اصول دیگهای بخار

در صنعت همواره به دنبال منابع گرمایشی ایمن تر با کاربردی آسان هستند.صنعت دیگ بخار آب یکی از این موارد می باشد که در اینجا با آن آشنا می شویم.

 دیگ بخار جزئی از یک سیستم تولید کنندة بخار است ولی از آنجا که یکی از اصلی ترین بخشهای این سیستم می باشد به مولدهای بخار، دیگ بخار اطلاق می شود. در سیستمها ی تولید بخار به علت انجام عملیات تبخیر غلظت ناخالصیهایی باقی مانده افزایش یافته و منجر به خوردگی و ایجاد رسوب در آنها می شود و در نهایت سیستم از کار می افتد و در این حالت باید سیستم را از سرویس خارج نمود و آن را با روشهای بهسازی آماده سرویس مجدد نمود.

آب دیگ بخار

 به منظور کاهش این مسئله باید آب دیگهای بخار از نوع  BFW  بوده که از یک سری مرحلة تصفیه گذشته و میزان ناخالصیها و مواد باقی مانده موجود در آن به حداقل حالت ممکن رسیده باشد.

آب مورد استفاده در پالایشگاهها و یا نیروگاهها با توجه به دسترسی این سیستمها به منابع آبی در منطقه ای که پالایشگاه یا نیروگاه مد نظر در آن قرار گرفته است ، مثلاً در عسلویه از آب دریا برای این منظور استفاده می شود و بنا به ماهیت آب موجود که با استفاده از آزمایشات کنترل کیفی مشخص می شود مراحل تصفیة آب را تعیین می کنند.

این مقاله آموزشی دارای بخشهای زیر است :

1.  بررسی مولد های بخار
2.  اصول کلی دیگ بخار
3.  تولید بخار
4. تصفیه آب به منظور تولید بخار
5. بهسازی شیمیایی داخلی دیگهای بخار
6. خوردگی در دیگ بخار
7. معضلات دیگ بخار
8. راه اندازی و از سرویس خارج کردن دیگ بخار

1- مولد بخار یا دیگ بخار

الف- مولد بخار به‌ دستگاه‌ يا محفظه‌ بسته‌اي‌ اطلاق‌ مي‌شود كه‌ در آن‌ بخار آب‌ با فشار بيشتر از فشار هواي‌ خارج‌ توليد مي‌گردد.
ب‌ – مولد بخار با فشار قوي‌ يا متوسط‌ به‌ آن‌ نوع‌ از مولدهاي‌ بخار اطلاق‌ مي‌شود كه‌ در آن‌ حداعلاي‌ فشار موثر مجاز بيش‌ از يك‌ كيلو گرم‌ بر سانتيمتر مربع‌ (پانزده‌ پاوند بر اينچ‌ مربع‌) باشد.

2- اصول دیگ های بخار

ديگ بخار به عنوان توليد كنندة بخار شامل دو قسمت تأمين كننده آب و تأمين كننده حرارت(كوره) است. سوخت و هوا در كوره كه بخشي از ديگ بخار مي باشد سوزانده شده و گازهاي داغ حاصـل از احتراق  (Flue gas) در اطراف المنتهاي ديگ جريان پيدا كرده وحـرارت خـود را قبـل از خـارج شدن از ميان كانال خروجي و تخليه به اتمسفر، به آب مي دهد .

 طراحی دیگ بخار

در طراحي ديگ بخار با توجه به ميزان فشار و درجه حرارت بخاري كه مورد نياز است و همچنـين سوختهاي مورد استفاده پارامترهاي مهم را در نظر مي گيرند.که شامل موارد زیر می باشد.

كوره

كوره فضاي بسته است، كه در آن حرارت توسط سوزاندن سوخت تأمين مي شود و شامل قسمتهاي زير است:

– سيستم هواي احتراق: هـواي لازم بـراي احتـراق را توسـط مكـش طبيعـي يـا مكـانيكي فـراهم  مي نمايند.
– مشعلها: با شيوه اي مكانيكي سوخت را كنترل احتراق مي كنند.
– محفظه ديگ بخار: در آن حرارت از مشعلها به آب و بخار انتقال مي يابد.
– سيستم مكش: باعث حركت گازهاي سوخته از ديگ بخار به طرف بيرون مي شوند.
– سيستم Soot Blower : باعث جدا شدن كك از لوله هاي ديگ بخار مي شود.
– سيستمهاي هواي فشرده: مانع فرار گازهاي سوخته از محلهاي بـاز، موجـود و فـضاي داخلـي ديگ بخا ر می شوند.

3- تولید بخار

مراحل تولید بخار بصورت زیر می باشد.

خواص بخار و تبديل آن

يكي از وظايف واحد (Utility)  فراهم نمودن بخار براي واحدهاي فرآينـدي مـي باشـد. قـسمتي از  اين بخار ممكن است قبل از  فرستادن به واحدهاي فرآيندي، براي توليد الكتريسته مورد استفاده قرارگيرد. استفاده از بخار براي توليد الكتريسته، در مقابل مصرف بخار در واحدهاي فرآيندي، از اهميت كمتري برخورداري مي باشد. بدون وجود بخار، بيشتر عملياتها بلافاصله متوقف مي شود .

بخار داغ با فشار زياد( High Pressure Steam (HPS

اين بخار داراي فشار حدود 40barو دماي ° 380-440مي باشد كه از آن به عنوان نيـروي محركـه توربينهاي بخار، ژنراتورها، پمپها و كمپرسورها استفاده مي شود.

بخار با فشار متوسط  ( Medium Pressure Steam (MPS

اين بخار داراي فشار حدود 15barو دماي 175-220°Cمي باشد علاوه بر اينكه از ايـن بخـار بـه عنوان نيروي محركه توربينها استفاده مي كنند در Reboilerهاي با گـردش طبيعـي بـه عنـوان منبـع حرارتي استفاده مي شود

بخار با فشارپايين ( Low Pressure Steam (LPS

اين بخار داراي فشار حدود 5-3 barو دماي حدود . 120-150°Cمي باشد از اين بخار مي تـوان در قسمتهاي فرآيندي و سيستم گرمايي ساختمان استفاده نمود. همچنين يكي از كاربردهـاي ايـن بخـار در صنعت آن مي باشد كه به عنوان عاملي براي گرم كردن لوله هايي كه سيال موجود در آنهـا نبايـد سرد شده يا براي جلوگيري از ايجاد رسوب در لوله ها به صورت Tracingاستفاده مي شوند

تبدیل آب به بخار

در خصوص تبديل آب به بخار سه مسئله مطرح مي شوند كه عبارتند از:
– منبع حرارتي
– منبع تأمين كننده آب
– وسيله اي براي تبديل آب به بخار

4- تصفيه آب به منظور توليد بخار

باعث شگفتي است كه صنعت احتياج به آب خالص تري نسبت به آب آشاميدني دارد. مواد معـدني حل شده در آب آشاميدني براي بشر مضر نيست اين املاح ممكن است باعث سلامتي انسان شده و  مزه آب را براي انسان دلپذير تر نمايند ولي وجود چنين مواد معدني در آب مورد استفاده براي توليد بخار، هميشه باعث اشكالاتي مي شود. بنابراین باید آب مورد استفاده برای بویلر در صنعت تصفیه گردد.

شيمي تصفيه آب

آب خالص در طبيعت وجود ندارد و آب خام عمدتاً منعكس كننده محيط خودش مي باشد، اين آب ممكن است برخي از مشخصات هوا را هنگامي كه به صورت قطرات باران بر روي زمين باريده بـه صورت جذب گازها و ذرات موجود در هوا به خود بگيرد. هنگامي كـه آب در روي زمـين جريـان مي يابد، مقداري از ذرات معلق خاك و شن و مواد آلي و مقادير جزئي از سنگهاي ريـز را در خـودحل كرده و با خود حمل مي نمايد

آزمايشات كنترل كننده كيفيت آب:

هدف از واحد تصفيه آب، ثابت نگه داشتن كيفيت آب تغذيه شده به ديگ بخار مي باشد. اين كار با تغيير مراحل تصفيه در مطابقت با تغيير در كيفيت آب خام ورودي صورت مي گيـرد. ايـن تغييـرات توسط آزمايشات متعددي كه در پايان هر مرحله، طبق جدول منظمـي صـورت مـي پـذيرد، آشـكار مي شود

تصفية آب ديگ بخار

تصفية آب خام براي توليد آب مورد نياز براي ديگ بخار ممكن است شامل بعضي يا همـه مراحـل زير باشد كه بستگي به كيفيت آب ديگ بخار و مواد موجود در آب خام دارد.
– مرحله اول: شفاف سازي
– مرحله دوم: ته نشين سازي
– مرحله سوم: فيلتراسيون
– مرحله چهارم: تبادل يوني
– مرحله پنجم: هوازدايي
– مرحله ششم: تصفيه داخلي

5-بهسازي شيميايي داخلي ديگهاي بخار

بعد از تصفيه مقدماتي آب خوراك ديگ هاي بخـار هنـوز مقـادير جزئـي از تركيبـات در آب بـاقي مي ماند. براي كاهش آثار زيانبار اين گونه تركيبات بهسازي داخلي ديگ بخار انجام مـي شـود، كـه شامل:
– رسوب دادن كلسيم و منيزيم
– شلاته كردن ) (Chelationكلسيم و منيزيم
– جلوگيري از خوردگي ديگ هاي بخار
– جلوگيري از خوردگي تنشي
– جلوگيري از Carry overو تشكيل رسوب سيليس
– زلال سازي آب ديگ بخار
– جلوگيري از تشكيل كف در ديگ هاي بخار

6- خوردگي در ديگ بخار

خوردگي و عوامل مخرب در اجزاي ديگ بخار

در هر جايي كه از فلزات استفاده شود خوردگي امـري اجتنـاب ناپـذير خواهـد بـود. خـوردگي در ديگهاي بخار داراي شاخصهاي بالايي از نظر هزينه است ولی می توان این ضرر را با روشهایی کاهش داد.

از آنجائيكه ديگ بخار تحت دما و فشار بالا كار مي كند لذا مسئله فرسودگي در تمام اجـزاء جـوش خورده و اتصالات آن از اهميت خاصي برخوردار است. نمونه گيري در فواصل منظم از آب يا بخار و بازرسي متناوب تجهيزات در مواقعي كه ديگ بخار بدليلي كار نمـي كنـد نيـز از تخريبهـاي غيـره منتظره جلوگيري مي نمايد

خوردگي سطوح خارجي (نواحي تحت تاثير گاز احتراقي )

خوردگي در دماي بالا

در ديگهاي بخار خوردگي مواد فولادي در فضاي گازهاي احتراقـي شـديد بـوده و بـا افـزايش دمـا تشديد مي شود موادي كه شامل Crهستند بويژه فولادهاي زنگ نزن كـه بـيش از % 12كُـرم دارنـد بطور قابل ملاحظه اي در مقابل خوردگي مقاومت نشان مي دهند. محيطهاي توأم با مواد خورنده در دماي بالا باعث خوردگي بيشتري شده كه معمولاً به آن خوردگي در دماي بالا گفته . مي شود

خوردگي در دماي پايين

در ديگهاي بخار اين نوع تخريب در خلال خاموش سازي رخ داده و اغلب مرتبط به خوردگي نقطه شبنم است و حتي ملاحظه گرديده كه در شرايط بحراني اين خوردگي در فـولاد بـه ميـزان ” 0.5در سال نفوذ نموده اسـت اين نوع خوردگي موقعي رخ مي دهد كه گازهاي حاصل از دمايي سوخت به زير نقطه شبنم رسيده و بخار آب به شكل تقطير بر روي سطوح ايجـاد مـي شـود

خوردگي سطوح داخلي( خوردگي نواحي داخلي لوله ها )

اين خوردگي معمولاً در لوله هاي آب و بخار ظاهر شده و اساسـاً بـصورت خـوردگي حفـره اي و موضعي مشهود است. اين پديده تابعي از كنترل كيفيت آب تغذيه از نظر عمليات شـيميايي و آمـاده سازي و اسيدشوئي نيروگاه ها است

.  سايش

در ديگهاي بخار تخريب ناشي از سايش به مفهوم از بين رفتن يك فلز در اثر حركت يك سـيال بـر روي سطح فلز است كه دو نوع سايش خارجي ناشي از برش خاكستر و يا گـاز خروجـي و سـايش داخلي ناشي از حركت سيال آب يا بخار در داخل تجهيزات ديگ بخار است. براي مقابلـه بـا آن بـه مواردي مانند كاربرد مواد با مقاومت بالا، طراحي صحيح مسيرها، كاربرد پوششها و كنترل دقيـق بـر روي عملكرد Desuperheaterاشاره مي شود

. خستگي

خستگي شكلي از تخريب ناشي از تكرار تنش است، معمولاً شكستهاي خـستگي در تنـشهايي زيـر نقطة تسليم و بعد از تعداد زيادي نوسانات تنش رخ مي دهد، نقطه اي كه خسارت ناشي از خستگي به آساني رخ مي دهد نواحي است كه تحت تمركز تنش ناشي از گيردار بودن و يا عيوب مي باشـد

. خزش

مقاومت به خزش در ديگهاي بخار مي تواند با واكنش سطوح و يـا خـوردگي تقليـل يابـد، كـاهشسطح مقطع مؤثر بواسطه تخريبهاي مذكور باعث شتاب اين پديده خواهد شد. انتخاب صحيح مـوادبا سرعت خزش پايين و با در نظرگيري عناصر مؤثر بر اين سرعت، بهينه سازي شرايط كاري و نيـز نظارت دقيق بر كيفيت آب نيروگاه در كاهش خوردگي، از پارامترهاي مؤثر در افت اين نوع تخريب
است .

. تغيير در ماهيت مواد

با توجه به دماي بالا عملكرد ديگ بخار و با وجود انتخاب موادي متناسب با شرايط، ايجاد رسوباتي از كاربيد در مرز دانه هاي و يا تغيير ساختاري در مواد بكارگرفته شده امـري اجتنـاب ناپـذير اسـت اين پديده در صورتي كه مسئله Overheatرخ ندهد مسئله ساز نبوده در غير اين صـورت تغييـرات ساختاري مي تواند بعنوان تخريـب مطـرح شـود

. خوردگي و ته نشست هاي قسمت كوره:

كوره هايي كه در آنها از نفت به عنوان سوخت استفاده مي شود، به علت اجزاء شيميايي موجـود در آنها، دچار خوردگي شده و در آنها رسوب و ته نشست تشكيل مي شود. اين در كـوره هـايي كـه از ذغال سنگ استفاده مي كنند، آنچنان شديد مي باشـد و در كـوره هـايي كـه از گـاز طبيعـي اسـتفاده مي كنند اصولاً چنين مشكلاتي ايجاد نمي گردد. بنابراين، اين مـشكل منحـصر بـه سـوختهاي مـايع مي شود

خوردگي تجهيزات قبل از ديگ هاي بخار

در ديگهاي بخار با فشار بالا، نقص عمده لوله ها بروز خـوردگي در تجهيـزات قبـل از ديـگ بخـار مي باشد. محصولات اين خوردگي، شامل اكسيدهاي مس، اكسيد آهن ) ،(IIمگنتيت، اكـسيد نيكـل، اكسيد روي و اكسيد كروم مي باشد كه همگي در اثر بروز خوردگي تجهيزات قبل از ديـگ بخـار و كندانس به وجود مي آيند و به صورت ذرات پراكنده در آب خوراك ظاهر مي شوند

خوردگي داخلي و از كار افتادگي لوله ها

در حالت كلي ديگ هاي بخار از جنس كربني بوده و بـه صـورت دو فلـز فريـت و پرليـت سـاخته شده اند . ساختار فولاد كربني را مي تـوان بـا واكنش شيميايي و حرارت اصلاح نمود سست يـا تخريـب نمـود. اكـسيژني كـه وارد آب خـوراكمي گردد منجر به خوردگي حفره اي در ،Economizerپايين آورنده ها و همچنـين لولـه هـاي آب موجود در Steam Drumمي گردد.

7. معضلات ديگ بخار

1-7 معضلات عملياتي ديگ هاي بخار:

مانند اغلب فرآيندهاي صنعتي، در يك مولد بخار و تجهيزات جانبي آن ممكن است عوامل متعددي در حين عمليات رخ دهند. خوردگي سبب تخريب و همچنين رسوبات تشكيل شده در هر دو طرف لوله هاي سبب بروز اختلال در انتقال حرارت گرديده و ممكن است باعث از بين رفتن لوله هـا نيـز گردد

2-7 ته نشستهاي تشكيل شده از آب

لايه هاي چسبنده و پيوسته از مواد خارجي تشكيل شده را رسوب Scaleگويند. اين مواد بـه علـت وابستگي به دما معمولاً در سطوحي كه در آنها انتقال حرارت صورت مـي گيـرد تمايـل زيـادي بـه كريستاليزه شدن دارند.

ايجاد رسوب در ديگ زمـاني رخ مي دهد كه:
– عملكرد شيميايي در درون ديگ بخار ناقص باشد.
– مواد تشكيل دهنده رسوب )آهن، منيزيم، كلسيم، سيليسيم( در آب خوراك به ميـزان بالا برسد.
– مشعلها به طرز صحيحي تقسيم نشده باشند

3-7 ته نشستهاي موجود در توربين و Super Heater

عواملي كه باعث ايجاد كف و Carry overدر آب ديگهاي بخار مي شوند باعث تـشكيل رسـوبات نمكي در لوله هاي Super Heaterو پره هاي توربين مي گردد. از جمله عوامل عملياتي كـه منجـر به اين رسوبات مي شوند عبارتند از:

– بالا بودن بيش از حد سرعت شعله يا “آتش گيري”
– بالا بودن بيش از حد سرعت توليد بخار
– تغييرات ناگهاني عمده در سرعت بخار شدن

4-7 آلوده كننده هاي آب خوراك ديگ بخار

از جمله موادي كه به عنوان آلوده كننـده هـاي آب مـي تـوان نـام بـرد اسـيدهاي حاصـل از نـشتي كندانسورها و محصولات خوردگي حاصل در تجهيـزات قبـل از ديـگ بخـار، انـواع هيـدروكربنها، گريس و روغن ها به علت نشتي مبدلهاي حرارتي و يا روغن سيلندر مربوط به ماشين هاي حساسي مي باشند

5-7 دستور العمل هاي شستشوي شيميايي

شستشوي شيميايي به مراتب سريعتر و با صرفه تر از شستشوي روشـهاي مكـانيكي از قبيـل بـرس زني، چكش كاري و جت زني مي باشد كه مي توان به عمليات تميزكـاري مقـدماتي، تميزكـاري در حين سرويس و اسيد شويي ديگ هاي بخار و احياي رزين هاي تبادل كننده يوني اشاره نمود

8- راه اندازي و از سرويس خارج كردن ديگ بخار

شامل  مراحل زیر می باشد.

1. اصول كلي راه اندازي ديگهاي بخار
2. از سرويس خارج كردن ديگ بخار
3. بيان موقعيتهاي اضطراري

1- راه اندازي سيستم توليدكننده بخار:

به دليل پيچيده بودن راه اندازي همزمان ديگ بخار و كوره و انجام يكسري مراحـل بايـد اپراتورهـا هميشه در برابر پيشامدهاي ناخواسته هوشيار باشند تا در صورت لزوم تغييـرات ناگهـاني لازم را در مراحل انجام دهند. راه اندازي توليد كننده بخار، خطرناك است زيرا در صورت خاموش شدن شعله يك يا چند مشعل، خطر جمع شدن مخلوط قابل انفجار سوخت و هوا وجود خواهد داشت. بيـشتر
انفجارات كوره هاي توليد كننده بخار در سالهاي اخير در مراحل راه اندازي اتفاق افتاده است

راه اندازي سيستم توليدكننده بخار به چهار فاز عمده تقسيم مي شود كه عبارتند از:
– line-upمقدماتي ديگ بخار و كوره
– آماده سازي سيستم براي روشن نمودن.
– روشن كردن
– به سرويس آوردن ديگ بخار تا فشار و ميزان بخار مطلوب

عمليات توليد كننده بخار

بعد از راه اندازي موفق سيستم توليد كننده بخار، ديگ بخار آماده توليد بخار با فشار و كيفيت مـورد نياز مي باشد. اين مرحله، به عنوان نرمال كردن عمليات توليدكننده بخاراست. به خاطر داشته باشـيد كه عمليات هر واحـد توليـد كننـده بخـار، بـا هـر ظرفيـت و پيچيـدگي، زمـاني بـه حالـت نرمـال مي رسد كه شرايط عملياتي بصورت يكنواختي تغيير نمايد. اين تغييرات محتاج تنظيم يكنواخـت در هر ناحيه از عمليات مي باشد در حاليكه بيـشتر ايـن تغييـرات بـه صـورت اتوماتيـك در پاسـخ بـه سيگنالهاي رسيده از سيستمهاي كنترلي صورت مي گيرد، شما بايد از تغييرات صورت گرفته مطمئن شده و در بعضي مواقع بايد با آنها آشنا شويد و ببينيد كه آيا آنها انجام شده اند يا خير؟

2- از سرويس خارج كردن توليد كننده بخار

در عمليات نرمال كردن، مولد بخار بايد در فواصـل مـنظم بـراي بازرسـي، تميـز كـردن و تعميـر از سرويس خارج گردد. معمولاً بعد از اينكه تميز كردن ، تعميرات و تأييد قابليت سرويس دهـي فـورا براي استفاده وارد سرويس مي شود. بعضي وقتها يك مولد بخار ممكـن اسـت بـراي مـدتي بـدون مصرف باقي بماند و در چنين حالتي بايد ديگ بخار بدقت در مقابل خوردگي محافظت گردد.