کنترل سیلیس در دیگ های بخار ( چالش‌ها و راهکارها )
مقدمه و اهمیت کنترل سیلیس در دیگ‌های بخار
سیلیس (SiO₂) یکی از چالش‌برانگیزترین ناخالصی‌ها در آب تغذیه دیگ‌های بخار است که می‌تواند مشکلات عمده‌ای در عملکرد سیستم ایجاد کند. حضور سیلیس در دیگ‌های بخار منجر به تشکیل رسوبات سخت روی سطوح انتقال حرارت می‌شود که این امر باعث کاهش راندمان حرارتی، افزایش مصرف سوخت و در نهایت آسیب به تجهیزات می‌گردد . کنترل سطح سیلیس در آب دیگ بخار به دلایل زیر حیاتی است:
- حفاظت از تجهیزات: رسوبات سیلیس می‌توانند باعث overheating و ترکیدگی لوله‌ها شوند
- بهبود راندمان: رسوبات سیلیس به عنوان عایق حرارتی عمل می‌کنند
- کاهش هزینه‌های عملیاتی: جلوگیری از توقف‌های ناخواسته و تعمیرات پرهزینه
- حفظ کیفیت بخار: سیلیس می‌تواند همراه با بخار منتقل شده و به توربین‌ها آسیب برساند
منابع ورود سیلیس به دیگ بخار
سیلیس می‌تواند از منابع مختلفی وارد سیستم دیگ بخار شود:
1- آب تغذیه اولیه: آب‌های طبیعی معمولاً حاوی 1 تا 100 پی پی ام سیلیس هستند
2. سیستم‌های پیش‌تصفیه ناکار آمد : عدم کارایی مناسب سیستم‌های سختی‌گیر و فیلتراسیون آب در واحد های تصفیه تکمیلی آب دیگ های بخار
3. آب برگشتی کندانس: آلودگی‌های موجود در سیستم کندانس برگشتی
4. مواد شیمیایی افزودنی: برخی مواد شیمیایی مورد استفاده ممکن است حاوی ناخالصی‌های سیلیس باشند
اثرات مخرب سیلیس در دیگ‌های بخار
1- تشکیل رسوبات سخت :
سیلیس تمایل زیادی به تشکیل رسوبات بسیار سخت روی سطوح حرارتی دارد. این رسوبات معمولاً از نوع رسوبات بسیار سخت (نوع سوم) هستند که چسبندگی زیادی داشته و به آسانی از جداره جدا نمی‌شوند . ترکیبات سیلیس می‌توانند با کلسیم، منیزیم و دیگر فلزات واکنش داده و رسوبات پیچیده‌ای مانند آنالیست (Na₂O.Al₂O₃.4SiO₂.2H₂O) یا پکتولیت (Na₂O.4CaO.6SiO₂.H₂O) تشکیل دهند .
2- کاهش انتقال حرارت بخار به مصرف کنندگان :
رسوبات سیلیس به عنوان عایق حرارتی عمل می‌کنند و ضریب انتقال حرارت را به شدت کاهش می‌دهند. بر اساس مطالعات، رسوبی به ضخامت 5 میلی‌متر می‌تواند مصرف سوخت را تا 8% افزایش دهد .
3- انتقال سیلیس توسط بخار :
یکی از ویژگی‌های منحصر به فرد سیلیس، قابلیت حمل شدن توسط بخار است. بر خلاف بسیاری از نمک‌های دیگر، سیلیس می‌تواند در بخار حل شود و به توربین‌ها و مبدل های حرارتی منتقل گردد. این پدیده با افزایش فشار و دما تشدید می‌شود .
4- ایجاد خوردگی زیر رسوبی :
رسوبات سیلیس می‌توانند باعث ایجاد خوردگی موضعی در زیر رسوب شوند. این نوع خوردگی بسیار خطرناک بوده و می‌تواند به ترکیدگی لوله‌ها منجر شود .
روش‌های کنترل و کاهش سیلیس در دیگ‌های بخار
1- پیش‌تصفیه آب تغذیه :
الف) روش‌های فیزیکی-شیمیایی:
- آهک‌زنی سرد : برای فشارهای پایین ( کمتر از 40 بار ) می‌تواند سیلیس را تا 2.5 پی پی ام کاهش دهد
-آهک‌زنی گرم: برای فشارهای متوسط ( بین 40 بار تا 65 بار ) مناسب است و سیلیس را به 0.3-1 پی پی ام می‌رساند
-استفاده از منیزیا یا هیدروکسید فریک: این مواد می‌توانند سیلیس را از طریق جذب سطحی حذف کنند .
- استفاده از مواد شیمیایی تکمیلی
ب) روش‌های پیشرفته تصفیه:
تبادل یونی: تنها روش موثر برای فشارهای بالای 130 بار که می‌تواند سیلیس را به کمتر از 0.06 پی پی ام برساند، روش حذف توسط سیستم های تصفیه تکمیلی رزینی است.
اسمز معکوس (RO): می‌تواند تا 90% سیلیس را حذف کند
الکترودیالیز: روشی موثر برای حذف سیلیس یونیزه شده است که کمتر مورد استفاده قرار گرفته است.
کنترل پارامترهای عملیاتی:-
تنظیم pH: حفظ pH در محدوده 9.5-11 برای کاهش حلالیت سیلیس
- کنترل غلظت سیلیس: مانیتورینگ مداوم و تنظیم بلودان بر اساس آن
3- سیستم بلودان (Blowdown)
بلودان کنترل شده یکی از موثرترین روش‌ها برای کنترل غلظت سیلیس در دیگ بخار است. با خارج کردن بخشی از آب دیگ، از تغلیظ بیش از حد سیلیس جلوگیری می‌شود. میزان بلودان معمولاً حدود 5% آب تغذیه دیگ توصیه می‌شود .
4- رسوب‌زدایی دوره‌ای
در صورت تشکیل رسوب سیلیس، روش‌های زیر برای رسوب‌زدایی توصیه می‌شوند:
الف) روش‌های شیمیایی:
اسیدشویی: با استفاده از اسیدهای ضعیف مانند اسید سیتریک یا اسید سولفامیک
استفاده از آمونیوم بی‌فلوراید: برای رسوبات سیلیسی سخت
مواد دیسکلر: ترکیبات ویژه رسوب‌زدایی با خورندگی کنترل شده
ب) روش‌های مکانیکی:
جت آب فشار قوی
برس‌زنی مکانیکی
اولتراسونیک
استانداردهای مجاز سیلیس در دیگ‌های بخار
محدوده مجاز سیلیس در آب تغذیه دیگ‌های بخار بر اساس فشار کارکرد متفاوت است :
|
فشار دیگ (Psig) |
غلظت مجاز سیلیس در آب تغذیه (ppm) |
غلظت سیلیس در آب دیگ (ppm) |
|
600 |
1.7-2.5 |
35-50 |
|
800 |
0.8-1 |
15-20 |
|
1000 |
0.3-0.4 |
8-May |
|
1500 |
0.1-0.15 |
3-Feb |
|
2000 |
0.04-0.06 |
0.8-1.2 |
|
2500 |
0.02-0.04 |
0.2-0.4 |
|
3000 |
0.005-0.01 |
0.1-0.2 |
|
راهکارهای پیشگیرانه و مدیریتی
1 - برنامه نظارت و پایش مستمر: اندازه‌گیری روزانه غلظت سیلیس در آب تغذیه و آب دیگ
2 - آموزش پرسنل: افزایش آگاهی اپراتورها درباره خطرات سیلیس و روش‌های کنترل آن
3 - نگهداری پیشگیرانه: بازرسی‌های دوره‌ای از سیستم‌های پیش‌تصفیه و دیگ بخار
4 - بهینه‌سازی سیستم‌های تصفیه: ارتقاء سیستم‌های موجود بر اساس نیازهای عملیاتی
5 - استفاده از فناوری‌های جدید: مانند سیستم‌های مانیتورینگ آنلاین کیفیت آب
نتیجه‌گیری
کنترل سیلیس در دیگ‌های بخار نیازمند رویکردی سیستماتیک شامل پیش‌تصفیه موثر آب، کنترل شیمیایی دقیق، مدیریت عملیاتی مناسب و رسوب‌زدایی دوره‌ای است. انتخاب روش‌های کنترل باید بر اساس فشار کارکرد دیگ، کیفیت آب خام و شرایط عملیاتی صورت گیرد. با اجرای برنامه جامع کنترل سیلیس، می‌توان از مشکلات ناشی از رسوب‌گذاری سیلیس جلوگیری کرده و راندمان سیستم را در بالاترین سطح حفظ نمود.