کاربرد دیگ بخار و دی اریتور

اغلب دیگ های بخار از جنس آهن ساخته می شوند و تماس مداوم آب با آهن، باعث ایجاد اسیدکربنیک و در نهایت زنگ زدگی می شود. اکسیژن محلول در آب این فرایند را تسریع کرده و موجب کاهش عمر و راندمان سیستم می گردد. برای جلوگیری از این مشکل، تجهیزی به نام دی اریتور (Deaerator) استفاده می شود که وظیفه آن حذف اکسیژن و سایر گازهای محلول در آب پیش از ورود به دیگ بخار است. در ادامه به با کاربرد دیگ بخار و دی اریتور، انواع و مزایا، وظایف دیگ بخار و دی ارتور می پردازیم.

دیگ بخار چیست؟

دیگ بخار ظرفی فلزی و ایزوله است که حرارت را در محیطی بسته به آب می رساند و بخار تولید می کند. دیگ بخار در صنایعی که قصد استفاده از حرارت غیرمستقیم را دارند نقشی اساسی دارد.

دیگ بخار (به انگلیسی: Boiler) در بسیاری از صنایع کاربرد دارد، از جمله:

• انتقال حرارت در فرآیند های تولید

• انتقال قدرت و حرکت توربین ها

• انجام واکنش های شیمیایی

• ضد عفونی و پاستوریزه کردن

• تولید انرژی (برق یا مکانیکی)

• سیستم های گرمایشی و تهویه صنعتی

آب در دیگ بخار، حکم خون در بدن انسان را دارد و تغذیه ی اصلی سیستم محسوب می شود. کیفیت این آب و حذف ناخالصی ها، تأثیر مستقیمی بر راندمان و سلامت دیگ دارد.

کاربرد دیگ بخار و دی اریتور

اگر بخواهیم به صورت خلاصه به کاربرد دیگ بخار و دی اریتور اشاره کنیم، باید گفت این دو تجهیز نقش مکمل در افزایش راندمان و طول عمر سیستم های گرمایشی و بخار دارند. دیگ بخار وظیفه تولید انرژی حرارتی از طریق بخار را دارد، در حالی که دی اریتور با حذف گازهای خورنده از آب ورودی، از زنگ زدگی و آسیب های ساختاری جلوگیری می کند. استفاده همزمان از این دو تجهیز در صنایع باعث کاهش مصرف سوخت، بهبود کیفیت بخار و کاهش هزینه های نگهداری می شود. اگر به دنبال عملکرد پایدار و اقتصادی در سیستم بخار صنعتی هستید، شناخت دقیق کاربرد دیگ بخار و دی اریتور و انتخاب صحیح در خرید دیگ بخار و خرید دی اریتور برای شما ضروری است.

دی اریتور چیست؟

آب حاوی بسیاری از گازهای محلول است. که هنگام گردش و تعامل با اجزای سیستم های دیگ بخار می توانند بسیار خورنده باشند. علاوه بر این گازهای محلول، آب حاوی بسیاری از مواد معدنی محلول نیز می باشد. این املاح می توانند رسوبات بسیار آسیب زننده ای را در داخل سیستم ایجاد کنند. یکی از تجهیزاتی که باعث افزایش راندمان دیگ بخار می شود، دستگاه دی اریتور (هوازدا) می باشد. دی اریتور (Deaerator) دستگاهی است برای حذف اکسیژن آب و پیش گرمایش آب برای ورود به دیگ بخار استفاده می شود.

انواع دی اریتور موجود در بازار

دو نوع اصلی دی اریتور شامل:

1. دی اریتور سینی دار (Tray Type)

• شامل برجک عمودی و مخزن افقی

• آب به صورت آبشاری روی سینی های مشبک ریخته می شود

• بخار از پایین وارد شده و گازهای محلول را از آب جدا می کند

• عمر طولانی (تا ۴۰ سال)، راندمان بالا، قیمت بیشتر

2. دی اریتور اسپری شونده (Spray Type)

• شامل مخزن افقی یا عمودی بدون برج

• آب از طریق نازل های فنری اسپری می شود

• دارای دو بخش: پیش گرمایش و جداسازی گاز

• مناسب برای کاربرد های سبک تر، قیمت کمتر، عمر حدود ۲۰ سال

دی اریتور سینی دار (آبشاری)

در دی اریتور سینی دار یک بخش عمودی هوازدایی گنبدی شکل در بالای مخزن ذخیره کننده آب افقی دیگ بخار وجود دارد. در این قسمت چند سینی با فاصله از هم نصب شده اند و عمل هوازدایی آب در اینجا انجام می شود.

آب ورودی از یک سینی به سینی دیگر می ریزد و به قطرات کوچک تبدیل و عمل هوازدایی بوسیله بخار فشار پایین که از پایین سینی های منفذ دار وارد می شود صورت می پذیرد. این بخار از طریق منافذ موجود به سمت بالا می رود و با آب بویلر تماس پیدا می کند. این تماس باعث ترکیب بخار با آب خواهد شد.

با پاشیدن آب به داخل دستگاه، اکثر گازهای غیر قابل تغلیظ (عمدتا اکسیژن و دی اکسید کربن آزاد) حذف می شوند. این گازها از طریق شیر خروجی واقع در بالای قسمت گنبدی شکل به بیرون فرستاده می شود. عدم بازشدن مناسب این شیر باعث عملکرد نامناسب دی اریتور خواهد شد. در نتیجه بخش زیادی اکسیژن همراه آب وارد دیگ بخار می شود. برای ترکیب بهتر آب بویلر و بخار به جای سینی از پرکن ها استفاده می شود.

دی اریتور اسپری شونده (نازل های فنری)

در نوع اسپری شونده یک درام افقی که دارای یک بخش پیش گرم و یک بخش هوازدایی می شود. این دو بخش به وسیله یک صفحه از هم جدا می شوند. از طریق منافذ واقع در پایین درام بخار کم فشار وارد دی اریتور می شود. آب دیگ بخار به صورت اسپری به بخش پیش گرم پاشیده می شود و با بخاری که بوسیله پخش کننده به بالا می آید پیش گرم می شود. دلیل استفاده از نازل اسپری کننده آب دیگ بخار و بخش پیش گرم کننده جدا کردن راحت تر گازهای حل شده در آب و ارسال آن به بخش هوا زدایی است.

مشخصات فنی دی اریتور اسپری شونده

دی اریتور از نوع نازل اسپری دارای هواگیر یا برج نمی باشد و تنها از یک مخزن استوانه ای افقی یا عمودی تشکیل شده است. که هم به عنوان بخش تخلیه هوا و هم مخزن ذخیره آب تغذیه دیگ عمل می کند. دی اریتور اسپری شونده دارای یک مخزن است که از یک بخش پیش گرم آب و یک بخش جداساز گازها تشکیل شده است. دو بخش توسط یک یا چند بافل یا جداساز از هم جدا شده اند. بخار از طریق یک نازل منصوب در کف مخزن وارد آن می شود. آب تغذیه دیگ بخار به بخشی که در اثر بالا آمدن بخار از نازل گرم می شود، پاشیده می شود. هدف از نازل پاشش آب تغذیه و بخش پیش گرم ، گرم كردن آب تغذیه دیگ بخار تا درجه حرارت اشباع آن برای تسهیل در حذف گازهای محلول در آب است.

سپس آب تغذیه از قبل گرم شده به قسمت تخلیه هوا می ریزد و در آنجا با بخار خارج شده از نازل کف تخلیه می شود. گازها از طریق دریچه بالای دی اریتور خارج می شوند. آب تغذیه دیگ بخار از پایین مخزن به دیگ بخار پمپ می شود.

تفاوت و شباهت انواع دی ارتور

در هر دو مورد، قسمت عمده حذف گاز با پاشیدن آب سرد در محیط بخار انجام می شود. در دی اریتور از نوع اسپری شونده، یک نازل بخار را با آب خوراکی که به داخل دستگاه پاشیده می شود. در نوع سینی دار، آب ورودی روی سینی هایی که به ترتیب روی هم نصب شده اند ریخته می شود و با تبدیل شدن به قطرات کوچک با بخار ورودی برخورد کرده و گازهای محلول حذف می شود.

وظیفه‌ دی اریتور دیگ بخار

قسمت اساسی این سیستم‌های مبنی بر دیگ بخار، آبی است که در داخل مخزن و سیستم به کار می‌رود. نکته‌ی مهم این است که این آب در کل سیستم باقی می‌مانند و به نوعی بازیافت می‌شودو هرگز در معرض محیط خارج از سیستم قرار نمی‌گیرد.

امروزه در بسیاری از صنایع و کارخانه‌ها از انواع دیگ‌ بخار و دی اریتور برای گرم کردن آب استفاده می‌شود. کاربردهای کلی دیگ‌های بخار عمدتاً مربوط به سیستم‌ گرمایش آب، سیستم گرمایش مرکزی، استفاده در تجهیزات مربوط به پخت و پز، سیستم‌های بهداشتی مانند پاستورازیسیون و البته استفاده در سیستم‌های تولید برق مبتنی بر دیگ بخار است.

محل نصب و ملاحظات دی اریتور

برای استفاده از دی اریتور در دما های بالاتر و در فشار اتمسفر معضلاتی همچون رسیدن به نقطه ی جوش و ایجاد بخار و بالا رفتن احتمال پدیده ی کاویتاسیون در پمپ های تغذیه وجود دارد. معمولا برای غلبه بر این مشکل دی اریتور ها را در ارتفاعی بالاتر از پمپ های تغذیه قرار می دهند. مابقی اکسیژن موجود در آب را با اضافه کردن مواد شیمیایی مانند سدیم سولفات و هیدرازین از بین می بریم. در نقاطی که نباید مواد شیمیایی به آب اضافه گردد از دی اریتور های تحت فشار استفاده می گردد.

• نصب در ارتفاع بالاتر از پمپ برای جلوگیری از کاویتاسیون

• در برخی موارد از دی اریتور تحت فشار استفاده می شود

• باقی مانده ی اکسیژن را می توان با مواد شیمیایی (مثل هیدرازین) حذف کرد

قوانین عملکرد دی اریتور دیگ بخار تحت فشار

اگر مایعی در دمای اشباع آن باشد میزان انحلال گاز در آن تقریبا به صفر می رسد. این در حالی است که مایع باید دارای تلاطم بسیار بالایی باشد یا باید به جوش آید تا اطمینان کاملی از خروج تمامی گاز ها حاصل گردد.

این تلاطم در قسمت بالایی برجک دی اریتور با اسپری شدن و تبدیل به قطرات بسیار ریز و احاطه این قطرات با بخار نایل می شود. برای همین آب بسیار راحت تر، اکسیژن محلول خود را از دست می دهد. این اتفاق سطح بسیار زیادتری را نسبت به جرم آب به آن اختصاص می دهد. این موضوع باعث انتقال حرارت از بخار به قطرات و جدا سازی اکسیژن را ساده تر می سازد. در آخر این گاز ها به وسیله ی بخار مازاد از خروجی بالای دیگ در دمایی کمتر از دمای اشباع خارج می گردند.

مخلوط بخار و گاز های اضافه در درجه حرارت پایین تر از نقطه جوش (دمای اشباع) در فشار دی اریتور ، به ما کمک می کند تا بتوانیم از یک خروجی با کنترلر ترموستاتی استفاده کنیم تا هوازدایی صورت گیرد. سپس آبی که عملیات جدا سازی بر روی آن انجام گرفته به داخل منبع دی اریتور سر ریز می گردد.

توزیع آب در دی اریتور

• آب ورودی باید به قطرات ریز تقسیم شود

• تماس سطحی بالا با بخار باعث حذف گازهای محلول می شود

• گرمایش آب تا نزدیکی دمای اشباع (۱۰۰ درجه) برای حذف اکسیژن لازم است

آب ورودی در دی اریتور باید به کوچکترین قطرات ممکن تقسیم گردد تا اینکه میزان سطح در تماس با هوا، نسبت به جرم آب، بالا برده شود. این نکته ضروری است که دمای آب افزایش پیدا کند تا اینکه در کنار این افزایش سطح ، خروج گاز از مایع با سرعت بالایی در برجک دی اریتور انجام گیرد.

مراحل کار دی اریتور دیگ بخار چیست؟

یکی از این روش ها برخورد آب با تعدادی سینی سوراخ دار می باشد. در این روش آب با برخورد به سری سینی های سوراخ دار پودر شده و همزمان از پایین با بخار در تماس قرار می گیرد و حرارت دریافت می کند. روش دیگر استفاده از نازل های فنری است که این نازل ها با وارد کردن نیرویی به سمت بالا و در مقایل نیروی ورودی سیال و عبور دادن سیال از دریچه های نازک خود سیال را اسپری می کند.

مسلما در انتخاب این روش ها دلایلی بر انتخاب و دلایلی بر رد روش وجود دارد .در جایی که هزینه ی لازمه هم باید در نظر گرفته شود این موضوع نمود بهتری پیدا می کند، برای مثال در دی اریتور سینی دار عمر این دستگاه تا ۴۰ سال هم می تواند باشد اما در حالت اسپری کردن این عمر تا ۲۰ سال کاهش می یابد، درحالی که قیمت سینی دار تا ۲۵ درصد بیشتر می باشد.و کارایی سینی دار ها بسیار بالاتر می باشد.از دی اریتور سینی دار معمولا در نیروگاه ها و از اسپریی در مابقی مصارف استفاده می شود.

سیستم های کنترلی در دی اریتور

• کنترل سطح آب: جلوگیری از شوک حرارتی به مخزن

• کنترل بخار ورودی: تنظیم فشار بخار برای عملکرد بهینه

كنترل سطح آب

شيرهاي كنترل در دي اريتورها براي تنظيم سطح آب داخل منبع ذخيره مورد استفاده قرار مي گيرد. اين سيستم ها بايد يك محيط عملكردي پايدار را براي دی اریتور تامين كند زيرا با ورود اب سرد به داخل سيستم امكان ضربه و كشش حرارتي و آسيب رسيدن به تانك بالا می رود.

كنترل بخار

كنترل كننده هاي سطح بخار ميزان بخار ورودی به دی اريتور را تنظيم مي كند. اين تنظيم به صورت تغييرات در فشار صورت مي گيرد. تزريق بخار در داخل دی اريتور ها معمولا در پايه برجك صورت مي گيرد كه هم باعث گرم كردن آب پودر شده می شود و هم گازهای اضافی را با خود به بالای برج حمل می كند.

تاثیر دما آب بر میزان انحلال اکسیژن

معمولا دمای آب تغذيه زماني كه وارد دی اريتور مي شود تا حدود 85 درجه سانتي گراد مي باشد و در حدود 3.5 گرم اكسيژن در 1000 گرم خود دارد. اين اكسيژن است كه باعث ايجاد خرابي هاي بزرگ از جمله خوردگی براي دیگ بخار مي شود. اكسيژن خود را به ديواره هاي بويلر مي چسباند و باعث ايجاد زنگار بر روي لوله ها و جداره ها مي شود. همچنین تركيب اكسيژن با كربن و ايجاد كربن دي اكسيد و در نتيجه ان ايجاد كربنيك اسيد است كه باعث انحلال آهن در آب و همچنين زنگ زدگي مي شود. پس حذف اکسیژن اضافی درون آب تغذيه بويلر  يك موضوع حياتي است.

زماني كه آب تغذيه تا دماي 100 درجه ( درجه اشباع در فشار اتمسفريك) مي رسد، ميزان اكسيژن محلول در آب بايد به صفر برسد. اما در عمل اين چنين نيست و ميزاني از اكسيژن در آن باقي مي ماند.بايد ذكر كرد كه ديگر گازهاي نامحلول درون آب نيز در زمان هوازدايي از دی اريتور خارج مي شوند و اين همان دليلی است كه ممكن است ميزان هواي خارج شده بيش از 9.5 گرم در 1000 گرم آب به نظر ايد و در حقيقت 5.9 گرم هوا در 1000 گرم آب در دماي 80 درجه موجود باشد.
براي تعيين ميزان خروجي هوا بايد تخمين زدن را به وسيله قانون دالتون و قانون هانری استفاده كرد برای مثال آب ورودي 80 درجه كه داريم 5.9 گرم هوا مي باشد در فشار 1.2 بار كه دماي اشباع ان 105 درجه مي باشد. بايد مطمئن شد كه 5.9 گرم هوا از هر 1000 گرم اب خارج شده است.

نتیجه گیری

همانطور که در متن گفته شد دی اریتور دیگ بخار، وظیفه جداسازی گازهای محلول در آب و پیش گرمایش دیگ بخار را دارد. از انواع دی اریتور دیگ بخار در بازار، دو نوع اصلی وجود دارد. دی اریتور اسپری شونده و دی اریتور سینی دار از پر کاربرد ترین انواع دی اریتور در بازار می باشند. تفاوت اصلی این دو اریتور در این است که دی اریتور اسپری شونده به صورت درام افقی می باشد و مانند دی اریتور سینی دار، برج در بالا مخزن ندارد.

عملکرد و توزیع آب در دی اریتور به این صورت است که در دی اریتور آب به بخار تبدیل می شود. این تبدیل آب به بخار باعث جداسازی گازهای محلول و پیش گرمایش آب می شود. این امر باعث بهبود عملکرد دیگ بخار و افزایش طول عمر تاسیسات می شود.