دی اریتور | انواع دی اریتور دیگ بخار

دی اریتور چیست ؟

در یک تعریف ساده، دی اریتور یک مبدل حرارتی با تماس مستقیم است که به کمک برخورد آب و بخار و در نتیجه‌ی گرم کردن آب، گازهای محلول در آب را از آن جدا می کند. همچنین به دلیل پایین بودن فشار جزئی گازهای مورد نظر در فضای داخلی دی اریتور، گاز های محلول در آب به فضای مجاور خود (فاز بخار) منتقل می گردند. دی اریتور با گرمایش آب تغذیه به بهبود عملکرد بویلر کمک کرده و عملکرد صحیح آن می تواند موجب کاهش تزریق مواد شیمیایی به آب بویلر شود.

انواع دی اریتور :

• دی اریتور برجک دار (سینی دار)

• دی اریتور پاششی (طرح پرموتیت)

 

دی اریتور برجک دار (سینی دار) :

در این نوع از دی اریتور ها، برای آزاد سازی گاز های محلول از سینی های پشت سر هم کمک گرفته می شود. آب از طریق پاشش از بالای محفظه روی سینی ها به صورت آبشاری حرکت می کند. داخل این محفظه از طریق خط ورودی بخار همواره مملوء از بخار است. این بخار ذرات و لایه های نازک آب را گرم کرده و گاز های حل شده در آن مانند اکسیژن و دی اکسید کربن را جدا می کند.

 

دی اریتور پاششی (طرح پرموتیت) :

در این نوع دی اریتور مقدار مشابهی آب در معرض بخار قرار گرفته و گاز های محلول در آن آزاد خواهد شد. در نتیجه مستقل از دمای ورودی آب خواهد بود. همچنین با کاهش بار، بهره برداری به حداکثر مقدار طراحی نسبت سطح به قابلیت عبوردهی افزایش یافته و فیلم های نازک تری برای آزاد سازی گاز ها تشکیل خواهد شد.

 

علل نیاز به خارج سازی گازها از آب ورودی به بویلر:

اکسیژن به عنوان عامل اصلی خوردگی در تانک های تغذیه و دی اریتور، خطوط لوله، آب تغذیه، پمپ های تغذیه و بویلرهای بخار می باشد. در صورت وجود دی اکسید کربن، مقدار PH آب کاهش یافته، ماهیت آن اسیدی شده و در نتیجه آهنگ خوردگی افزایش خواهد یافت. خوردگی به شکل تخلخل نمایان می شود و با وجود اینکه فلز زیادی از دست نمی رود ولی قدرت نفوذ بالایی داشته و می تواند در مدت زمان کوتاهی اثرات مخرب خود را آشکار نماید. حذف گازهای محلول از جمله اکسیژن با کمک روش های مکانیکی و شیمیایی عملی بوده و در واقع از هر 2 روش استفاده می‌گردد.

جهت کاهش خوردگی می بایست مقدار PH یا قلیائیت را بالاتر از محدوده 5/8 الی 9 حفظ کرد. این محدوده کمترین مقدار PH جهت حذف دی اکسیدکربن و کاهش اثرات وجود اکسیژن است .

بازگشت کندانس از طرف مصرف کننده ها تأثیر قابل ملاحظه ای بر حجم عملیات فرآوری آّب ورودی به بویلر دارد. کندانس برگشتی دارای حرارت بالا بوده و با خلوص بالا نیازی به عملیات فراهم آوری ندارد. بنابراین هرچه میزان آن بیشتر باشد، عملیات فراهم آوری و آماده سازی آب کمتر خواهد بود.

آبی که در معرض هوا قرار داشته باشد می تواند با اکسیژن اشباع شود. انحلال اکسیژن در آب تابعی معکوس از دماست. بدین معنی که با افزایش دما، مقدار اکسیژن محلول در آب کاهش می یابد. بنابراین اولین گام در آماده سازی آب، گرمایش آن به منظور آزادسازی اکسیژن است. به طور معمول دمای کاری تانک تغذیه بویلر(دی اریتور)، باید در حدود 85 الی 90 درجه سانتیگراد باشد. در این دما میزان اکسیژن باقیمانده در آب در حدود 2 mg/lit (ppm) خواهد بود.

استفاده و بهره برداری از دی اریتور در دماهای بالاتر ممکن است در فشار اتمسفریک مشکل ساز باشد زیرا به علت نزدیکی دمای آب به دمای اشباع، احتمال ایجاد پدیده کاویتاسیون در پمپ بویلر افزایش می یابد. جهت رفع این موضوع می توان در صورت امکان دی اریتور را در ارتفاع بسیار بالاتری نسبت به بویلر نصب نمود.

افزایش مواد شیمیایی اکسیژن زدا نظیر سولفیت سدیم، هیدرازین و یا تانین، باقیمانده اکسیژن را برداشت نموده و از خوردگی جلوگیری می کند. عملیات فوق روشی معمول در سایت ها و موتورخانه های صنعتی و متداول بخار در کشوری نظیر انگلستان است که از دی اریتور هایی با فشار اتمسفریک استفاده می کنند. با این حال، موتورخانه های دیگری نیز یافت می شوند که با توجه به اندازه، کاربردهای خاص و یا الزام استانداردهای محلی نیاز به کاهش (یا افزایش) مواد شیمیایی افزودنی دارند. در صورتی که نیاز به کاهش این مواد باشد، استفاده از دی اریتور تحت فشار روشی مناسب خواهد بود.

 

اصول عملکردی دی اریتورهای تحت فشار:

در صورتی که یک مایع در دمای اشباع خود قرار گیرد، حلالیت گازها در آن به صفر خواهد رسید. به منظور حصول اطمینان از جداسازی کامل گازها نیاز به جوشاندن کامل و یا هم زدن قوی محلول خواهیم داشت.

این امر در قسمت برجک دی اریتور و با تبدیل جریان آب به قطرات ریز حاصل می شود. به موازات، بخار با فشار نزدیک به اتمسفر یا کمی بالاتر از آن قطرات آب را احاطه می کند. بدین ترتیب، سطح تماس آب ورودی افزایش یافته و دمای آن به سرعت تا دمای اشباع افزایش خواهد یافت. این عملیات موجب آزادسازی اکسیژن و گازهای محلول دیگر شده که متعاقباً به همراه مقدار کمی از بخار به اتمسفر تخلیه می شوند (با توجه به این که مخلوط هوا و بخار دارای دمای کمتری از بخار اشباع است، عملکرد ترموستاتیک شیر هواگیر نصب شده بر روی برجک مقداری از مخلوط فوق را خارج  می کند). آب هوا زدایی شده در برجک نهایتا وارد مخزن دی اریتور خواهد شد. به علاوه، در مخزن دی اریتور با ایجاد لایه ای از بخار بر روی آب، از عدم انحلال مجدد اکسیژن اطمینان حاصل خواهد شد.

توزیع آب:

آب ورودی دی اریتور باید به قطرات کوچک تر تقسیم شود تا حداکثر سطح تماس را نسبت به دبی جرمی ایجاد نماید. تمهید فوق به منظور افزایش سریع دمای آب و جداسازی گازها در زمان کوتاه عبور آب از برجک لازم و ضروری است. تبدیل آب به قطرات کوچکتر به چند روش انجام پذیر است که به صورت شماتیک در اشکال زیر نمایش داده شده است:

 

به صورت عمومی استفاده از سینی های متوالی دارای راندمان و عمر کاری بالاتر بوده و البته با افزایش اندکی هزینه همراه خواهد بود. در جدول زیر مقایسه ای بین دو روش استفاده از نازل و یا سینی مشبک انجام شده است.

 

انواع سیستم کنترل:

 

الف) کنترل آب:

به منظور حفظ سطح آب به میزان مناسب در مخزن ذخیره دی اریتور، مناسب ترین سیستم استفاده از سیستم کنترل سطح تدریجی و شیر کنترل متناظر آن است. استفاده از سیستم دو حالته (on/off)  و وارد شدن حجم نسبتآً بالایی از آب با دمایی پایین تر از آب موجود در مخزن ذخیره دی اریتور ممکن است فشار کاری مخزن را از بین برده (به نزدیک صفر برساند) و دمای آب ورودی به دیگ نیز به همین علت در لحظه مذکور کاهش یابد. هزینه بهره گیری از سیستم کنترل سطح تدریجی کمی بالاتر از سیستم دو حالته بوده ولی مزایای خود را داراست. در کشورمان اکثریت دی اریتورهای معمول با سیستم کنترل on/off تجهیز می گردند.

ب) کنترل بخار:

به منظور حفظ فشار بخار دی اریتور می بایست از شیر تدریجی کنترل فشار استفاده نمود. از آنجاییکه کنترل فشار و دما، نیازمندی اولیه کنترل دمای دی اریتور است، تمهیدات لازم جهت کنترل فشار دقیق مهم به نظر می رسد. دقیق ترین و سریع ترین سیستم کنترل فشار با استفاده از شیرهای پنوماتیکی تامین خواهد شد. در دی اریتورهای با اندازه متعارف (که در اکثر صنایع استفاده می شوند)، استفاده از شیر فشارشکن تدریجی خود عملگر از نوع پایلوت دار (pilot operated) نیز مقدور بوده و در صورتیکه میزان مصرف بخار نسبتاً ثابت باشد، از انواع عملگر مستقیم (direct acting) نیز می توان بهره جست.

محل تزریق بخار می تواند از قسمت تحتانی برجک و در جهت مخالف سقوط آب بوده و یا از قسمت جانبی به برجک وصل و جریان آب را قطع نماید. در هر صورت طراحی برجک باید به گونه ای صورت گیرد که حداکثر اختلاط و تماس بخار با آب صورت پذیرفته و دمای آب در برجک به میزان لازم افزایش یابد. پیشنهاد می شود به منظور توزیع مناسب بخار در کل سطح برجک، تزریق بخار بوسیله نازل انجام گردد.

 

بخار ورودی به برجک دو وظیفه دیگر را داراست:

• هوای جدا شده از آب را به سمت شیر هواگیر برجک هدایت می کند.
• به عنوان لایه ای محافظ بر روی سطح آب موجود در مخزن ذخیره عمل می کند.

 ظرفیت هوازدایی دی اریتور:

همانطور که در ابتدای مقاله ذکر شد، دمای کاری دی اریتور در حدود 85 درجه سانتیگراد جهت دی اریتورهای باز با فشار اتمسفریک که دارای ونت بزرگی بر روی مخزن ذخیره هستند می باشد. هر متر مکعب آب در دمای  85 درجه سانتیگراد دارای 5/3 گرم اکسیژن است. اکسیژن به صورت مستقیم به سطوح داخلی آهنی تجهیزات و لوله کشی حمله کرده و ایجاد زنگ یا رسوبات می نماید. از طرفی اکسیژن با دی اکسید کربن ترکیب شده و تولید اسید کربنیک خواهد نمود که دارای میل همیشگی به خوردگی فلزات و انحلال آهن است. بنابراین، اکسیژن می بایست قبل از ورود به بویلر از سیستم خارج شود.

در سیستم های بخار فشار پایین و فشار متوسط تا (20 bar) که توسط بویلرهای پوسته و لوله ای (shell & tube) کار می کنند، استفاده از دی اریتور های اتمسفریک مناسب خواهد بود، اگرچه تولید این نوع از دی اریتورها در ایران بسیار کم می باشد. از این نوع دی اریتور به عنوان semi-deaerator نیز نام برده می شود و از مهمترین مزایای آن امکان حذف و استفاده از بخار فلاش سایت در نتیجه بهینه سازی سیستم است. اکسیژن باقی مانده در دی اریتور توسط مواد شیمیایی حذف خواهد شد. در بویلرهای نوع water-tube و با فشار بالاتر و یا سایت هایی که با بخار سوپرهیت کار می کنند، ضروری است سطح اکسیژن بسیار کم تر (در حدود 7 ppb یا 7 پارت در میلیارد) حفظ شود زیرا در دماهای بالاتر نرخ حمله اکسیژن به سطوح آهنی به سرعت افزایش می یابد. بدین منظور در فشارهای بالاتر حتماً باید از دی اریتور تحت فشار بهره جست، اگرچه استفاده از این دی اریتورها جهت فشارهای کاری متوسط و پایین تر نیز در کشورمان مرسوم است. در صورتی که آب تغذیه تا دمای 100 درجه سانتیگراد در تانک دی اریتور اتمسفریک گرم شود میزان اکسیژن موجود در آب به صورت تئوری برابر صفر خواهد بود. اگرچه در عمل مقدار کمی اکسیژن باقی خواهد ماند.

همچنین در فشارهای بالاتر به علت پدیده بخار فلاش، احتمالاً میزان بخار اتلافی از ونت مخزن دی اریتورهای اتمسفریک بالا خواهد بود و این نیز از دیگر عوامل ارجح بودن استفاده از دی اریتورهای تحت فشار نسبت به انواع اتمسفریکی در فشار های بالاتر (به صورت تقریبی بالای 20 bar) می باشد.

دی اریتورهای تحت فشار معمولاً در فشار 0.2 barg معادل با دمای اشباع 105درجه سانتیگراد کار می کنند. در بسیاری از مواقع، تخلیه هوای دی اریتور توسط شیر کوچک دستی نیمه باز انجام می شود که البته میزان کمی بخار را نیز خارج خواهد نمود، اگرچه مقدار آن در مقایسه با بخار خروجی از ونت انواع اتمسفریک کمتر است.

به همراه اکسیژن، بسیاری از گازهای غیر قابل کندانس نظیر نیتروژن نیز خارج خواهند شد.  بنابراین، برداشت گازهای محلول از یک مترمکعب آب بیشتر از 5/3 گرم اکسیژن بوده و می توان گفت میزان هوای جدا شده از هر متر مکعب آب در دمای 80 درجه سانتیگراد حدود 9/5 گرم است. از آنجاییکه این هوا به همراه بخار در محفظه دی اریتور و در بالای آب قرار دارد، تنها راه اطمینان از تخلیه کامل هوا استفاده از تخلیه همزمان بخار و هوا است.

استفاده از شیرهای هواگیر ترموستاتیک با توجه به اختلاف فشار بسیار پایین دی اریتور و اتمسفر چندان مناسب نبوده و احتمالاً هوا به صورت کامل تخلیه نخواهد شد. راه جایگزین، استفاده از شیرهای توپی مناسب بخار که به صورت دستی تنظیم شده است و یا استفاده از اریفیس می باشد. بدین ترتیب، هوای جداشده از آب در همان لحظه و قبل از اختلاط مجدد با آب تخلیه می شود.

میزان گذر جرمی توصیه شده مخلوط بخار و هوا جهت اطمینان از خروج کامل هوا به صورت تقریبی 5/0 کیلوگرم تا 2 کیلوگرم به ازای هر kg/hr 1000 ظرفیت دی اریتور است. یک شیر توپی بخار 4/3 اینچ با قابلیت تنظیم دستی به راحتی این امکان را در دی اریتور های بزرگ نیز فراهم خواهد کرد.

 به منظور حصول اطمینان از تنظیم دمای مناسب در دی اریتور و پاسخگویی سریع دی اریتور و اختلاط مجدد آب مخزن، در صورت لزوم می توان از سیستم تزریق مستقیم بخار به داخل مخزن استفاده کرد که با نازل مخصوص بخار و یا لوله ای با سوراخ های ریز و متعدد انجام می شود. این سیستم می بایست مجهز به شیر کنترل دمای تدریجی بخار بوده و به منظور عدم ایجاد ارتعاش و صدا، فشار تزریق بخار حداکثر barg 2  لحاظ گردد. قطر شیر کنترل، نازل و تعداد سوراخ ها با توجه به حجم بخار مورد نیاز متغیر بوده و نیاز به محاسبه خواهد داشت.

 

پارامتر های طراحی و ساخت دی اریتور:

اطلاعات زیر به صورت تقریبی بوده و مقادیر عملیاتی ممکن است با توجه به شرایط پروژه تغییرات قابل توجهی را شامل شود:

• فشار کاری دی اریتور در حدود barg 2/0 معادل با دمای اشباع 105 درجه سانتی گراد است.
• ظرفیت مخزن دی اریتور جهت ذخیره سازی آب به منظور 20 دقیقه کارکرد بدون توقف (full- load) بویلرها لحاظ می شود.
• فشار بخار ورودی به دی اریتور حداقل باید barg 2 لحاظ می شود تا پخش و توزیع مناسبی در نازل ها ایجاد شود.
• توجه شود که در صورت برگشت مستقیم کندانس به دی اریتور، فشار معکوس اعمالی بر تله های بخار در محاسبات لحاظ شده و در صورت لزوم از سیستم برگشت به همراه پمپ کندانس استفاده شود؛
• فشار بخار ورودی به شیر کنترل فشار بخار دی اریتور (متصل به برجک) بین 5 تا 10 بار در نظر گرفته شود.
• برجک دی اریتور جهت نسبت حداقل/حداکثر 1/5 طراحی می شود. پیشنهاد می گردد در صورت وجود احتمال کمتر شدن ظرفیت کاری دی اریتور از این نسبت، از دو یا چند برجک موازی استفاده شود که با توجه به ظرفیت کل کاری و در مدار بودن بویلرها وارد مدار یا از آن خارج می شوند.
• طراحی مخزن، نوع مواد، نحوه ساخت و استانداردها باید منطبق با کدها و استانداردهای مخازن تحت فشار (به عنوان مثال استاندارد PD5500 انگلستان) باشد.
• میزان بخار لازم با فرض افزایش 20 درجه ای آب ورودی به دی اریتور محاسبه می شود. البته این مقدار تابعی مستقیم از میزان کندانس برگشتی و مقدار آب تازه جبرانی سیستم است و در نتیجه می تواند بسیار متغیر باشد.

 

هزینه دی اریتور:

توجه داشته باشیم که استفاده از دی اریتور هزینه بالاتری را به سیستم اعمال نکرده و حداکثر میزان بخار قابل ارسال به سمت مصرف کننده ها تغییری نخواهد کرد، زیرا در هر صورت میزانی از انرژی جهت افزایش دمای آب تغذیه تا دمای نزدیک 100 درجه سانتی گراد در بویلر و یا در دی اریتور صرف خواهد شد. با این وجود، اتلافات انرژی از جداره دی اریتور و شبکه لوله کشی، مصرف برق پمپ های سیرکولاتور روی مخزن و اتلاف جزیی بخار خروجی از دی اریتور جزء هزینه های تحمیلی بر سیستم است که در مقایسه با منافع کسب شده از استقرار دی اریتور بسیار ناچیز خواهد بود.

بدیهی است در اثر استفاده از دی اریتور و کاهش حداکثری اکسیژن محلول در آب، میزان استفاده از مواد شیمیایی لازم جهت اکسیژن زدایی کاهش یافته و طبیعتاً هزینه های کمتری نیز به مجموعه تحمیل خواهد شد. همچنین به یاد داشته باشید که استفاده از مواد شیمیایی بیشتر، معادل با TDS بالاتر آب بویلر بوده، نیاز به بلودان زنی و تخلیه آب را بیشتر کرده و در نتیجه اتلاف انرژی و آب مضاعفی را بر سیستم تحمیل می نماید.

 

جدول زیر برخی از مشکلات عملکردی دی اریتورهای تحت فشار و علل اصلی آن را نشان می دهد.

 

علل ممکن	ایراد دی اریتور
1-     نشست هوا به داخل دی اریتور 2-     زمان ناکافی جهت باقی ماندن آب در دی اریتور 3-     مشکل در طراحی، کیفیت، نصب و یا عملکرد تجیزات مخلوط کننده آب و بخار 4-     اندازه کوچک دی اریتور نسبت به گذر جریان	الف- وجود میزان زیاد اکسیژن در آب تغذیه دیگ
1-     عدم انتخاب اندازه مناسب شیر کنترل 2-     تغییر دمای زیاد آب تغذیه 3-     استفاده از سیستم کنترل سطح  on/off	ب- نوسانات فشار
1-     ورود بخار ناکافی به دی اریتور 2-     مشکل در طراحی، کیفیت، نصب و یا عملکرد تجهیزات مخلوط کننده آب و بخار	ج- دمای خروجی پایین
1-     بالا بودن PH آب تغذیه	د- میزان بالای دی اکسیدکربن در آب تغذیه

 

خاطر نشان می سازد شرکت پویان پارس جم با توجه به تجربیات پیشین و دانش تخصصی مرتبط  با سیستم های بخار، امکان طراحی و ساخت دی اریتورهای حرفه ای و کاملاً منطبق با نیازمندی های پروژه های مختلف و مطابق با استانداردهای بین المللی را دارا بوده و با سربلندی در بسیاری از پروژه های نامی کشور ارائه خدمات نموده است.

 

 

علاقمندان جهت دریافت اطلاعات بیشتر یا مشاوره‌ی تلفنی، میتوانند از طریق راه های ارتباطی زیر با دپارتمان مهندسی شرکت پویان پارس تماس حاصل فرمایند.

E-mail : info @ pouyanpars.ir

Phone : 021-26400041-3