اصول دیگ بخار

در این مقاله آموزشی که هدف جامع آن بررسی اصول دیگ بخار است به مولدهای بخار، اصول کلی دیگ بخار، تولید بخار، تصفیه آب به منظور تولید بخار، بهسازی شیمیایی داخل دیگها، خوردگی ها، معضلات و راه اندازی و از سرویس خارج کردن دیگهای بخار میپردازیم.

 

در مبحث بررسی مولدهای بخار ابتدا انواع دیگ بخار بر مبنای معیار های مختلف توضیح داده میشود.

1- بر اساس تیپ و شکل ؛

دیگهای بخار دو پاسه : این دیگها دارای کوره دو گذر هستند.

دیگ بخار برجی : تمام تجهیزات انتقال حرارت همگی در یک پاس و پشت سر هم از پایین به بالا نصب میشوند.

دیگهای بخار جعبه ای : تمام تجهیزات انتقالی حرارتی درون ساختمانی شبیه یک جعبه سازماندهی شده اند.

2- بر اساس ظرفیت ؛

دیگهای بخار لوله ای : دارای ظرفیت بالا برای مجتمع پتروشیمی یا نیروگاهها

دیگهای بخار پوسته ای : دارای ظرفیت متوسط برای کارگاهها

دیگهای بخار قطاعی : دارای ظرفیت پایین برای مصارف خانگی

3- از نظر سیرکولاسیون سیال عامل ؛

دیگهای بخار با سیکل طبیعی : نیروی ایجاد شده جهت چرخش سیال عامل از اختلاف دانسیته سیالات قبل و بعد از انتقال حرارت است.

دیگهای بخار با سیکل اجباری : عامل حرکت سیال مولدهای خارجی خواهند بود.

دیگهای بخار با سیکل مختلط : برای تولید بخار داغ  در دو حوزه فشار بالا و پایین کار می کنند.

4- از نظر محتوای لوله ها ؛

دیگ بخار لوله آتشی : در این نوع دیگها آتش و گاز حاصل از احتراق از درون لوله ها جاری میشوند و باعث جوشش سیال انرژی گیرنده در خارج لوله میشوند.

 Water-Tube Boilers

در این نوع دیگها توزیع فشار در لوله ها باعث کوچکتر شدن قطر میشود که موجب افزایش مقاومت دیگهای بخار در برابر فشارهای خارجی میگردد. این نوع دیگها بر دو نوع هستند ؛

Straight-Tube Boiler

لوله های آب مستقیم قرار گرفته که توسط دو هدرعمودی به یکدیگر متصلند.

Bent-Tube Boiler

بجای لوله های مستقیم از لوله های خمیده در بین درام ها و هدرها استفاده میکنند.

 

گردش آب در دیگهای بخار به این صورت است که آب از درام بخار از طریق لوله های پایین رونده به قسمت انتهایی هدر و به لوله های آب وارد میشود، حین بالا آمدن مخلوط با جذب کردن حرارت بیشتری به بخار تبدیل شده و به درام بخار برمیگردد.

در ادامه ب بررسی سیستم ها میپردازیم.

سیستم Super Heater : بخار اشباع تولید شده در drum دیگ بخار را مجدد توسط گازهای حاصل از احتراق کوره گرم میکنند.

سیستم Steam Drum : Drum آب را از بخار اشباع در حال جوشیدن جدا میکند و بخار از Drum خارج شده و آب جوش مجددا وارد دیگ بخار میشود.

سیستم Desuper Heater : برای پایین آوردن و یا ثابت نگه داشتن درجه حرارت بخار داغ از این وسیله استفاده میگردد.

سیستم Reheater : بخار پس از خروج از قسمت فشار زیاد توربین به Reheater برمیگردد و معمولا به درجه حرارت اولیه خود میرسد.

سیستم Economizer : شامل هدر های ورودی و خروجی است که توسط یکسری لوله ها بهم وصل شده اند. این سیستم در مصرف سوخت صرفه جویی میکند و نام آن نیز به همین دلیل است.

سیستم Air-Preheater : در مسیر گازهای حاصل از احتراق بعد از اکونومایزر قرار میگیرد تا هوای مخصوص احتراق، حرارت گازها را جذب کند.

سیستم Feed Water Regulator : به کنترل اتوماتیک برای ثابت نگهداشتن سطح آب، بار دیگ و جریان آب میپردازد.

 

در فصل بعدی به اصول کلی دیگ بخار میپردازیم.

دیگ بخار به عنوان تولیدکننده بخار شامل دو بخش تامین کننده آب و تامین کننده حرارت است.

موارد مهم در طراحی دیگ بخار میزان فشار و حرارت دیگ و همچنین سوختهای مورد استفاده هستند که باید در نظر گرفته شوند.

کوره فضایی بسته که حرارت را تامین میکند و شامل قسمت های زیر است ؛

سیستم هوای احتراق : هوای لازم برای احتراق توسط مکش طبیعی یا مکانیکی تامین میکند.

مشعلها : با شیوه ای مکانیکی سوخت را کنترل احتراق میکند.

محفظه دیگ بخار : در آن حرارت از مشعلها به آب و بخار انتقال میابد.

سیستم مکش : باعث حرکت گازهای سوخته از دیگ بخار به بیرون میشود.

سیستم Soot Blower : باعث جداشدن کک از لوله های دیگ بخار میشود.

سیستمهای هوای فشرده :  مانع فرار گازهای سوخته از محلهای باز، موجود و فضای داخلی دیگ بخار میشوند.

سیستم های کمکی که در عملیات تولیدکننده های بخار نقش اساسی دارند :

سیستم تهیه آب دیگ بخار : چون همواره مقداری آب از دیگ بخار خارج میشود، برای جبران آن باید جریانی از آب به درون دیگ راه یابد.

سیستمهای سوخت : سیستمهای متفاوت سوختی از قبیل گازطبیعی، نفت کوره و پودر ذغال سنگ استفاده میگردند.

سیستم دورریزر دائمی (Blow-Down) دیگ بخار : توسط این سیستم از انتفال ذرات آب همراه با ذرات جامد حل شده (که میتواند باعث به وجود آمدن رسوبهای مضر) شوند به فاز بخار ممانعت نمیشود.

در فصل بعدی به خواص بخار و تبدیل آب به بخار خواهیم پرداخت.

بخار آب با توجه به خواص زیر دارای اهمیت می باشد :

- توانایی انتقال مقدار زیادی حرارت

- ایچاد حجم زیادی بخار از مقدار کمی آب

- تغییر حجم بخار با درجه حرارت و فشار

در تبدیل آب به بخار سه مسئله دارای اهمیت است که عبارتند از؛

منبح تامین کننده حرارت : حرارت مور نیاز برای تولید بخار معمولا توسط گاز یا گازوییل و یا ذغال سنگ تامین میشود.

منبع تامین کننده آب : آب حاصل از کندانس بخار مجددا برای تامین آب دیگ بخار مورد استفاده قرار میگیرد که باعث صرفه جویی در هزینه تصفیه و حرارت دادن مجدد میگردد.

وسیله ای برای تبدیل آب به بخار

در فصل بعد تصفیه آب به منظور تولید بخار را توضیح خواهیم داد.

صنعت به دلیل وجود تجهیزات مختلف احتیاج به آب خالص تری نسبت به آب آشامیدنی دارد.

موارد مهم در شیمی تصفیه آب ؛

ناخالصیهای موجود در آب، طبقه بندی آنها، تاثیر آنها در بخار و دیگ بخار، روش های کنترل و یا جداسازی ناخالصیها

هدف از واحد تصفیه آب ثابت نگهداشتن کیفیت آب تغذیه شده به دیگ بخار میباشد. نوع آزمایشات انجام شده برای کنترل کیفیت آب بسته به نوع تصفیه و کیفیت آب خام متفاوت خواهد بود.

تصفیه آب برای تولید آب مورد نیاز برای دیگ بخار ممکن است شامل بعضی یا همه مراحل زیر باشد ؛

1- شفاف سازی : کاهش ذرات جامد معلق

2- ته نشین سازی : کاهش اساسی در مقدار مواد نامحلول و مواد سخت

3- فیلتراسیون : گرفتن بقیه ذرات معلق باقیمانده

4- تبادل یونی : کاستن بیشتر میزان قلیائیت و خنثی شدن سختیها و سیلیکاتها

5- هوازدایی : رفع اکسیژن و دی اکسید کربن از آب خام

6- تصفیه داخلی : اضافه نمودن یک یا چند عامل به آب موجود در دیگ بخار

در ادامه ی مباحث به بهسازی شیمیایی داخلی دیگهای بخار میرسیم که شامل ؛

- رسوب دادن کلسیم و منیزیم : با اضافه کردن فسفات و کربنات سدیم.

- شلاته کردن (Chelation) کلسیم و منیزیم : رسوبات ناشی از فلزات قلیایی خاکی را کنترل میکند.

- جلوگیری از خوردگی دیگهای بخار : اساس محافظت دیگ بخار بر تشکیل یک لایه فیلم محافظ (مگنیت) نازک روی سطح فلز استوار است.

- جلوگیری از خوردگی تنشی : استفاده از بازدارنده های خاص برای کنترل شکستگی بین دانه ها، استفاده از روش فسفات-PH هماهنگ برای کنترل قلیاییت.

- جلوگیری از Carry over و تشکیل رسوب سیلیس : جلوگیری از فرار سیلیس به داخل بخار با افزایش نمکهای مختلف مثل کلرید سدیم که باعث کاهش غلظت سیلیس میگردد.

- زلال سازی آب دیگ بخار : برای جلوگیری از تشکیل و رشد کریستالهای نامحلول بهتر است که به آب ماده پراکنده کننده اضافه شود.

- جلوگیری از تشکیل کف در دیگهای بخار : برای کنترل کف در دیگ های بخار از پلی آلکالن ها و پلی آمیدها استفاده میگردد.

-بازدارنده های خوردگی برای سیستم های کندانس بخار : بازدارنده های خوردگی اسید کربنیک ناشی از بخار کندانس را خنثی میکنند و pH را بالا میبرند.

در فصل بعدی به خوردگی در دیگ بخار میرسیم.

خوردگی در سطوح خارجی (نواحی تحت تاثیر گاز احتراقی) ؛

1- خوردگی در دمای بالا : محیطهای توام با مواد خورنده در دمای بالا باعث خوردگی بیشتری میشوند

2- خوردگی در دمای پایین : در خلال خاموش سازی رخ داده و اغلب مرتبط به خوردگی نقطه شبنم است. این خوردگی موقعی رخ میدهد که گازهای حاصل از دمای سوخت به زیر نقطه شبنم رسیده باشند.

خوردگی سطوح داخلی (خوردگی نواحی داخلی لوله ها) ؛

1- خوردگی اکسیژن : اکسیژن نامحلول در آب تغذیه ایجاد خوردگی حفره ای میکند.

2- خوردگی قلیایی : فقط در دیگهای بخار با فشار پایین دیده میشود.

3- اکسیداسیون فولادهای زنگ نزن توسط بخار : به دلیل سرعت بیشتر پیشرفت اکسیداسیون تحت بخار با دمای بالا نسبت به تشکیل پوشش محافظ روی فولاد زنگ نزن این خوردگی رخ میدهد.

4- اصابت هیدروژنی : نوعی شکستگی درون بلوری است که هیدروژن وارد دانه های فولاد شده و با کربن فولاد واکنش میدهد.

5- خوردگی بین دانه ای (Intergranular Corrosion) : در فولاد های زنگ نزن رخ میدهد و یک تخریب موضعی در مرز دانه هاست.

در دیگهای بخار تخریب به گونه های دیگر نیز رخ میدهد از جمله ؛

سایش : از بین رفتن یک فلز در اثر حرکت یک سیال بر روی سطح فلز است.

خستگی : ناشی از تکرار تنش است و بعد از تعداد زیادی نوسانات تنش رخ میدهد.

خزش : ناشی از واکنش سطوح میباشد.

تغییر در ماهیت مواد : به دلیل دمای بالا رسوبات کاربید در مرز دانه ها تشکیل میشوند و یا ساختار مواد بکارگرفته شده تغییر می یابد.

موارد زیر به مشکلات ناشی از خوردگی تجهیزات اشاره میکنند.

خوردگی و ته نشست های قسمت کوره : در کوره هایی که از سوخت های مایع استفاده میشود به علت اجزا شیمیایی موجود در آنها دچار خوردگی شده و در آنها رسوب و ته نشست تشکیل میشود.

خوردگی تجهیزات قبل از دیگهای بخار : در دیگهای بخار با فشار بالا رخ میدهد و محصولات آن در اثر بروز خوردگی تجهیزات قبل از دیگ بخار و کندانس به وجود می آیند.

خوردگی داخلی و از کار افتادگی لوله ها : به دلیل کربنی بودن دیگ های بخار رخ میدهد و عامل آن اکسیژن وارد شده به آب میباشد.

در فصل بعدی به معضلات دیگ بخار خواهیم پرداخت.

پیامدهای ناشی از وضعیت نامناسب آب و آلودگی های ناخواسته و روش جلوگیری و یا برطرف نمودن آنها را بررسی میکنیم.

- ته نشست های تشکیل شده از آب : زمانی رخ میدهد که عملکرد شیمیایی درون دیگ ناقص باشد، مواد تشکیل دهنده رسوب در آب به میزان بالا برسند، مشعلها به طرز صحیحی تقسیم نشده باشند.

- ته نشست های موجود در توربین و Super Heater : عوامل منجر به تشکیل این رسوبات عبارتند از؛ بالا بودن بیش از حد سرعت شعله، بالا بودن بیش از حد سرعت تشکیل بخار، تغییرات ناگهانی عمده در سرعت بخار شدن

- آلوده کننده های آب خوراک دیگ بخار : موادی که به عنوان آلوده کننده آب میتوان نام برد اسید های حاصل از نشتی کندانسورها و محصولات ناشی از خوردگی تجهیزات قبل از دیگ بخار، انواع هیدروکربنها، گریس و روغن ها میباشند.

در ادامه به دستورالعمل های شستشوی شیمیایی میپردازیم.

عملیاتی از قبیل تمیزکاری مقدماتی، تمیزکاری در حین سرویس و اسید شویی دیگهای بخار و احیای رزین های تبادل کننده یونی از جمله عملیات شستشویی شیمیایی میباشند.

در فصل آخر به بررسی راه اندازی و از سرویس خارج کردن دیگ بخار میپردازیم.

راه اندازی سیستم تولید کننده بخار چهار فاز عمده داراست ؛

Line-up مقدماتی دیگ بخار و کوره : مراحل آن به ترتیب؛ برقراری ارتباط بین مسئولین راه اندازی، عملکرد مناسب تصفیه آب، بازرسی محفظه دیگ بخار، تست کردن دیگ بخار با آب.

آماده سازی برای روشن کردن دیگ بخار : بررسی عملکرد سیستم هوای احتراق و سیستمهای مکش کوره، بررسی line-up بودن سیستم سوخت گاز، بررسی line-up بودن سیستم سوخت نفت کوره، ترک محوطه توسط پرسنل غیرضروری.

روشن نمودن مشعلها : تخلیه کامل کوره، روشن شدن سریع مشعل، بررسی پایدار شعله مشعل،

به سرویس دراوردن دیگ بخار تا فشار معین و بخارسازی : بررسی روشن شدن مشعلهای دیگر، بالا بردن فشار دیگ بخار تا فشار معین.

بعد از راه اندازی موفق سیستم به عملیات تولید بخار میرسیم.

1- کنترلرها و ابزار دقیق :  شرایط دارای اهمیت عبارتند از فشار، دماأ میزان سطح مایع و مقدار دبی سیال و وسایل مورد نیاز عبارتند از فشارسنج، ترمومتر اندازه گیر سطح مایع و دبی سنج.

2- سیستم کنترل احتراق : نقش اصلی این سیستم ثابت نگهداشتن فشار در خط لوله اصلی بخار می باشد.

3- سیستم کنترل آب ورودی به دیگ بخار (Feed Water)  : این سیستم توسط عواملی از قبیل جریان بخار از دیگ بخار، جریان آب ورودی به دیگ بخار و سطح آب داخل دیگ بخار فعال میگردد.

بعد از تولید بخار نوبت به از سرویس خارج کردن تولید کننده بخار میرسد.

- دستورالعمل از سرویس خارج کردن عادی : تبدیل حالت اتوماتیک به دستی کنترل کننده های فشار اصلی دیگ بخار احتراق هوا و سوخت ، کاهش آرام میزان بخارسازی دیگ بخار به حداقل، خاموش کردن تمام مشعل ها، کورکردن لوله های سوخت گازی و fuel oil ، تخلیه دیگ بخار ، کورکردن کلیه خطوط لوله بخار، تخلیه جزئی و مداوم مایع در مسیرهایی که در آنها بخار یا آب داغ به داخل دیگ بخار بازگردانده میشود.

- حفاظت از سیستم تولید کننده بخاری که از سرویس خارج شده است : این دیگ جهت چلوگیری از خوردگی باید به صورت خشک نگهداری شود یا به وسیله گازی خنثی تحت فشار قرار گیرد و یا از آب پر شود.

- از سرویس خارج کردن اضطراری تولیدکننده های بخار : وضعیتهای اضطراری شامل ؛ تلف شدن آب موجود در دیگ، شکستگی لوله های حاوی آب، نقص در سیستم تامین هوای احتراق، نقص در سیستم سوخت.

در پایان این بخش مسائل مهم برای کار با سیستم های دیگ های بخار ذکر شده اند.

 

دانلود مقاله