روش‌های تصفیه آب بویلر

مقدمه

در مطالب قبلی به ویژه در مقاله تصفیه آب مصرفی بویلرهای صنعتی با مباحث مقدماتی و هدف از تصفیه آب و انواع بویلر صنعتی آشنا شدید. در ادامه مباحث تصفیه آب در مقاله کنترل رسوب و خوردگی در بویلرهای صنعتی با روشهای کنترل رسوب و خوردگی در بویلرهای آشنا شدید. در این مقاله انواع روش تصفیه آب بویلر را برای شما تشریح خواهیم کرد، پس همراه ما باشید.

روش تصفیه معمولی با فسفات

کنترل روش تصفیه متعارف با فسفات مستلزم حفظ مقادیر باقیمانده فسفات و هیدروکسید در آب بویلر است. مقدار باقیمانده فسفات معمولا در محدوده mg/l PO₄ 20 – 40 حفظ می شود. در صورتی که بتوان سطح قلیائیت هیدروکسیدی را بدون انجام زیر آب زنی اضافی کنترل نمود، میزان مجاز آن در آب لزوما mg /l 125 – 145 بر حسب CaCO₃ خواهد بود.

انجام روش تصفیه ای فوق شرایط مطلوبی را برای رسوبگذاری کلسیم به فرم کلسیم هیدروکسی آپاتیت و منیزیم به فرم سر پنیت فراهم خواهد نمود. در ضمن با این روش قلیائیت مازاد جهت خنثی سازی هر گونه آلودگی اسیدی تامین خواهد شد. اعمال این روش مخصوصا در صورت ورود آلاینده های آلی به بویلر می تواند شرایط ایجاد کف را تسهیل نماید. به کار گیری روش تصفیه ای فوق برای بویلرهایی که در فشارهای بالای 1000Psi کار می کنند می تواند احتمال اثر تخریبی هیدروکسید سدیم تغلیظ شده را افزایش دهد. در بویلرهایی که با فشارهای زیر 1000Psi کار می کنند، اثرات تخریبی ناشی از سود تغلیظ شده نادر می باشد.

روش تصفیه هماهنگ فسفات

روش تصفیه هماهنگ کنترل فسفات برای حذف مشکل مربوط به اثر تخریبی هیدروکسید سدیم تغلیظ شده ابداع شده است. با این روش توانایی بهبود آلودگی آلی اندکی کاهش یافته و در ضمن امکان خنثی سازی آلودگیهای اسیدی متناسب با روش هماهنگی کنترل فسفات تقلیل می یابد. انجام روش تصفیه هماهنگ فسفات مستلزم عدم وجود قلیائیت در آب جبرانی است. آب جبرانی معمولا از طریق واحد تبخیر و واحد پیش تصفیه آب بی یون تامین می گردد.

روش تصفیه هماهنگ فسفات مستلزم حفظ مقدار مازادتری سدیم فسفات و فقدان حضور هیدروکسید سدیم است. مقدار اضافی فسفات معمولا در محدوده mg /l PO₄ 5-25 حفظ می شود. به دلیل هیدرولیز تری سدیم فسفات همواره مقادیر اندکی از یون هیدروکسید وجود خواهد داشت.

PO₄ + H₂O → HPO₄^– + OH^–

به دلیل فقدان یون هیدروکسید آزاد (هیدروکسید مازاد بر هیدروکسید تشکیل شده بر اثر هیدرولیز تری سدیم فسفات) ، هیدروکسید سدیم نمی تواند به فرم تغلیظ شده در آب حضور داشته باشد.

در صورت تغلیظ مواد جامد بر روی سطوح لوله امکان معکوس شدن واکنش هیدرولیز (معادله فوق) در بویلر وجود خواهد داشت. مقادیر اندکی آلودگیهای اسیدی یا قلیایی می تواند وارد (آب) بویلر شود. به همین علت برای بازیابی نسبت مطلوب فسفات لازم است سدیم هیدروکسید، دی سدیم فسفات یا مونوسدیم فسفات را به آب بویلر افزود.

خط نسبت 3=Na / PO₄ در شكل 7 بیانگر این رابطه است.

روش تصفیه هماهنگ فسفات معمولا برای بویلرهایی بسیار سودمند خواهد بود که در محدوده فشار Psi 1000 – 1500 کار کنند. هر چند کاربرد روش کنترل هماهنگ فسفات برای بویلرهای که در فشارهای بالاتر از 1500Psi کار می کنند، غالبا منجر به اثر تخریبی سدیم هیدروکسید تغلیظ شده می گردد.

اثر تخریبی هیدروکسید سدیم در روش تصفیه هماهنگی فسفات به طور غیر مستقیم از پدیده Hide Out ناشی می گردد. مواد جامد موجود در آب بویلر تغلیظ شده و یا در سطوح انتقال حرارت بویلر به فرم خشک در می آیند.

با این حال تری سدیم فسفات هرگز به فرم تری سدیم فسفات خشک ته نشین نخواهد شد. فرم جامد خشک ترکیبی با فرمول تقریبی Na_2.8 H_0.2 PO₄ بوده و متفاوت از Na₃PO₄ است. به محض وقوع پدیده Hide Out- در بویلری که حاوی تری سدیم فسفات می باشد، مطابق واکنش زیر هیدروکسید سدیم در آب بویلر تشکل می شود

Na₃ PO₄ +0.2H₂O → Na_2.8H_0.2PO₄ +0.2NaOH

در این صورت هیدروکسید سدیم تشکیل شده بر روی سطوح لوله تغلیظ خواهد شد. بیشترین احتمال وقوع تغليظ هیدروکسید سدیم در زیر محل تجمع بالای محصولات خوردگی با لوله های شیبداری است که در آنها جریان حاصله جمع شده و مانع آبکشی مواد جامد تغلیظ شده از دیواره لوله می گردند. نسبت مولی سدیم به فسفات در یک ترکیب ته نشین شده از روی نسبتهای هم ارز تعیین می شود.

روش تصفیه هم ارز فسفات

امکان جلوگیری از ایجاد پدیده Hide Out /هم ارز برای بویلرهای در حال کار وجود ندارد. روش کنترل هم ارز آب بویلر به این علت ابداع شده است که بتوان تضمین نمود یون هیدروکسید در شرایط اختفاء Hide Out تشکیل نمی شود. روش پیش تصفیه ای نامبرده مبنای این اصل صورت می گیرد که نسبت Na / PO₄ در آب بویلر نمی تواند بالاتر از خط نسبت هم ارزی باشد.

در صورت تحقق این هدف تحت هیچ شرایطی هیدروکسید سدیم آزاد در بویلر تشکیل نخواهد شد و به این ترتیب خطر خورندگی هیدروکسید سدیم منتفی خواهد شد. تركيب ماده فسفات سدیم تشکیل شده در شرایط Hide Out با توجه به شدت فشار و دما اندکی تغییر خواهد نمود. برای اطمینان از اینکه نسبت Na /PO₄ در آب بویلر در کمتر از نسبت کافی برای ترکیب Hide Out باقی می ماند و نیز رعایت حد مجاز ایمنی ، نسبت کنترل آب بویلر را معمولا در حد 2.6 نگه می دارند.

متداولترین روش تهیه منحنی کنترل برای روش تصفیه هم ارز فسفات ترسیم pH بر حسب تابعی از غلظت كل فسفات در نسبت Na / PO₄ برابر 6 می باشد (شکل فوق).

به منظور کنترل روش تصفیه ای نامبرده، مقادير pH و غلظت كل فسفات اندازه گیری شده و تنظیمات لازم برای حفظ pH در محدوده پایین تر از منحنی 2.6 صورت می گیرد. مقادیر اضافی فسفات برای کنترل هم ارز فسفات را معمولا در محدوده mg / l PO₄ 2 – 20 نگهداری می کنند. برای انجام کنترل هم ارز تبخیر کننده ها با تجهیزات بی یون سازی، آب جبرانی مورد نیاز می باشد. نیاز به کاهش بیشتر در قلیائیت برای کنترل هم ارز در قیاس با روش کنترل هماهنگی باعث می شود که توانایی اصلاح آلودگی هایی که وارد بویلر می شوند به مراتب سخت تر شود.

روش تصفیه با بازدارنده‌های فرار

على رغم اصلاحاتی که در روشهای تصفیه با فسفات به منظور کاهش قابلیت ایجاد خوردگی صورت گرفته است، توانایی اصلاح آلودگی ها کاهش یافته است. شواهدی وجود دارد که نشان می دهد خود فسفات در صورت تغلیظ می تواند برای فلز بویلر خورنده باشد. به نظر می رسد که بهترین درجه حفاظت از خوردگی برای جزء فولادی بویلر با حذف تمام مواد شیمیائی جامد مورد استفاده جهت تصفیه آب از آب بویلر حاصل گردد. گاهی اوقات بویلرهای معمولی دارای فشارهای بهره برداری بالاتر از Psi 2000، الزاما با آب خالص کار می کنند.

در این حالت تنها مواد شیمیائی افزودنی به سیستم بویلر عبارتند از: آمونیاک یا یک آمین خنثی کننده و غالبا هیدازین. این روش تصفیه ای را معمولا تحت عنوان تصفیه با مواد فرار AVT (All Volatile Treatment) می شناسند. هر چند که روش AVT منجر به عدم توانایی کلی در بهسازی عوامل آلوده کننده می شود. به همین علت دستور العمل های بهره برداری باید از محدودیت شدید برخوردار بوده و به علت احتمال ورود ماده آلوده کننده بر اثر نشتی باید طرحهای عملیاتی را هر چه سریعتر آغاز نمود. برای اجراء موفقیت آمیز و ماندگاری روش AVT باید روش تصفیه خارجی آب جبرانی قابلیت کاهش میزان کل مواد جامد محلول تا مقادیر بسیار اندک را دارا باشد. در حال حاضر روش تصفیه ای AVT که در اینجا مورد بحث قرار گرفته است، عمدتا طیف کاملی از انواع روشهای تصفیه ای آب بویلر را در بر می گیرد.

مزایا و محدودیتهای هر کدام از این روشها را باید مورد ارزیابی قرارداد. محدودیتهای شدید در مورد میزان مجاز مواد آلوده کننده موجود در آب خوراک، به کارگیری روش AVT را در سیستمهای صنعتی محدود ساخته است. بعضی بویلرهای صنعتی پر فشار دارای مشخصه های طراحی ویژه ای هستند که بتوانند حتی با وجود تغلیظ مواد جامد در بویلر با روش AVT به بهترین نحو کار کنند. در مواردی که محدویتهای بسیار شدید برای خلوص بخار در بویلرهای صنعتی اعمال می گردد، AVT می تواند روش تصفیه ای انتخابی باشد.

انجام تصفیه با ماده کی لیت کننده

یک ماده کی ليت کننده ترکیبی است که توسط به اشتراک گذاشتن بیش از یک جفت الكترون با یک یون فلزی ، یک کمپلکس حلقوی با پایداری بالا تشکیل می دهد. روش تصفیه با ماده کی لیت کننده از این لحاظ که کی لیتهای کلسیم و منیزیم محلول می باشد ، مورد توجه است.

متداولترین عوامل کی لیت کننده مورد استفاده برای تصفیه آب یک بویلر صنعتی عبارتند از: اتیلن دی آمین تترا استیک اسید (EDTA)، نیتریلو تری استیک اسید (NTA)، و مخلوطی از این دو. هر چند کی لیتهای حاصل از یونهای عامل سختی و آلودگیهای یون فلزی محلولند، با این حال آنیونهای متداول و متعددی در آب بویلر وجود دارند که در تعارض با ماده کی ليت کننده هستند.

رسوبات کاملا نامطلوب کربنات کلسیم و سولفات کلسیم را می توان توسط انجام تصفیه با ماده کی الیت کننده حذف نمود. در هر صورت فسفاتها اثر کی ليت کنندگی کلسیم را خنثی می کنند و در صورتی که میزان آنها قابل توجه باشد، موجب ته نشینی فسفات کلسیم خواهند شد. هیدروکسید و سیلیس هر دو مانع کی لیت شدن منیزیم می شوند.

با توجه به غلظت تمام گونه های شیمیائی موجود در آب بویلر، امکان تشکیل رسوب سیلیکات منیزیم وجود دارد. به دلیل وجود اثر رقابتی یون هیدروکسید، نمی توان توسط روش تصفیه با ماده کی ليت کننده میزان قابل ملاحظه ای از آهن را حل نمود. با این حال می توان به کمک ترکیبی از یک ماده دیسپرسانت پخش کننده و روش تصفیه با ماده کی ليت کننده ، رسوبات آهنی را به گونه ای موثر زدود.

کی لیتهای EDTA با یونهای آلوده کننده به مراتب پایدارتر از کی لیتهای حاصل از NTAهستند. EDTA در دماهای معمول آب بویلر متلاشی می شود اما کی لیت فلزی آن در صورتی که قبل از رسیدن به دمای بالا تشکیل شده باشد، در دماهای معمول آب بویلر پایدار خواهد بود.

NTA در دماهای معمول بویلر پایدار است و کی لیت باقیمانده می تواند در آب بویلر باقی بماند. مقایسه روش کنترل رسوب و خوردگی مشابه مباحثی است که برای تصفیه با فسفات بحث شد اما کمی مشکل تر می باشد. روش تصفیه با ماده کی ليت کننده بهترین روش برای اصلاح آلودگیهای عامل سختی می باشد، اما در صورت استفاده نادرست می تواند موجب خوردگی شود.

مقادیر اضافی مادہ کی ليت کننده در حضور مقدار بالای مواد آلوده کننده و محصولات حاصل از تجزیه ماده کی ليت کننده می توانند موجب خوردگی فولاد بویلر شوند. سطح قلیائیت مازاد , mg/ l CaCO₃ 250 – 600 را باید برای آب بویلر حفظ نمود تا به این ترتیب هر گونه امکان خوردگی به حداقل برسد. مواد کی لیت کننده را بایستی در مخزن تغذیه آب بویلر تزریق نمود چون ممکن است به قطعات آلیاژ مسی پمپ تغذیه آسیب برساند و بهترین محل تزریق آن بعد از پمپ تغذیه و قبل از ورود به بویلر خواهد بود.

بنا به آنچه قبلا گفتیم در کمترین نقطه دمایی شرایط برای ایجاد واکنش بین EDTA با مواد آلوده کننده قبل از اینکه مقدار قابل ملاحظه ای از EDTA تجزیه شود، مهیا می باشد. محل ترجیحی تزریق ، پمپ تغذیه بویلر است. برای تحقق این هدف یک پمپ تزریق شیمیائی پر فشار و یک لوله تزریق از جنس فولاد زنگ نزن مورد نیاز می باشد. به دلیل امکان تخریب آلیاژ های مسی در پمپ تزریق بویلر عمل تزریق به مخزن هوازدا توصیه نمی شود.

در صورت تغذیه مناسب ماده کی ليت کننده مقادیر مازاد ماده کی ليت کننده در آب بویلر وجود خواهد داشت. هر چند که وجود مقدار اضافی ماده کی ليت کننده در آب بویلر به خودی خود نشان دهنده کنترل مطلوب روند تزریق نمی باشد. همواره باید مقدار اضافی ماده کی ليت کننده در آب خوراک بویلر وجود داشته باشد.

مقدار اضافی ماده کی ليت کننده در آب بویلر در صورتی که عواملی سختی کی لیت نشده بسیار اندک باشند، می تواند از رسوبگذاری ممانعت نماید ولی اگر همواره سطح غلظتی عوامل کی لیت نشده زیاد باشد نخواهد توانست از تشکیل رسوب جلوگیری کند.

در نتیجه روش تصفیه با ماده کی ليت کننده راه حل مناسبی برای تغییرات بسیار بالا و غلظتهای مازاد سختی در آب جبرانی و برگشتی های کندانسه نخواهد بود. انجام روش تصفیه با ماده کی ليت کننده با توجه رهنمودهای کلی ارائه شده در بالا برای بویلر های صنعتی که در فشارهای حداکثر 1000Psi کار می کنند، موثر خواهد بود.

روش تصفیه با ماده کی ليت کننده برای فشارهای 1300Psi نیز به کار گرفته شده است، اما تجربه های حاصل از این روش برای فشار های بالاتر از 1300Psi محدود است. بعضی از روش های تصفیه بکار رفته برای فشارهای بالا تر از 1000Psi شامل قلیائیت مازاد پایین و همراه با فسفات بوده است. در چنین شرایطی بر انجام پیش تصفیه اولیه بویلرها توسط روش یون زدایی که منجر به حداقل رساندن غلظت سختی در آب خوراک می شود، تاکید می گردد.