Tại sao phải xử lý nước cấp nồi hơi

Xử lý nước cấp nồi hơi nhằm loại bỏ tạp chất để kiểm soát sự hình thành cáu cặn, hiện tượng mang sang hơi nước các tạp chất gây ô nhiễm và ăn mòn trong hệ thống lò hơi.

Nước tự nhiên chứa lượng chất lơ lửng và hòa tan cũng như các chất khí hòa tan khác nhau. Loại và lượng tạp chất trong nước thay đổi theo nguồn cấp (hồ, sông, giếng). Các tạp chất trong nước trở thành một xem xét quan trọng khi nước được sử dụng để tạo hơi nước. Chính vì vậy nước cấp cho nồi hơi cần phải được xử lý trước để loại bỏ tạp chất để kiểm soát sự cáu cặn, hiện tượng mang sang và ăn mòn trong hệ thống nồi hơi.

Các tạp chất trong nước

Nước tinh khiết là một chất lỏng không vị, không mùi, không màu. Bởi vì nước có thể được chuyển đổi thành hơi nước ở nhiệt độ phù hợp nên nó là phương tiện lý tưởng để tạo ra năng lượng hoặc dẫn nhiệt. Tất cả các loại nước tự nhiên chứa nhiều loại và lượng tạp chất. Các tạp chất này gây ra các vấn đề cho nồi hơi như cặn bám, ăn mòn hay mang sang.

Nước tự nhiên chứa chất lơ lửng, chất rắn hòa tan và khí hòa tan. Nước là dung môi hòa tan các khoáng chất, đá và đất tiếp xúc với nó. Nó hòa tan khí từ không khí và khí được thải ra từ các chất hữu cơ trong đất. Ngoài ra nó cũng có thể bị ô nhiễm chất thải công nghiệp và vật liệu xử lý.

Khoáng chất hòa tan

Các khoáng chất hòa tan trong nước bao gồm chủ yếu là canxi cacbonat, canxi sunfat, magie cacsbonat, magie sunfat, silica, natri clorua, natri sunfat và một lượng nhỏ sắt, mangan, florua, nhôm và các chất khác. Nitrat và phốt phát có trong nước thường là do ô nhiễm nước thải.

Độ cứng của nước

Nước có chứa một lượng lớn khoáng chất canxi và magie. Độ cứng trong nước tự nhiên có thể thay đổi từ vài ppm đến 500 ppm. Các hợp chất canxi và magie không hòa tan trong nước và có xu hướng kết tủa. Điều này gây ra vấn đề cáu cặn nồi hơi. Do vậy nước cần được xử lý làm mềm khử độ cứng trước khi cấp cho nồi hơi

Khí hòa tan trong nước

Nước chứa lượng không khí hòa tan khác nhau (21% oxy, 78% nito, 1% các loại khí khác bao gồm cả cacbon dioxit. Nước có thể chứa tới 9 ppm oxy ở nhiệt độ phòng và áp suất khí quyển. Khi nhiệt độ tăng, độ hòa tan của oxy giảm nhưng dưới áp suất có thể chứa lượng oxy hòa tan cao hơn. Nước có thể chứa 10 ppm cacbon dioxit, đôi khi nhiều hơn do thảm thực vật mục nát và các chất hữu cơ trong đất. Hydrogen sulfit và methane có thể được hòa tan trong nước.

Các tạp chất khác có trong nước

Nước tự nhiên chứa các mức độ khác nhau của đất, cát, độ đục, màu sắc, khoáng chất kết tủa, dầu, chất thải công nghiệp và các hạt rắn lơ lửng khác. Độ đục là do các vật liệu hữu cơ và vi sinh vật cũng như đất sét lơ lửng và phù sa tạo ra.

Yêu cầu về độ tinh khiết của nước cấp nồi hơi

Các yêu cầu về độ tinh khiết của nước cấp nồi hơi phụ thuộc vào lượng nước cấp được sử dụng cũng như dung sai của thiết kế nồi hơi cụ thể (áp suất, tốc độ truyền nhiệt, vv…)Đối với nồi hơi áp suất cao tất cả các tạp chất phải được loại bỏ.

Các vấn đề khi không xử lý nước cấp nồi hơi triệt để

Không xử lý nước cấp nồi hơi triệt để sẽ hình thành cáu cặn nồi hơi

Nước bay hơi trong nồi hơi làm cho tạp chất cô đặc. Cáu cặn nồi hơi là kết quả của chất rắn lơ lửng lắng đọng trên kim loại hoặc các tạp chất hòa tan kết tủa trên bề mặt truyền nhiệt và trở nên cứng và kết dính

Các tạp chất hình thành cáu cặn

Các bicacbonat của canxi và magie hòa tan trong nước bị phân hủy dưới nhiệt và thải ra cacbon dioxit tạo thành các cacbonat không hòa tan. Các cacbonat này kết tủa trực tiếp trên kim loại nồi hơi và tạo thành bùn trong nước đọng trên bề mặt nồi hơi. Sunfat và silica thường kết tủa trực tiếp trên kim loại của nồi hơi và khó điều hòa hơn nhiều. Silica nếu có trong nước có thể tạo thành cáu cặn cực kỳ cứng.

Sắt lơ lửng hoặc hòa tan trong nước cấp cũng lắng đọng trên kim loại nồi hơi. Dầu và các chất gây ô nhiễm khác cũng có thể hình thành cặn lắng và thúc đẩy sự lắng đọng các tạp chất khác.

Các hợp chất natri thường không lắng động trừ khi nước gần như hoàn toàn bay hơi đến khô.

Cáu cặn hiếm khi chỉ bao gồm một thành phần, nhưng nói chung là hỗn hợp của nhiều loại trầm tích rắn, khoáng chất hòa tan, các sản phẩn ăn mòn như rỉ sét và các chất gây ô nhiễm nước khác.

Đặc điểm của cáu cặn phốt phát: Cáu cặn phốt phát thường có màu nâu hoặc xám có thể dễ dàng loại bỏ bằng phương pháp làm sạch thông thường. Chúng thường được tìm thấy trong nồi hơi xử lý nội bộ phốt phát. Chúng là sản phẩm phản ứng nhanh khi sử dụng phương pháp xử lý phốt phát trên nước cấp độ cứng cao. Chúng dễ dàng được điều hòa với các chất điều hòa bùn hữu cơ, nên chúng tương đối không phổ biến. Canxi phốt phát thường là hợp chất chiếm ưu thế trong cáu cặn nồi hơi

Cáu cặn cacbonat: Cáu cặn cacbonat thường có dạng hạt và đôi khi hơi xốp. Các tinh thể tương đối lớn và thường được làm mờ cùng với các hạt phân chia mịn của các vật liệu khác làm cho cặn trông dày đặc và đồng đều. Cặn cacbonat có thể dễ dàng kiểm tra bằng cách đặt nó trong một dung dịch axit, bong bóng cacbon dioxit sẽ sủi bọt từ cặn.

Cáu cặn sunfat: Cặn sunfat giòn, không dễ nghiền và không sủi bọt khi cho vào axit. Nó cứng hơn và đặc hơn nhiều so với cặn cacbonat do cấu trúc tinh thể nhỏ hơn

Cáu cặn silica: Cặn từ silica rất cứng và giống như sứ. Tinh thể của chúng rất nhỏ, tạo thành cặn dày đặc không thấm nước.

Cặn sắt: Cặn sắt có màu rất tối và là do các sản phẩm ăn mòn hoặc ô nhiễm sắt trong nước cấp. Cặn sắt hòa tan trong axit nóng, tạo ra dung dịch màu nâu sẫm

Các vấn đề gây ra bởi cáu cặn

Vấn đề chính mà cáu cặn gây ra là sự cố ống quá nóng. Điều này là do các cáu cặn hoạt động như một chất cách điện và cáu cặn quá mức ngăn cản sự truyền nhiệt hiệu quả qua các ống vào nước. Điều này làm cho kim loại quá nóng và theo thời gian kim loại bị hỏng.
Cáu cặn cũng có thể gây ra sự tắc nghẽn hoặc tắc nghẽn một phần của các ống nồi hơi dẫn đến tình trạng đói và quá nhiệt của của các ống. Bên dưới lớp ăn mòn cũng có thể xảy ra. Cáu cặn gây ra mất điện đột xuất, tăng thời gian và chi phí làm sạch
Cáu cặn làm giảm hiệu quả hoạt động tổng thể dẫn đến tiêu thụ nhiên liệu cao hơn

Xử lý nước cấp nồi hơi không triệt để sẽ gây ăn mòn

Ăn mòn về cơ bản là sự đảo ngược của kim loại thành dạng quặng của nó. Ví dụ sắt trở thành oxit sắt là kết quả của sự ăn mòn. Quá trình ăn mòn thực sự không đơn giản như vậy, nó là một phản ứng cơ điện phức tạp. Ăn mòn nói chung có thể trên một bề mặt kim loại. Ăn mòn cơ bản thường do phản ứng của kim loại với oxy. Ăn mòn có thể xảy ra trong hệ thống nước cấp do PH thấp và sự hiện diện của oxy hòa tan và cacbon dioxit.

Ăn mòn trong nồi hơi thường xảy ra khi độ kiềm của nước nồi hơi quá thấp hoặc quá cao hoặc khi kim loại tiếp xúc với nước mang oxy trong cả thời gian hoạt động hoặc không hoạt động. Nhiệt độ cao có xu hướng tăng tốc ăn mòn. Trong hệ thống hơi và ngưng tụ, ăn mòn đường ống nói chung là kết quả của sự ô nhiễm với cacbon dioxit và oxy.

Ăn mòn bên dưới cáu cặn nồi hơi có thể làm suy yếu kim loại và gây ra sự cố ống. Ăn mòn trong hệ thống ngưng tụ hơi nước có thể làm hỏng đường ống và thiết bị.

Ăn mòn gây nứt

Nứt trong nồi hơi có thể xảy ra do ứng suất theo chu kỳ được tạo ra bởi quá trình làm nóng và làm lạnh nhanh. Các ứng suất này được tập trung tại các điểm mà sự ăn mòn đã làm nhám hoặc rỗ bề mặt kim loại. Điều này thường là do phòng chống ăn mòn không đúng cách. Những vết nứt này thường bắt nguồn từ nơi một lớp màng oxit bảo vệ dày đặc bao phủ các bề mặt kim loại và vết nứt xảy ra do tác động của ứng suất theo chu kỳ ứng dụng. Các vết nứt do ăn mòn thường dày, cùn và trên các hạt kim loại, chúng bắt đầu ở bề mặt bên trong ống.

Rỗ hoặt nứt

Rỗ hoặc nứt là lỗi nghiêm trọng xuất hiện dưới dạng các vết nứt giữa các hạt liên tục. Loại nứt này xảy ra khi kim loại bị rỗ, nước có chứa xút dó dấu vết silica và một số cơ chế, chẳng hạn như rò rỉ nhẹ, có mặt. Sự hấp thụ xút là một vấn đề trong các nồi hơi cũ với trống đinh tán vì chúng gây ra rỗ và kẽ hở trong các khu vực của đinh tán và đường nối. Trong các nồi hơi hàn mới hơn, loại nứt này ít xảy ra hơn nhưng các đầu ống cuộn vẫn dễ bị tấn công

Nguyên nhân khác gây ăn mòn nồi hơi

Chelate dư vượt quá 20 ppm như CaCO₃ hoặc xử lý chelate áp dụng không đúng cách có thể tạo ra sự ăn mòn hệ thống nồi hơi. Nồng độ chất rắn nồi hơi ở khu vực đầu vào nhiệt cao cũng có thể tạo ra ăn mòn.

Các phương pháp chống ăn mòn nồi hơi

Lọc các tạp chất và hạt rắn lơ lửng từ nước
Loại bỏ oxy hòa tan trong nước cấp: Hóa chất khử oxy chống ăn mòn nồi hơi
Duy trì điều kiện kiềm trong nước nồi hơi
Giữ sạch bề mặt nồi hơi
Bảo vệ nồi hơi trong thời gian ngừng hoạt động
Sử dụng phương pháp xử lý hóa học để chống lại khí ăn mòn trong hệ thống hơi và ngưng tụ

Các bài viết tham khảo

Xử lý nước cấp nồi hơi không triệt để sẽ gây ra các vấn đề ô nhiễm hơi nước nồi hơi (Hiện tượng mang sang hơi nước)

Việc mang sang nước nồi hơi là sự ô nhiễm của hơi nước với chất rắn trong nồi hơi. Nguyên nhân phổ biến của việc mang sang hơi nước nồi hơi là:

Bong bóng hoặc bọt hình thành trên bề mặt của nồi hơi và để lại với hơi nước. Điều này là do nồng độ cao của chất rắn không hòa tan hoặc hòa tan trong nước nồi hơi. Các chất như kiềm, mỡ, dầu, chất béo, chất hữu cơ và chất rắn lơ lửng thường gây ra bọt
Những giọt nước dưới dạng phun hoặc sương mù được đưa lên hơi nước bằng cách phá vỡ các bong bóng đang nổi lên nhanh chóng ở bề mặt thoát hơi nước
Mồi là sự thay đổi đột ngột của nước nồi hơi do sự thay đổi nhanh chóng của lượng. Nó có thể được gây ra bởi thiết bị tách hơi bị hỏng, hoạt động trên mức nồi hơi, sự biến động đột ngột của nhu cầu hơi hoặc mang quá cao mực nước trong khu vực xả hơi
Ô nhiễm hơi nước cũng có thể xảy ra do rò rỉ nước thông qua thiết bị tách hơi được thiết kế hoặc lắp đặt không đúng cách trong trống nồi hơi

Đo lường độ tinh khiết của hơi nước

Độ tinh khiết của hơi nước có thể được đo bằng việc sử dụng máy phân tích ion natri. Nó đo hàm lượng ion natri trong một mẫu hơi nước được làm mát sẽ tương ứng với lượng chất rắn trong nước nồi hơi làm ô nhiễm hơi nước. Máy phân tích ion natri có thể phát hiện lượng mang xuống tới 10 ppb natri trong hơi nước.

Ảnh hưởng của các chất ô nhiễm hơi nước khi mang sang

Dầu: Ô nhiễm dầu trong nước cấp nồi hơi thường là từ máy bơm và các thiết bị bôi trơn khác. Dầu có thể gây ra bọt nghiêm trọng do xà phòng hóa dầu bởi kiềm nước nồi hơi
Chất rắn lơ lửng: Chất rắn lơ lửng có xu hướng tích tụ trên màng bề mặt xung quanh một bong bóng hơi, do dó chống lại sự vỡ và tích tụ bọt. Các hạt lơ lửng càng mịn chúng tích tụ càng nhiều trên bong bóng. Loại cũng như số lượng chất rắn lơ lửng có thể ảnh hưởng đến việc mang sang.
Silica: Silica có thể có mặt trong hơi nước là kết quả của việc mang sang nước nồi hơi hoặc nó có thể đi vào hơi nước ở dạng dễ bay hơi. Trong trường hợp sau, silica hoạt động giống như khí và được coi là được chọn lọc mang qua. Khi áp suất lò hơi tăng lên trên 400 psi, xu hướng silica được chọn lọc mang vào hơi nước theo tỷ lệ tương ứng với lượng silica có trong nước lò hơi.

Các vấn đề gây ra bởi việc mang sang hơi nước các tạp chất ô nhiễm

Chất rắn lơ lửng và hòa tan trong nước lò hơi có xu hướng lắng đọng trong hệ thống hơi và ngưng tụ. Các tạp chất mang theo hơi nước gây ra ô nhiễm trong nhiều quy trình sử dụng hơi nước, dẫn đến quá nhiệt, ăn mòn và giảm hiệu quả của chính nồi hơi và các thiết bị khác.

Làm thế nào để ngăn chặn việc mang tạp chất sang hơi nước

Biện pháp phòng ngừa cơ bản là duy trì nồng độ chất rắn trong nước lò hơi ở mức khuyến nghị. Cần tránh mực nước cao, lưu lượng nồi hơi quá mức và thay đổi lưu lượng đột ngột. Ngưng tụ rất thường xuyên bị ô nhiễm trở lại hệ thống lò hơi gây ra sự mang sang. Nước ngưng quay trở lại phải được lọc để loại bỏ chất rắn lơ lửng trước khi đưa trở lại nồi hơi.Cần thiết phải truy tìm nguồn gốc của bất kỳ sự ô nhiễm quá mức nào và có phương án khắc phục. Việc sử dụng chất chống tạo bọt hóa học có hiệu quả trong việc kiểm soát sự mang sang hơi nước theo nồng độ tạp chất trong nước nồi hơi. Thiết bị tách hơi phải được kiểm tra để lắp đặt đúng cách

Tại sao phải xử lý nước cấp nồi hơi

Các vấn đề khi không xử lý nước cấp nồi hơi triệt để

BÀI VIẾT LIÊN QUAN