ازالة الاكسجين المذاب والغازات من مياه تغذية الغلايات باستخدام الزيوليت والراتنجات

نازع الغازات فى مياة الغلايات

امجموعة تكنولاب البهاء جروب

عميد دكتور

بهاء بدر الدين محمود

استشارى كيميائى

نزع الهواء (deaeration)

تتم خلال هذه العملية إزالة الأكسجين من المياه عن طريق التسخين فقابلية الأكسجين للذوبان في المياه تنخفض بارتفاع درجات الحرارة. و بذلك يمكن التخلص من الأكسجين في المياه برفع درجة حرارتها إلى درجة الغليان عند مستوى ضغط التشغيل (operating pressure) .

و هناك تصميمات خاصة بالضغط و التفريغ تستخدم لهذا الغرض. في أنظمة نزع الهواء التي تعتمد على الضغط يتم ضخ البخار الساخن في المياه لإزالة الأكسجين و رفع درجة حرارة مياه تغذية الغلاية في نفس الوقت. أما وحدات التفريغ فتستخدم في الحالات التي لا تتضمن تسخيناً للمياه.

و تقوم معدات نزع الهواء البخارية (steam deaerators) بنشر المياه على شكل رذاذ أو غشاء رقيق جداً يدفع من خلالة البخار لطرد الغازات الذائبة مثل الأكسجين أو ثاني أكسيد الكربون. و يمكن بهذه الطريقة خفض محتوى المياه من الأكسجين إلى أدنى من 0.005 سم3/لتر ، أي عند الحد الذي يسمح بالكشف عن محتوى الأكسجين في العينات بالوسائل الكيميائية.

و يعكس ارتفاع الأس الهيدروجيني للمياه كفاءة نظام نزع الغاز، حيث يؤدي التخلص من ثاني أكسيد الكربون الذائب إلى ارتفاع الأس الهيدروجيني للمياه.

-----------------------------------------------------------------------------

تقنيات معالجة المياه

تعتبر نوعية الميـاه عنصراً أسـاسياً و مؤثراً في كفاءة الغلايـات و أنظمـة البخار. و تحتوي مصادر المياه المختلفة على شوائب متنوعة مثل الغازات الذائبة، و المواد الصلبة العالقة و الذائبة.

و تعتمد عمليات معالجة المياه إما على إزالة تلك المواد أو تخفيض تركيزاتها إلى المستوى الذي يحد من تأثيراتها السلبية أو على إضافة مواد أخرى للحصول على نفس النتائج. و تهدف معالجة مياه التعويض في الغلاية (make up water) إلى:

منع تكون القشور في الغلاية (scales) و في المعدات الملحقة بها و التي تؤدي إلى انخفاض كفاءتها و حدوث أضرار جسيمة بها.
الحد من تكون الرغوة و تجنب تلوث البخار بالمواد التي تحتويها مياه الغلاية.

الحد من تآكل جسم الغلاية بسبب الأكسجين الذائب في مياه التغذية، و تآكل مواسير شبكة البخار بسبب تواجد ثاني أكسيد الكربون . و يحدد الملحق (C) نوعية المياه التي يوصى باستخدامها لتغذية الغلايات.

و هناك طريقتين أساسيتين في معالجة المياه: المعالجة الخارجية و المعالجة الداخلية.

المعالجة الخارجية للمياه

تعتمد هذه الطريقة على إزالة الشوائب الموجودة في المياه أو تخفيض تركيزاتها قبل دخولها إلى الغلاية. و تستخدم هذه الطريقة في حالة ارتفاع نسبة بعض الشوائب في المياه إلى الحد الذي لا يستطيع معه نظام الغلاية التعامل معها.

و أكثر الطرق شيوعاً في المعالجة الخارجية للمياه هي التبادل الآيوني (ion exchange) و نزع الغازات من المياه (deaeration) و نزع المعادن (demineralization) .

و تجدر الإشارة إلى أنه من الضروري إجراء كشف دوري على المتغيرات الأساسية التي تحدد نوعية المياه و تسجيلها، و يوضح الجدول (2-4) أهم تلك المتغيرات.

و تستخدم مجموعة الاختبارات الجاهزة للكشف عن نوعية المياه (water test kits)، أما الكشف عن الأملاح الذائبة الكليـة فيتم بواسطة جهاز قياس القدرة التوصيلية (conductivity meters) .

جدول (2-4): أهم المتغيرات التي ينبغي الكشف عنها

المياه التعويضية

المتكثفات

مياه التغذية

مياه الغلاية

مياه التفوير

الأملاح الذائبة الكلية

X

X

X

X

X

القلوية

X

X

X

X

الكلوريدات

X

X

X

X

X

العسر

X

X

X

X

الأس الهيدروجيني

X

X

X

----------------------------------------------------------------------------

تكون القشور و الحمأة

تحتوي المياه على نسب متفاوتة من بيكربونات و كلوريدات و كبريتات و نترات الكالسيوم و الماغنسيوم و الصوديوم، بالإضافة إلى السيليكا و بعض آثار الحديد و المنجنيز والألومنيوم .

تتسبب أمـلاح الكالسيوم و الماغنسيوم في عسر الميـاه، أما معظم قشـور الغلايات و الترسيبات الأخرى في أنظمة التبريد فتتسبب فيها مركبات الكالسيوم و الماغنسيوم. و يمكن تقسيم أملاح الكالسيوم و الماغنسيوم إلى مجموعتين:

بيكربونات الكالسيوم و الماغنسيوم التي تتسبب في العسر القلوي للمياه (العسر المؤقت أو عسر الكربونات) و يسهل التخلص منها بالتسخين، فيتحرر غاز ثاني أكسيد الكربون مما يؤدي إلى تكثف البخار الحمضي الذي يرتبط بمشاكل التآكل في شبكة توزيع البخار .

كبريتات وكلوريدات و نترات الكالسيوم و الماغنسيوم التي تتسبب في العسر الغير قلوي (non-alkaline hardness) (العسر المستديم) و لا يمكن التخلص من هذه الأملاح بالغليان. و عادة ما تتواجد النترات بكميات صغيرة للغاية.

إن استخدام المياه الخام مباشرة في الغلاية ينتج عنه تكون القشور الصلبة التي تلتصق بأسطح التسخين .

و تتميز هذه القشور بانخفاض توصيلها الحراري (1.15 – 3.45 وات/متر ْم) مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة المعدن فيلين و تحدث به نتوءات و انبعاجات و شقوق عند الضغط المرتفع مما قد يتسبب في نتائج خطيرة.

و تعتبر أكثر الأجزاء تأثراً بهذه الظاهرة هي أنابيب المياه التي تتعرض للإشعاع الحراري ، أو مواسير الأفران في الغلايات ذات الغلاف الخارجي، حيث تكون معدلات انتقال الحرارة و بخر المياه مرتفعة. أما المواسير المعرضة للحرارة بواسطة الحمل الحراري أو التوصيل فإنها تستطيع تحمل سمكاً أكبر من القشور المترسبة قبل توقفها عن العمل.

و تقدر الخسارة المباشرة في الحرارة أو في الوقود نتيجة ترسب القشور بـ 2% أو أقل في غلايات مواسير المياه بينما تصل إلى 5 أو 6% في غلايات مواسير اللهب حيث تكون أسطح التسخين أصغر حجماً.

و تمثل الغازات الذائبة نوعاً آخر من المشكلات إضافة إلى مشكلات ترسب الحمأة والقشور. فتتسبب غازات ثاني أكسيد الكربون و الأكسجين الذائبة و ثاني أكسيد الكربون الذي يتحرر عند تسخين المياه التي تحتوي على البيكربونات في تآكل الموفرات و مكونات الغلاية الأخرى.

و حيث أن البخار المتولد يحتوي أيضاً على هذه الغازات الذائبة فإن متكثفاته تؤدي كذلك إلى تآكل المواد المعدنية. و تحت ظروف معينة، قد يحمل البخار المتولد بعض الأملاح و المواد الصلبة العالقة إلى شبكة توزيع البخار و الآلات التي تستخدم البخار فتترسب بها تلك الأملاح و المواد الصلبة.

و تتضمن المعالجة الخارجية للبخار:

أ- التبادل الآيوني:

يهدف التبادل الآيوني إلى خفض درجة عسر المياه، أو تيسير المياه. فالأملاح الذائبة في المياه تتحلل إلى أيونات تحمل شحنات موجبة أو سالبة و لها درجات مختلفة من الحركة و تتضمن الأيونات الموجبة (الكاتيونات cations) أيونات المعادن و الهيدروجين. أما الأيونات السالبة (أنيونات anions) فلها أهمية خاصة في عمليات تيسير المياه و منها :

كب أ4– ، كل- ، ن أ3- ، يد ك أ3- ، ك أ3–

إن العديد من التفاعلات الكيميائية، مثل عمليات الترسيب، تعتمد في الأساس على التفاعل بين الأيونات المختلفة في المحاليل. و عند تمرير المياه على بعض المواد الصلبة تتبادل الأخيرة آيوناتها مع آيونات المواد الصلبة الذائبة في المياه.

و قد تم رصد ظاهرة التبادل الآيوني أولاً في بعض المعادن (الزيوليت zeolites) و خاصة سليكات صوديوم الألومنيوم (sodium (aluminium silicates .

و عند تخلل المياه الخام لطبقة متدرجة من الزيوليتات يتم إحلال أيونات الصوديوم محل أيونات الكالسيوم و الماغنسيوم و بالتالي تنخفض درجة عسر المياه.

و بمرور الوقت تستنفذ أيونات الصوديوم في الزيوليت و تتحول الطبقة إلى زيوليت الكالسيوم و الماغنسيوم. و من الممكن استعادة طبقة زيوليت الصوديوم عن طريق المعالجة بمحلول قوي من كلوريد الصوديوم (brine) .

إن الزيوليت التخليقي يعد أكثر كفاءة في تيسير المياه عن المعادن الطبيعية.

أما المواد الراتينجية (الراتنجات resins) فتتفوق على الزيوليت في تيسير المياه. و الراتنجات المصنوعة بتكثيف الفينولات و الفورمالدهيد تتميز بقدرة فائقة على التبادل الأيوني. و قد تم تطوير أنواع حديثة من الراتنجات و بنفس الخصائص مثل البوليستيرين (polysterene) و الراتنجات الكربوكسيلية (carboxylic resins) .

و تعمل هذه الميسرات بكفاءة أعلى في المياه النظيفة، حيث تتم إزالة المواد الصلبة العالقة من المياه الخام عن طريق الترشيح باستخدام المخثرات (coagulants) ، و إلا فإنها سوف تسد مسام مادة التبادل و تقـلل من كفاءتها.

و تتعرض الميسرات أيضاً إلى أضرار بسبب الاحتكاك بالمواد الدقيقة المحمولة في تيار الماء، لذلك يصبح من الضروري إضافة كميات جديدة من المادة المبادلة سنوياً (أو كل سنتين) لاستعادة كفاءة الميسرات .

و تختلف الأضرار التي تحدث للميسرات وفقاً لظروف التشغيل ، لذلك ينبغي استشارة موردي الميسرات بخصوص الخسائر المتوقعة وفقاً لظروف التشغيل المختلفة.

لماذا الغازات التي يجب إزالتها من feed water المرجل

الأكسجين هو السبب الرئيسي للتآكل في صهاريج hot well ، feed lines ، feed pumps والمراجل. إذا كان غاز ثاني أكسيد الكربون موجود أيضا ثم ستكون منخفضة الحموضة ، سوف تميل الى ان تكون المياه الحمضية ، وسيتم زيادة معدل التآكل.

وعادة ما تآكل من نوع تأليب حيث ، على الرغم من خسارة المعادن قد لا تكون كبيرة ، والتغلغل العميق وانثقاب يمكن أن تحدث في فترة قصيرة.

ويمكن تحقيق القضاء على الأوكسجين المذاب بواسطة الطرق الفيزيائية أو الكيميائية ، ولكن أكثر عادة عن طريق مزيج من الاثنين معا.

المتطلبات الأساسية للحد من التآكل والحفاظ على درجة الحموضة في feed water لا تقل عن 8.5 إلى 9 ، وهو أدنى مستوى ثاني أكسيد الكربون الذي هو غائب ، وإزالة كل آثار الأوكسجين.

وعودة من المكثفات من محطة لها تأثير كبير على علاج feed water المرجل -- المكثفات حار وتعامل بالفعل كيميائيا ، وبالتالي كما عاد أكثر من المكثفات ، مطلوب أقل feed water العلاج.

يمكن أن تصبح المياه المعرضة للهواء مشبع بالأكسجين ، والتركيز سوف تختلف مع درجة الحرارة : ارتفاع درجة الحرارة ، وانخفاض محتوى الاكسجين.

الخطوة الأولى في العلاج هي feed water لتسخين المياه لابعاد الأوكسجين. وينبغي أن تكون عادة تدير feed tank المرجل في 85 درجة مئوية إلى 90 درجة مئوية. هذا يترك محتوى الاكسجين من حوالي 2 ملغ / لتر (جزء في المليون).

ويمكن تشغيل في درجات حرارة أعلى من ذلك في الضغط الجوي يكون صعبا نظرا لقربها من درجة حرارة التشبع ، واحتمال التجويف في feed pump ، ما لم يتم تثبيت feed tank على مستوى عال جدا فوق feed pump المرجل.

وإضافة مادة كيميائية الأكسجين الكسح (الصوديوم سلفيت ، الهيدرازين أو التانين) إزالة الأكسجين المتبقي ومنع التآكل.

هذا هو العلاج الطبيعي لمصنع المراجل الصناعية في المملكة المتحدة.

» ازالة الغازات كيميائيا من مياه تغذية الغلايات
» ازالة املاح الكالسيوم من مياه البحر بالترشيح باستخدام الزيوليت الطبيعى REMOVAL OF SEAWATER HARDNESS CONTAIN Ca2+ ION USING NATURAL ZEOLITE AS ADSORBTION
» ازالة المواد البترولية من المياه باستخدام الزيوليت الطبيعى
» ازالة الفينول من مياه الصرف الصناعى باستخدام الكربون النشط واملاح الحديد
» التجربة العملية لاستخدام مجلطات مثل الالوم وكلوريد الحديديك وكبريتات الحديدوز فى ازالة المواد الرغوية العالقة واللون وانخفاض مستوى الاكسجين الكيماوى فى مياه الصرف الصناعى