دی اریتور (Deaerator) دستگاهی است که برای حذف گازهای نامحلول مانند اکسیژن و دی اکسید کربن از آب تغذیه بویلر بخار استفاده میشود. اکسیژن موجود در آب اصلیترین عامل خوردگی در خطوط تغذیه، منابع ذخیره آب داغ، بویلرها و پمپها محسوب میشود. اگر علاوه بر اکسیژن، دی اکسید کربن نیز در آب وجود داشته باشد، pH آب کاهش یافته و آب خاصیت اسیدی پیدا میکند که سرعت خوردگی آهن را افزایش میدهد.
دی اریتور دستگاهی است برای حذف گازهای نامحلول از آب تغذیه بویلر
عملکرد دی اریتور، دی اریتور چگونه کار میکند؟
دی اریتورها برای کاهش میزان اکسیژن محلول در آب تا 20 ppm یا کمتر طراحی شدهاند. اولین مرحله در حذف گازهای نامحلول، گرم کردن آب تغذیه است تا اکسیژن از آن جدا شود. از آنجایی که حلالیت گازها در آب با افزایش دما کاهش مییابد، منابع تأمین آب بویلر معمولا در دمای 85 تا 90 درجه سانتیگراد کار میکنند تا میزان اکسیژن محلول را به حدود 2 میلیگرم در لیتر کاهش دهند.
محدودیتهای دی اریتور در شرایط مختلف
در فشار اتمسفری یا خلأ، دمای آب نمیتواند بیش از حد افزایش یابد، زیرا احتمال تبخیر آب و وقوع کاویتاسیون در پمپها وجود دارد. برای حل این مشکل، دی اریتورها را در ارتفاعی بالاتر از پمپهای تغذیه قرار داده یا از دی اریتورهای تحت فشار استفاده میکنند. در دی اریتورهای تحت فشار اتمسفر، مقداری از اکسیژن باقیمانده باید با افزودن مواد شیمیایی مانند سدیم سولفات و هیدرازین حذف شود. اما در مکانهایی که استفاده از مواد شیمیایی امکانپذیر نیست، دی اریتورهای تحت فشار به کار میروند.
انواع دی اریتور
دی اریتورها به سه دسته کلی تقسیم میشوند:
- دی اریتورهای تحت خلأ: میزان دمای آب تا 82 درجه سانتیگراد
- دی اریتورهای اتمسفری: میزان دمای آب تا 100 درجه سانتیگراد
- دی اریتورهای تحت فشار: میزان دمای آب تا 105 درجه سانتیگراد
اصول عملکرد دی اریتورهای تحت فشار
هنگامی که مایع به دمای اشباع خود برسد، میزان انحلال گاز در آن تقریبا صفر میشود. برای اطمینان از خروج کامل گازها، مایع باید به شدت متلاطم شده یا به جوش بیاید. این تلاطم در دی اریتورها به دو روش ایجاد میشود:
- اسپری کردن آب به قطرات ریز و احاطه شدن آنها با بخار در برجک دی اریتور
- تزریق بخار از پایین برای ایجاد تلاطم در مخزن
- اسپری کردن آب سطح تماس با بخار را افزایش داده، انتقال حرارت را سریعتر کرده و فرآیند جداسازی اکسیژن را تسهیل میکند. گازهای اضافی به همراه بخار اضافی از خروجی دی اریتور دفع میشوند.
این ویژگی که مخلوط بخار و گازهای اضافی در دمایی کمتر از نقطه جوش (دمای اشباع) در فشار دیاریتور خارج میگردد، امکان استفاده از یک خروجی مجهز به کنترلر ترموستاتی (vent) را فراهم میکند. در نهایت، آبی که فرآیند جداسازی بر روی آن انجام شده، به منبع دیاریتور بازگردانده میشود.
روشهای توزیع آب در دی اریتور
آب ورودی به دی اریتور باید به قطرات ریز تبدیل شود تا سطح تماس با بخار افزایش یابد و گازهای نامحلول با سرعت بیشتری جدا شوند. این نکته ضروری است که دمای آب افزایش پیدا کند تا خروج گاز از مایع با سرعت بالایی در برجک دی اریتور انجام شود.
فرآیند اسپری و پودر کردن آب در دی اریتور
- استفاده از سینیهای سوراخدار: آب پس از برخورد به سینیها پودر شده و از پایین در تماس با بخار قرار میگیرد.
- استفاده از نازلهای اسپری: آب به وسیله نازلهای فنری به قطرات بسیار ریز تبدیل میشود.
بیتردید، در انتخاب روشهای اسپری کردن آب، مزایا و معایبی وجود دارد که باید به دقت بررسی شوند. با توجه به اینکه هزینه نیز عامل مهمی در این انتخاب است، گزینش دیاریتور مناسب از اهمیت ویژهای برخوردار است. لذا در ادامه به تفاوت های این دو روش اشاره کرده ایم:
مقایسه دی اریتورهای سینیدار و اسپریدار
- دی اریتورهای سینیدار: عمر طولانی (تا 40 سال)، کارایی بالا، هزینه بیشتر (25 درصد بالاتر)
- دی اریتورهای اسپریدار: عمر کوتاهتر (حدود 20 سال)، هزینه کمتر، مناسب برای مصارف غیر نیروگاهی
اهمیت حذف اکسیژن محلول
آب در دمای 85 درجه سانتیگراد حدود 3.5 میلیگرم اکسیژن در هر لیتر دارد که میتواند باعث خوردگی شدید و خرابی در بویلر شود. اکسیژن با چسبیدن به دیوارههای بویلر زنگار ایجاد کرده و با ترکیب با کربن، دیاکسید کربن و سپس اسید کربنیک تولید میکند که باعث انحلال آهن و زنگ زدن میشود.
بنابراین، حذف اکسیژن اضافی از آب تغذیه بویلر یک امر حیاتی است. در شرایطی که آب تغذیه تا دمای 100 درجه سانتیگراد (دمای اشباع در فشار اتمسفریک) گرم میشود، انتظار میرود که میزان اکسیژن محلول در آن به صفر برسد، اما در واقعیت همواره مقداری اکسیژن باقی میماند. علاوه بر این، سایر گازهای محلول در آب نیز طی فرآیند هوازدایی از دیاریتور خارج میشوند. این مسئله باعث میشود که میزان هوای خارجشده گاهی بیشتر از 9.5 گرم در هر 1000 گرم آب به نظر برسد.
محاسبه خروجی هوا از دی اریتور
برای تعیین میزان هوای خروجی از دیاریتور، از قوانین دالتون و هنری استفاده میشود. به عنوان نمونه، اگر آب ورودی با دمای 80 درجه سانتیگراد باشد، حاوی 5.9 گرم هوا در هر 1000 گرم آب است. با فشار کاری 1.2 بار (مطابق قرائت دستگاه)، دمای اشباع برابر با 105 درجه سانتیگراد خواهد بود. در این شرایط، باید اطمینان حاصل شود که تمام 5.9 گرم هوا از آب خارج شود.
اطلاعات و محاسبات:
- فشار کلی: 1.2 بار
- دمای بخار درون دیاریتور: 100 درجه سانتیگراد
- تحلیل با قانون دالتون: اگر بخار خالص در دمای 100 درجه سانتیگراد باشد، فشار دیاریتور باید 1.013 بار باشد. اما اختلاف فشار فعلی (1.2 بار) ناشی از حضور گازهای نامحلول است.
- اختلاف فشار: 0.186 بار=1.2−1.0130.186 \, \text{بار} = 1.2 – 1.013
- نسبت حجمی هوا به بخار: از هر 1 لیتر مخلوط خروجی، 0.184 لیتر هوا و بقیه بخار است. به ازای هر 1 لیتر هوای خروجی، 4.42 لیتر بخار از دست میرود.
- دادههای تراکم: چگالی هوا (در 100 درجه سانتیگراد): 0.946 گرم بر لیتر0.946 \, \text{گرم بر لیتر} چگالی بخار (در 100 درجه سانتیگراد): 0.6 گرم بر لیتر0.6 \, \text{گرم بر لیتر}
- محاسبه جرم: هر 5.9 گرم هوا با 16.5 گرم بخار همراه است.
- خروج کلی مخلوط: به ازای تولید 1 تن بخار در ساعت، حدود 22.4 کیلوگرم مخلوط بخار و هوا از دیاریتور خارج میشود. از این مقدار، 16.5 کیلوگرم بخار است که باید با آب جبرانی تأمین شود.
نکته: تمامی محاسبات بر اساس فرضیات و تقریباتی از جمله کوچک بودن اختلاف فشار دیاریتور و فشار محیط انجام شده است.
پارامترهای طراحی دی اریتورهای تحت فشار
- فشار کاری حدود 0.2 بار بالاتر از فشار اتمسفر
- تأمین آب بویلر برای 10 تا 20 دقیقه
- حداقل فشار آب ورودی: 2 بار
- دمای آب ورودی: حدود 85 درجه سانتیگراد
- کاهش اکسیژن تا 20 ppm بدون استفاده از مواد شیمیایی
