در این گزارش ( گزارش چهارم ) از سری گزارش های کارآموزی با توجه به اهمیت آب در صنعت ولزوم تصفیه آن برای سیستم های خنک کننده ونیز برای تولید بخار ابتدا به بررسی آب های صنعتی، منابع ناخالصی آب، انواع سختی آب، روش های تصفیه آب، مکانیسم خوردگی آب وعوامل آن و نیز روش های جلوگیری از آن خواهیم پرداخت.
سپس به طور مختصر برج های خنک کننده آب و انواع آنها و مکانیسم خنک کردن در این برج ها را شرح خواهیم داد. در ادامه به بررسی وضعیت و شرایط آب مورد نیاز برای تولید بخار و روش های تصفیه آب، ونیز روش های جلوگیری از رسوب دهی و خوردگی در دیگ های بخارو بویژه روش استفاده از فسفات در دیگ بخار می پردازیم.
لازم به ذکر است که مطالب آورده شده در این گزارش کلی بوده ومربوط به نوع خاصی از یک دستگاه یا فرآیند خاص نبوده و هدف صرفاً آشنایی بیشتر با آب های صنعتی، برج های خنک کننده آب و نیز آب مورد نیاز دیگ های بخارمی باشد.
تعریف آب های صنعتی
آب صنعتی برای صنایع مختلف دارای تعاریف متفاوتی می باشد اما بطور کلی آبی را که صنعت برای استفاده خود در هر بخش طلب می کند را " آب صنعتی " می نامند، ودر صنایع فرآیندی نفت به آبی گفته می شود که برای برج های خنک کننده و دیگ های بخارتهیه می گردد و بایستی دارای خواص ثابتی باشد، به عنوان مثال آب صنعتی مورد استفاده در دیگ های بخاربایستی از نظر سختی کاملاً سختی زدایی شده و با توجه به فشار دیگ بخار مقدار سیلیس آن در حد مجاز، کنترل و یا اینکه اکسیژن و دی اکسید کربن آب قبل از ورود به دیگ بخار حذف گردد.
منابع ناخالصی های آب
آب پس از ورود به بخش صنعت، توسط فرآیند های مختلف آلوده می گرددچرا که ما برای حذف بعضی از عوامل مزاحم در آب برای فرآیندی مشخص از مواد شیمیایی مختلفی استفاده می کنیم به عنوان مثال در آب دیگ های بخار برای حذف اکسیژن آب با ازدیاد سولفیت سدیم همواره مقدار سولفات آب را افزایش می دهیم. ضمناً آب صنعتی به علت تماس با دستگاههای مختلف توسط مواد شیمیایی فرآیندی آلوده می شود.
یکی دیگر از منابع آلودگیهای آب در صنعت بخصوص در برج های خنک کننده علاوه بر مواد افزودنی به آب، مواد معلق و ترکیبات شیمیایی موجود در هوای محیط می باشندکه در اثر تماس با آب در برج های خنک کننده آب، باعث آلودگی آب می گردند.
تصفیه آب های صنعتی
برای تهیه آب مورد استفاده در صنعت شناخت کامل آب و املاح موجود در آن ضروری است زیرا برای هر دستگاه صنعتی یک نوع آب با مشخصات ویژه ای قابل استفاده می باشد ولی چون آب به طور طبیعی دارای این مشخصات نمی باشد لازم است آن را طی فرآیند های
مختلفی منطبق با نیاز صنعت تصفیه نمود. مهمترین املاحی که معمولاً در آب صنعتی تولید اشکال می کنند، نمکهای فلزات قلیایی خاکی می باشند که در آب باعث پدید آمدن سختی
( Hardness ) می گردند.از مشخصات آب سخت دیر کف کردن صابونها و نتایج مصرف آن، گرفتگی دستگاهها ، ایجاد رسوب، کاهش راندمان حرارتی و نهایتاًً خوردگی و
سوراخ شدن لوله ها می باشد. یکی دیگر از موادی که وجودش در آب برای صنعت تولید اشکال می کند سیلیس می باشدکه بخصوص در مورد دیگ های بخار فشار بالا افزایش بیش از حد غلظت سیلیس باعث ایجاد رسوب وکاهش راندمان توربین وازکارافتادگی آن به دلیل خوردگی مکانیکی ( Erosion ) می شود. رسوبات سخت سیلیس که در شرایط کار دیگ های بخار تشکیل می شوند و به سختی می توان تمیز نمود، انتقال حرارت را در درون لوله ها بشدت کاهش داده و موجب افزایش درجه حرارت لوله ها ودر نتیجه سوختن (Over Heating ) و پاره شدن لوله های دیگ بخار ( Tube Failure ) میگردند.
مقدار مجاز سیلیس در آب خوراک دیگ های بخار مختلف ، متفاوت بوده و بستگی به فشار عملیاتی دیگ بخار و قلیاییت آب دارد. در جدول زیر محدوده غلظت سیلیس در دیگ های بخار با فشاری در محدوده 0 – 900 psi g آورده شده است.
لازم است آب صنعتی را قبل از استفاده در دیگ های بخار مورد تصفیه خاص قرار داد تا بتوان سختی وسیلیس آن را در حد مجاز ( TH < 2 ppm ) کنترل نمود.
سختی آب ( Hardness )
سختی آب به خاطر حضور املاح ( کاتیونهای ) دو ظرفیتی است که در آن پیدا می شود و مهمترین آنها کلسیم و منیزیم می باشند ( آهن و منگنز در آب های سطحی بندرت با غلظت قابل توجهی وجود دارند. ) سختی آب به دو نوع موقت و دائم تقسیم می شود.
سختی موقت : سختی موقت یا کربناته مربوط به کربنات ها و بی کربنات های کلسیم و
منیزیم می باشد و چون در اثر حرارت ایجاد رسوب می کنند سختی موقت نامیده می شوند.
Ca(HCO3)2 →Q→ CaCO3 ↓ + CO2 ↑ + H2O
سختی دائم : سختی دائم مربوط به سولفاتها و کلرورها و ... کلسیم و منیزیم بوده و چون سختی موقت بسیار نامحلولتر از سختی دائم آب می باشد ، بیش از سختی دائم ایجاد اشکال می کند.
سختی دائم + سختی موقت = Total Hardness ( TH )
آهک معمولاً به صورت هیدراته برای حذف سختی های کربناته و غیر کربناته مورد استفاده قرار می گیرد . اما در بعضی از دستگاههای بزرگ استفاده از آهک به صورت CaO مقرون به صرفه تر است. بنابراین در بیشتر مواقع لازم است آهک را قبل از استفاده بصورت هیدروکسید درآورد.
CaO + H2O → Ca(OH)2
یکی از مهمترین مزایای فرایند آهک - سودا حذف سیلیس می باشد، به گونه ای که در ازاء حذف 100 PPm منیزیم در این فرآیندمقدار 12 PPm سیلیس آزاد میگردد. برای حذف سیلیس در صورت عدم وجود منیزیم کافی بایستی ترکیباتی حاوی منیزیم، مانند
اکسید منیزیم ( MgO ) به محیط واکنش اضافه نمود زیرا باعث افزایش TDS نمیشود.
TDS = Total Dissolved Solid
مکانیسم خوردگی
خوردگی یک فرآیند الکتروشیمیایی است که باعث می گردد فلزات به حالت طبیعی و خام خود تبدیل شوند.به عنوان مثال در اثر خوردگی فولاد به اکسید آهن تبدیل می شود که این عمل برای فلزاتی مانند مس، روی، آلومینیم و غیره نیز صادق می باشد. خوردگی باعث از بین
رفتن قطعات گران قیمت ، تشکیل رسوبات سنگین حاصل از واکنش های خوردگی فلزات برسطوح و ... گردیده که خسارات زیادی را بدنبال دارد.
عوامل مهم خوردگی در آب های صنعتی
عوامل مهم خوردگی در آب های صنعتی عبارتنداز :
اکسیژن : حضور اکسیژن محلول در آب موجب پدید آمدن واکنش های کاتدی گردیده ودر لوله های جریان آب تولید خوردگی از نوع حفره ای می کند.
مواد جامد محلول : وجود یونهای محلول در آب باعث افزایش خاصیت هدایت الکتریکی آب شده که به طور مستقیم موجب نشر واکنش های خوردگی به کلیه نقاط می گردد.
مواد جامد معلق : مواد جامد معلق باعث خراشیدن و فرسودگی سطوح می شوند و در نتیجه پیلهای الکتروشیمیایی راحت تر تشکیل شده و میزان خوردگی به شدت افزایش مییابد.
درجه آلکانیتی یا اسیدیته : بالا بودن اسیدیته آب ( پایین بودن درجه آلکانیتی ) باعث تشدید واکنش های خوردگی و پدید آمدن لایه ای از اکسید فلز بر سطح فلز می گردد
بصورتی که حتی در PH = 7 ( خنثی ) یا PH = 7.5 ( قلیاییت ضعیف ) نیز این عمل صورت می پذیرد.
سرعت آب : سرعت آب باعث افزایش تماس اکسیژن با فلز، حمل مواد حاصل از خوردگی و فرسایش سطح فلز یا لایه محافظ آن می گردد. البته سرعت کم آب نیز می تواند موجب رسوب ذرات معلق گردیده که این امر سبب ازدیاد خوردگی در یک محل بخصوص به صورت قطعی می شود.
دما : یکی از پارامتر های مهم در خوردگی درجه حرارت می باشد. سرعت خوردگی با افزایش 10 - 0 درجه دو برابر می شود که البته این امر تا دمای 72 ċ صادق است.
میکروارگانیسم ها ( در سیستم خنک کننده ) : رشد میکرو ارگانیسم ها می تواند یکی دیگر از عوامل خوردگی باشد زیرا مواد حاصل از بعضی از واکنش های میکروبی نیز خورنده می باشند.
در صنعت ، خوردگی در بخش های مختلف تولید بخار، لوله های حاوی بخار و آب کندانس و در سیستم خنک کننده از اهمیت خاصی برخوردار است زیرا در اثر خوردگی مبدل های حرارتی از کار افتاده، مسیر های جریان بخار سوراخ شده و این امر باعث میگرددکه هزینه چه از جهت جایگزینی و نگهداری وچه از نظر قطع شدن جریان تولید ، افزایش یافته وراندمان تولید را از نظر اقتصادی به شدت کاهش دهند.
مکانیسم تشکیل رسوب و تشخیص نوع آن
رسوبات تولید شده در روی سطوح انتقال حرارت معمولاً به دو دسته تقسیم می شوند:
١ – Fouling : رسوباتی که حاصل از مواد معلق جامد موجود در آب بوده و به علت تجمع روی سطوح انتقال باعث کاهش راندمان حرارتی می گردند.
٢ – Scale : رسوباتی که حاصل از مواد غیر آلی موجود در آب می باشد. هنگامی که غلظت این مواد از حد اشباع بیشتر می شود رسوب سختی روی سطوح انتقال حرارت تشکیل می گردد که تاٴثیر زیادی در کاهش انتقال حرارت وافزایش خوردگی دارند.
لایه های رسوبی روی سطوح انتقال حرارت بخصوص در مبدل ها، پدید آمده وکاهش شدید انتقال حرارت را به دنبال دارد. این لایه ها به دلیل جدا شدن نمک های محلول ازآب و قرار گرفتن برروی سطوح، پدید می آیند و سرعت تشکیل آنها بستگی به دما ، قلیاییت یا اسیدیته و مقدار ماده رسوب گذار درون آب دارد.