خوردگي آهن كمتر مي باشد.
اگر طراحي ديگ بخار به شيوه اي باشد كه نتوان با سيستم خنثي كار كرد مي توان بويلر را به شيوه قليايي و مسير بخار چگالنده و يا برج خنك كننده را با روش خنثي و يا نيمه قليايي بهره برداري كرد.

لازم به ذكر است كه به دليل اهميت موضوع هر گونه تغير در طراحي و يا انتخاب شيوه بهره برداري و حتي تغيير در حد مجاز پارامترهاي سيكل آب و بخار نياز به تخصص ،مهارت و دقت عمل زياد خواهد داشت كه بايد جدي گرفته شود. 

آب‌شناسي (دانش هيدرولوژي) در ايران باستان - یکشنبه سوم مرداد 1389
آلاينده‏هاي روان آبها - شنبه دوم مرداد 1389
جداسازی روغن - شنبه دوم مرداد 1389
تصفیه فاضلاب - جمعه یکم مرداد 1389
انعقاد پیشرفته در تاسیسات موجود تصفیه ی آب - جمعه یکم مرداد 1389
مخازن ته نشینی - پنجشنبه سی و یکم تیر 1389
نقش آب در طراحی پارك - پنجشنبه سی و یکم تیر 1389

مرجع تخصصی آب و فاضلاب