رسوب دیگ بخار چیست؟

رسوب به‌دلیل مواد ناخالصی که در آب دیگ بخار وجود دارد و به‌دلیل حرارتی که در دیگ بخار هست، ایجاد می‌شود. به آب حاوی ناخالصی و مواد معدنی که باعث ایجاد رسوب در دیگ بخار می‌شود، اصطلاحاً آب‌سخت نامیده می‌شود. در ادامه  به دلایل ایجاد رسوب دیگ بخار و آثار ناشی از تصفیۀ ناقص آب و بالطبع حرارت دیدن زیاد فلز بررسی خواهیم کرد.

تشکیل رسوب دیگ بخار

تشکیل رسوب روی سطوح حرارت خوار مجاور آب در دیگ بخار، به علت تماس ناخالصی های موجود در آب دیگ بخار با سطوح داغ آن است.

از میان این ناخالصی ها مهم‌ترین آن‌ها کلسیم (Ca)، منیزیم (MG) و سیلیس(Sio2) هستند.

• کلسیم و منیزیم ممکن است تشکیل نمک سولفات و کربنات بدهند که نشانگر تشکیل رسوب هستند. وجود کلسیم در آب خام به‌علت حضور آن به شکل‌های مختلف، از قبیل آهک گچ و… عمومیت دارد. منیزیم نیز به اشکال گوناگون از منابع بسیاری در آب وجود دارد. یک‌شکل مشهور آن به‌صورت سولفات منیزیم Mgso4 موجود است.
• سیلیس که در ماسه و شیشه پیدا می‌شود، تشکیل رسوبی متراکم بینهایت سخت و عملاً شیشه‌ای می‌دهد. آبی که تولید رسوب می‌کند، در اصطلاح آب‌سخت نامیده می‌شود. این سختی موقتی یا دائم یا از هر دو آن هاست. سختی موقتی ممکن است با حرارت دادن آب تغذیه تا ۲۱۲ درجۀ فارنهایت در گرمکن حذف شود.
• در این مورد، نمکهایی که باعث سختی موقت بوده ته نشین میگردند. سختی دائم بایستی با تصفیه آب توسط سختی گیرها و یا با تصفیه آب در خود دیگ کنترل شوند.

ایرادات موجود در زمینۀ رسوب دیگ بخار و سطوح حرارتی دیگ بخار،

دو ایراد مشخص به شرح زیر ظاهر می شود:

• الف. رسوب عایق مؤثر حرارتی است، درجه هادی نبودن این رسوب تا مقداری با وزن مخصوص آن متغیر است. وجود رسوب با ضخامت چشمگیری، به معنای جذب کمتر حرارت به‌وسیلۀ آب است که در نتیجه به افت بازدهی دیگ منجر می شود.
• ب. به‌علت این حقیقت که رسوب ازنظر هدایت حرارتی ناتوان است، سطوح حرارتی که ازیک‌طرف به این طریق عایق‌شده و ازطرف دیگر درمعرض گازهای داغ قرار دارند، ممکن است سریعاً به درجۀ حرارت بالای خطرآوری برسند که در این حالت، شکافتگی لوله‌ها و حتی پوسته‌های دیگ‌ها اجتناب‌ناپذیر خواهد بود.

تشکیل رسوب دیگ بخار غالباً با میزان تبخیر ازدیاد می‌کند؛ ازاین‌رو رسوبات در محل‌هایی که دمای دود مقدار حداکثر خود را دارد، سنگین تر و متراکم تر است. رسوب دیگ بخار در لولۀ دودی جدی تر است و مسئله‌ای بیشتر به‌همراه دارد و روکش رسوب به ضخامت 5/1 میلی‌متر روی لوله‌های دیگ‌های بخار لولۀ آبی که در حرارت تابشی قرار دارند، ممکن است به نقص لولۀ دودی منجر شود؛ درحالی‌که رسوبات به‌مراتب سنگین تر روی لوله‌های دیگ‌های بخار لولۀ دودی باعث افت بازدهی می‌شوند؛ اما موجب خطر نیستند. دلیل این تفاوت این است که لوله‌های نوع اخیر حرارت خود را از طریق مکانیزم انتقال حرارتی جابه‌جایی و نه از طریق تابش کسب می کنند.

وجود رسوبات سنگین معمولاً نمایانگر بی‌توجهی است؛ زیرا این رسوبات می‌توانند در بیشتر موارد با تصفیۀ کامل آب از بین بروند. در محل‌هایی که رسوب به ضخامت چشمگیری تشکیل‌شده است، باید اقداماتی برای برداشتن آن‌ها انجام شود و در حالتی که دیگ بخار تمیز است، باید گام‌های مناسبی برای جلوگیری از تکرار تشکیل رسوب برداشته شود.

رسوب می‌تواند عمل صحیح سیستم‌های کنترل را مانع یا در آن‌ها ایجاد اختلال کند و حتی در شیرهای اطمینان، ارتباط‌های ضروری را سد می‌کند و باعث می‌شود شیر فوق یا سیستم کنترل بچسبند. علت اولیۀ نقص‌های شیر اطمینان عبارت است از تشکیل رسوب در حول‌وحوش نشیمن که باعث چسبیدن شیر در وضعیت بسته می‌شود. یک برنامه منظم آزمایش شیرها نقص‌هایی ازاین‌قبیل را مانع خواهد شد.

وجود روغن در دیگ‌های بخار ایجاد وضعیت خطرناک می‌نماید. روغن یک عایق حرارتی عالی است و حضور آن روی سطوح حرارتی که در دماهای زیاد قرار دارند، ممکن است به دمای زیاد فلز منجر شود و به دیگ صدمه وارد کند. جمع‌شدن روغن در دیگ بخار معمولاً در مواردی است که از بخار خروجی در موتورهای سیلندر پیستونی استفاده شود و بخار خروجی از این موتورها را پس از مایع کردن، دوباره به‌عنوان آب مصرفی وارد سیستم آب تغذیه دیگ کنند.

روغن ممکن است از طریق منبع آب خام وارد سیستم دیگ بخار گردد. روغن را می‌توان با جوشاندن آن همراه با کربنات سدیم و سود سوزآور از سیستم آب دیگ حذف کرد. برای این کار، پوند از هریک از این ترکیبات را برای هر ۱۰۰۰ پوند آب به کار می‌برند و دیگ بخار را در فشار psl ۵ تنظیم می‌کنند و به عمل جوشاندن به مدت ۲ تا ۳ روز ادامه می‌دهند. سپس دیگ را تخلیه می‌کنند و با آب تازه به‌طور کامل شست‌وشو می‌دهند و دوباره سطوح داخلی را بررسی می کنند.

توضیح مختصری دربارۀ سختی گیرها و عدم ایجاد رسوب دیگ بخار

عمل نرم کردن آب تغذیه معمولاً در سختی گیرها انجام می‌شود که به دستگاه‌های تعویض یونی نیز معروف است. در این وسایل معمولاً کاتیون (یون مثبت) نمکی که در آب مزاحمت ایجاد می‌کند، مثلاً یون mg ⁺⁺ و Ca، با کاتیون نمک موجود در سختی گیرها (مثلاً Na ⁺⁺ )که مزاحمتی ندارد، تعویض می‌شود. پس از مدتی که تمام یون‌های مفید موجود در نمک سختی گیر به مصرف رسید، با عمل شست‌وشو، یون‌های جذب‌شدۀ مضر را با یون‌های مفید مانند Na⁺  تعویض نمود. ذیلاً مثالی از واکنش‌های یونی که در یک سختی گیر صورت می‌گیرد، ملاحظه می شود.

واکنش بالا را واکنش نرم کردن نیز می گویند.

فعل‌وانفعال بازیابی نمک

بازدهی سختی گیر به انتخاب صمغ تعویض یونی مناسب بستگی تام دارد. این صمغ‌ها در بازار به اسم تجارتی موجود است و فرمول شیمیایی دقیق آن در اختیار سازنده‌ها قرار دارد. بیشتر صمغ‌هایی که برای این کار به کار می‌روند، پایۀ استرین دارند و خواص تعویض یونی آن‌ها عمدتاً به‌دلیل گروه‌های سولفونه ای است که به‌وسیلۀ روش شیمیایی سولفوناسیون در آن‌ها وارد شده است.

خوردگی در رسوب دیگ بخار:

خوردگی عبارت است از خرابی الکتروشیمیایی سطوح که معمولاً زیر سطح آب قرار دارد. مقدار PH آب معیاری جهت اسیدی یا قلیایی آن است و طبیعتاً تأثیر مستقیمی بر خواص مواد خورنده دارد. تأثیر زیان‌آور خوردگی ناشی از سرعت نفوذ آن است. خوردگی‌هایی که بر نواحی زیادی از دیگ بخار تأثیر می‌گذارند، احتمالاً سرعت زیادی نسبت به خوردگی موضعی در نواحی کم ندارد. خوردگی‌های نوع اول گاهی بسختی مشاهده می‌شوند و ممکن است تا مقدار خطرناکی گسترش یابد.

خوردگی موضعی ممکن است به یکی از اشکال چاله‌ای یا شیاری خود را نشان دهد.

1. خوردگی چاله‌ای می‌تواند به شکل و اندازۀ سرسوزن یا اندازۀ یک سکۀ ده‌ریالی باشد.
2. خوردگی شیاری درحقیقت ترکیبی از خوردگی موضعی و تمرکز تنش است. این نوع خوردگی معمولاً مجاور درزهای پرچ شده و یا نقاطی که دارای شیب ناگهانی در ضخامت هستند روی میدهد

خوردگی ناشی از خاکستر سوخت مایع:

در حین احتراق سوخت‌های مایع، ترکیبات آلیاز جمله ترکیبات حاوی وانادیوم V و گوگرد (S) تجزیه و با اکسیژن ترکیب می‌شوند. اکسیدهای فرار حاصله همراه با دود گازهای حاصل از احتراق منتقل می‌شوند. سدیم که معمولاً در سوخت‌های مایع به‌صورت کلرور حضور دارد، با اکسید گوگرد ترکیب می‌شود و تشکیل سولفات میدهد. درضمن پنتا اکسید وانادیوم (V₂0₅) به‌صورت گاز نیمه سیال روی دیواره‌های کوره و غیره قرار می‌گیرد؛ به‌خصوص در ناحیه‌هایی که حرارت زیاد باشد ( این مسئله بیشتر در دیگ‌های بخار لولۀ آبی صدق می کند).

اکسید سدیم با پنتا اکسید وانادیوم ترکیب می‌شود و تشکیل ترکیبات کمپلکس (خصوصاً وانادات n Na₂O.V₂O₅، وانادات واناديل n Na ₂ O.V ₂ O ₄ . m V ₂ O₅ میدهد بعضی از این ترکیبات کمپلکس درجه‌حرارت ذوب تا حدود ۲۴۹ درجۀ سانتی‌گراد دارند که نه‌تنها سطح لوله یا کوره را می‌پوشانند، بلکه فعالانه موجب خوردگی آن‌ها نیز می شوند.

گدازه با ضخامت متعادل از ۳ تا ۶ میلی‌متر در کوره‌های آزمایشی و تجربی در مدت کوتاهی حدوداً تا ۱۰۰ ساعت نیز تشکیل‌یافته است. این گدازه لوله‌ها را عایق می‌کند که به ازدیاد دمای خود گدازه منجر می‌شود و این امر موجب افزایش میزان خوردگی و همچنین مسبب ته‌نشینی بیشتر خاکستر می‌شود. رسوبات گدازه‌های ضخیم تر به خوردگی بیشتری منتهی می‌شوند که این امر ناشی از درجۀ حرارت بیشتر خود گدازه و وجود مادۀ خورنده بیشتر است. به‌هرحال، درجۀ حرارت‌های بیشتر گدازه باعث می‌شود این ماده سیالیت بیشتری پیدا کند؛ ازاین‌رو مشخص می‌شود که چرا این‌گونه مواد آسان تر در سطوح عمودی جریان پیدا می‌کنند و بنابراین معمولاً در گوشه‌ها جریان پیدا می‌کنند و برروی سطوح موازی ایجاد می شوند.

این نوع خوردگی بر تمامی فولادهای آلیاژی ساختمانی مؤثر است. حتی مواد ضدخوردگی عالی از قبیل آلیاژهای  Cr 60-40 و Ni 50 – 50 که غالباً برای تکیه‌گاه‌های بخار داغ کن SUPER HEATER بکار می‌روند نیز ایمن نیستند. بعلاوه مواد نسوز غیرفلزی که برای روکش کردن کوره به کار می‌روند نیز مورد حملۀ گدازه وانادیومی قرار می گیرند.

کنترل خوردگی در ناحیه دود دیگ بخار

خوردگی در ناحیۀ دود در دیگ‌های بخار لولۀ دودی داخل لوله و در دیگ‌های لولۀ آبی خارج (لوله) بندرت از همه جهت ممکن است حذف شود. واضح است که اگر مواد قلیایی و گوگرد از ذغال سنگ یا وانادیم و گوگرد از سوخت‌های مایع قبل از احتراق می‌توانستند خارج شوند، خوردنی در این ناحیه به میزان عظیمی از بین می‌رفت. بهرحال هرچند روش‌های معینی برای خروج این مواد از سوخت‌های فوق وجود دارند، معمولاً این روش‌ها گران‌قیمت و نسبتا بی‌اثر هستند.

شیوه های کاهش خوردگی در دیگ بخار:

کاهش خوردگی در این ناحیه توسط یکی از شیوه‌های زیر انجام می‌شود که برحسب درجۀ مؤثر بودن آن‌ها مطرح‌شده است:

1. انتخاب سوخت
2. کنترل احتراق
3. طراحی و ساخت دیگ بخار؛
4. خارج کردن متناوب خاکستر
5. استفاده از مواد افزونی به سوخت

غالباً لازم است که چند مورد از موارد بالا به‌کارگرفته شود.

انتخاب سوخت خوب در کاهش خوردگی و رسوب دیگ بخار

استفاده از سوخت عادی از خاکستر یا گوگرد شاید مستقیم ترین وسیلۀ کاهش خوردگی باشد. بیشتر سوخت‌های گازی‌شکل طبیعی یا صنعتی فاقد خاکستر هستند؛ درحالی‌که بیشتر سوخت‌های مایع انواع ذغال سنگی دارای مقدار معینی خاکستر هستند. هر نوع سوختی ممکن است گوگرد داشته باشد؛ سوخت‌های مایع و ذغال سنگ نادری وجود دارند که فاقد گوگرد هستند؛ درحالی‌که گازها با احتمال بیشتری فاقد گوگرد هستند یا مقدار آن بسیار ناچیز است.

بعضی سوخت‌ها از قبیل شربت «سیاه» که در دیگ‌های بخار مخصوص کارخانه‌های کاغذسازی مصرف می‌شوند، به مقدار جزئی گوگرد دارند. بعضی از دیگ‌های بخار به مشعل‌هایی مجهز شده‌اند که می‌توانند با بیش از یک نوع سوخت کار کنند. انواع دیگر با مشعل‌های کمکی اضافی تجهیز یافته‌اند که سوخت ثانویه را به کار می‌برند. معمولاً اصلی و کمکی توأم کار نمی‌کنند. بیشتر دیگ‌های بخار فقط از یک نوع سوخت استفاده می‌کنند. متصدیان روزانۀ دیگ بخار باید همیشه از ترکیب سوخت استفاده‌شده آگاه باشند تا بتوانند شرایط کاری را برای حداقل کردن رسوبات خاکستری تنظیم کنند.

گاهی استفاده از سوخت با گوگرد زیاد اجتناب‌ناپذیر است، در چنین مواقعی کنترل دقیق شرایط کاری اجباری است؛ مثلاً در یک دیگ بخار لولۀ دودی که گاز پالایشگاهی آلوده به گوگرد را می‌سوزاند، نشت‌هایی در لوله‌های فولادی معمولی در گذر پنجم موجب بلااستفاده شدن دیگ می‌شوند. در چنین مواقعی، قطعاً خوردگی ناشی از اسیدسولفوریک روی سطوح داخلی لوله علت اصلی نشتی ها بوده است. واضح است که در اینجا متصدی دیگ بخار در پاک‌کردن دیگ با استفاده از سوزاندن سوخت با گوگرد کم، مدت زمان کافی قبل از تعطیل کردن دیگ تعلل ورزیده است و در نتیجه اسید در لوله‌ها مایع‌شده و باعث خوردگی شده است. خوردگی از این نوع معمولاً مسئله‌ای نیست؛ به‌شرط اینکه سوخت تمیز به مدت کافی بسوزد تا همۀ ترکیبات گوگردی از لوله‌ها قبل از سردشدن دیگ بخار خارج شوند.