Kazan Suyunda TDS Kontrolü

Kazan suyunda çözünmüş toplam katı madde (TDS) ölçümü ve kontrolü ihtiyacı ve kullanılan yöntemler, iletkenlik sensörleriyle kapalı döngü elektronik kontrol dahil.

Kazan Suyunda TDS Kontrolü

Bir kazan buhar ürettiğinde, kazan besleme suyunda bulunan ve buharla birlikte buharlaşmayan safsızlıklar, kazan suyunda yoğunlaşacaktır. Çözünmüş katılar giderek daha yoğunlaştıkça, buhar kabarcıkları daha kararlı hale gelme eğilimindedir ve kazanın su yüzeyine ulaştıklarında patlamazlar. Kazanın buhar alanının büyük bir kısmının kabarcıklarla dolduğu ve köpüğün buhar ana hattına taşındığı bir nokta gelir (kazan basıncı, boyutu ve buhar yüküne bağlı olarak). Bu, yalnızca buhar kazandan ayrıldığında aşırı ıslak olmakla kalmayıp, aynı zamanda yüksek düzeyde çözünmüş ve belki askıda katılar içeren kazan suyu içerdiği için açıkça istenmeyen bir durumdur. Bu katılar, kontrol vanalarını, ısı eşanjörlerini ve kondens tahliye valflerini kirletecektir. Köpüklenme yüksek askıda katı madde seviyeleri, yüksek alkalinite veya yağ ve greslerle kirlenme nedeniyle oluşabilirken, taşınımın en yaygın nedeni (bu diğer faktörler düzgün kontrol edildiğinde) yüksek Çözünmüş Toplam Katı Madde (TDS) seviyesidir. Kazan suyu TDS seviyesinin dikkatli kontrolü ve bu diğer faktörlere dikkat, köpüklenme ve taşınım risklerinin en aza indirilmesini sağlamalıdır. TDS bir dizi farklı birimde ifade edilebilir ve Tablo 3.12.1, TDS’nin ppm’den diğer birimlere yaklaşık dönüşümlerini verir. Baumé derecesi ve Twaddle derecesi (ayrıca Twaddell olarak yazılır) alternatif hidrometre skalalarıdır.

Kazan suyu örnekleme

Kazan suyu TDS’si şu şekilde ölçülebilir:

• Bir numune alarak ve TDS’yi kazan harici olarak belirleyerek, veya
• Kazan içinde bir sensör harici bir monitöre sinyal sağlayarak. Harici analiz için örnekleme Kazan suyu numunesi alırken, temsilci olduğundan emin olmak önemlidir. Numunenin gösterge camlarından veya harici kontrol odacıklarından alınması önerilmez; buradaki su, harici cam/odacıktaki sürekli buhar yoğuşmasından oluşan nispeten saf kondensdir. Benzer şekilde, kazan besleme suyu giriş bağlantısına yakın numuneler yanlış bir okuma verebilir. Günümüzde çoğu kazan üreticisi TDS üflemesi için bir bağlantı kurar ve genellikle bu konumdan temsilci bir numune almak mümkündür. Su basitçe kazandan çekilirse, basıncı düşürüldüğünde bir kısmı şiddetli bir şekilde buhara dönüşecektir. Bu sadece operatör için potansiyel olarak çok tehlikeli olmakla kalmaz, flaş buharının kaybının numuneyi yoğunlaştırması nedeniyle sonraki herhangi bir analiz de oldukça yanlış olacaktır. Analiz için soğuk bir numune gerektiğinden, bir numune soğutucu da önemli ölçüde zaman kazandıracak ve daha sık test yapılmasını teşvik edecektir. Numune soğutucu, numune soğutma suyu soğutmak için soğuk şehir suyu kullanan küçük bir ısı eşanjörüdür.

Bağıl yoğunluk yöntemi

Suyun bağıl yoğunluğu, çözünmüş katı madde içeriğiyle ilgilidir. Ham su, besleme suyu ve kondens için bağıl yoğunluk saf suyununkine o kadar yakındır ki bir hidrometre kullanılarak tatmin edici bir şekilde ölçülemez. Ancak, kazan suyu için, bir hidrometre çözünmüş katıların yaklaşık bir ölçümünü elde etmek için kullanılabilir, çünkü kazan suyu için 15,5°C’de her 0,000 1 bağıl yoğunluk artışı yaklaşık olarak 110 ppm’ye eşittir. Tatmin edici bir TDS ölçümü elde etmek için dikkatli kullanım ve işleme ihtiyaç duyan çok hassas bir hidrometre gereklidir. Prosedür genellikle şudur:

• Soğutulmuş kazan suyu numunesini, aksi takdirde yanlış okuma verecek askıda katıları uzaklaştırmak için filtreleyin.
• 15,5°C’ye soğutun.
• Hidrometreye kabarcıkların yapışmasını önlemeye yardımcı olmak için birkaç damla ıslatma maddesi ekleyin.
• Hidrometreyi numuneye yerleştirin ve kabarcıkları çıkarmak için yavaşça çevirin.
• Bağıl yoğunluğu okuyun.
• Hidrometreyle birlikte verilen bir tablodan TDS’yi okuyun veya Denklem 3.12.1 kullanarak TDS’yi ppm cinsinden hesaplayın:

Hidrometre kolayca hasar görebilen hassas bir cihazdır. Yanlış okumalar elde etmekten kaçınmak için damıtık suya karşı düzenli olarak kontrol edilmelidir. İletkenlik yöntemi Suyun elektrik iletkenliği de çözünmüş katıların türüne ve miktarına bağlıdır. Asitlik ve alkalinite elektrik iletkenliği üzerinde büyük bir etkiye sahip olduğundan, iletkenliği ölçmeden önce kazan suyu numunesinin nötralize edilmesi gerekir. Prosedür şudur:

• Soğutulmuş numuneye (< 25°C) birkaç damla fenolftalein gösterge çözeltisi ekleyin.
• Numune alkali ise, güçlü bir mor renk elde edilir.
• Numuneyi nötralize etmek için asetik asit (tipik olarak %5) damla damla ekleyin ve renk kaybolana kadar karıştırın. TDS ppm cinsinden yaklaşık olarak Denklem 3.12.2’de gösterildiği gibidir: Alternatif olarak, Şekil 3.12.2’de gösterilen pilli, sıcaklık kompanzasyonlu iletkenlik ölçer, 45°C’ye kadar sıcaklıkta kullanıma uygundur.

Kazan içinde iletkenlik ölçümü

Kazan suyunun iletkenliğini kazanın içinde veya üfleme hattında ölçmek gerekir. Açıkçası, koşullar numune soğutucusu aracılığıyla elde edilen numuneninkinden çok farklıdır; numune soğutulacak ve ardından nötralize edilecektir (pH = 7). Ana yönler, büyük sıcaklık farkı ve yüksek pH’dır. Sıcaklık artışı elektrik iletkenliğinde artışa neden olur. Kazan suyu için, iletkenlik sıcaklıkta her 1°C’lik artış için yaklaşık %2 (25°C’deki değer) oranında artar. Bu şu şekilde yazılabilir: Örnek 3.12.3 Bir kazan suyu numunesinin 25°C’de nötralize edilmemiş iletkenliği 5 000 μS/cm’dir. 10 bar g’de kazan suyunun iletkenliği nedir? Sıcaklıkta her 1°C’lik artış için yaklaşık %2 (25°C’deki değer) oranında artar. Bu şu şekilde yazılabilir: Bu, sıcaklık etkilerinin üfleme kontrolcüsünde dikkate alınması gerektiği anlamına gelir; ya otomatik sıcaklık kompanzasyonu ile ya da kazan basıncının (ve dolayısıyla sıcaklığın) sabit olduğu varsayımıyla. Yük varyasyonları sırasındaki kazan basıncındaki küçük varyasyonlar nispeten küçük bir etkiye sahiptir, ancak geniş basınç aralıklarında çalışan kazanlarda hassas TDS okumaları gerekliyse otomatik sıcaklık kompanzasyonu gereklidir. Hücre sabiti Bir sıvının iletkenliğini ölçmek için kullanılan bir probun bir ‘hücre sabiti’ vardır. Bu sabitin değeri, probun fiziksel düzenine ve sıvıdaki elektrik yoluna bağlıdır. Prob ucu, kazanın herhangi bir parçasından ne kadar uzaksa, hücre sabiti o kadar yüksektir. Hücre sabitindeki herhangi bir farklılık, kontrolcüyü ‘kalibre ederken’ dikkate alınır. İletkenlik ve direnç, Denklem 3.12.4’te görüldüğü gibi hücre sabiti ile ilişkilidir:

Kazan suyu iletkenliği prob aracılığıyla dirence dönüştürülürken, basit bir DC direnç ölçer kullanılarak ölçülemez. Proba DC voltaj uygulanırsa, suyun elektrolizi nedeniyle yüzeyde küçük hidrojen veya oksijen kabarcıkları oluşur. Elektrolitik polarizasyon adı verilen bu etki, çok daha yüksek bir direnç ölçülmesine neden olur. Bu nedenle prob direncini ölçmek için AC voltaj kullanmak gerekir ve bu, üfleme kontrolcülerinde her zaman tercih edilen yöntemdir. Kazan suyunun yüksek iletkenliklerinde polarizasyondan kaçınmak için nispeten yüksek bir frekans (örneğin 1 000 Hz) gereklidir.

Gerekli kazan suyu TDS’sinin belirlenmesi

Köpüklenmenin başlayabileceği gerçek çözünmüş katı konsantrasyonu, kazandan kazana değişecektir. Geleneksel kabuklu kazanlar normalde TDS’yi çok küçük kazanlar için 2 000 ppm ve daha büyük kazanlar için 3 500 ppm aralığında çalıştırır, şu koşullar sağlanırsa:

• Kazan tasarım basıncına yakın çalışıyordur.
• Buhar yük koşulları çok ağır değildir.
• Diğer kazan suyu koşulları doğru kontrol edilmektedir. Bu TDS seviyelerini korumak için kazanın üflenmesi, tesise makul ölçüde temiz ve kuru buhar sağlanmasına yardımcı olmalıdır. Tablo 3.12.2, belirli kazan türlerinde izin verilen maksimum kazan suyu TDS seviyeleri hakkında bazı geniş kapsamlı rehberlik sağlar. Bu seviyelerin üzerinde sorunlar ortaya çıkabilir. Not: Tablo 3.12.2’deki rakamlar yalnızca geniş bir rehber olarak sunulmaktadır. Özel öneriler için her zaman kazan üreticisine danışılmalıdır. Üfleme hızının hesaplanması Aşağıdaki bilgiler gereklidir:
• Milyonda parça cinsinden istenen kazan suyu TDS’si (Tablo 3.12.1).
• Milyonda parça cinsinden besleme suyu TDS’si. Su arıtma kayıtlarına bakılarak ortalama bir değer elde edilebilir veya besleme suyunun bir numunesi alınarak iletkenliği ölçülebilir. Kazan suyu TDS ölçümünde olduğu gibi, iletkenlik (μS/cm) x 0,7 = ppm cinsinden TDS (25°C’de). Not: Gerekli besleme suyu numunesi, kazan besleme hattından veya besleme deposundan gelen numunedir ve besleme deposunu besleyen tamamlayıcı suyun numunesi değildir.
• Kazanın ürettiği buhar miktarı, genellikle kg/h cinsinden ölçülür. Bir üfleme sistemi seçerken, en önemli rakam genellikle kazanın tam yükte üretebileceği maksimum buhar miktarıdır. Yukarıdaki bilgiler mevcut olduğunda, gerekli üfleme hızı Denklem 3.12.5 kullanılarak belirlenebilir:

Üfleme hızının kontrolü Üfleme hızının kontrol edilebileceği bir dizi farklı yol vardır. En basit cihaz bir orifis plakasıdır (Şekil 3.12.3). Orifis boyutu şu temelde belirlenebilir:

• Akış hızı - Yukarıda akış hızını hesaplama yöntemi gösterilmiştir.
• Basınç düşüşü - Teorik olarak bu, kazan basıncından atmosfer basıncına kadar olacaktır. Ancak, boru hattı sürtünmesi ve arka basınç kaçınılmazdır, bu nedenle bu Modülün amaçları için, orifisin alt tarafındaki basıncın 0,5 bar g olduğunu varsayın. Bir sorun vardır: bir orifis ayarlanamaz ve bu nedenle yalnızca belirli bir durum seti için doğru olabilir. Buharlaşma hızı:
• Artarsa - Orifis yeterli su geçiremez. Kazan TDS seviyesi artar ve primerleme ve taşınım meydana gelir.
• Azalırsa - Orifis çok fazla su geçirir. Üfleme hızı çok büyük olur ve enerji israf edilir. Flaşlaşma Kazandan tahliye edilen su doygunluk sıcaklığındadır ve orifis üzerindeki basınç düşüşü neredeyse tüm kazan basıncına eşittir. Bu, suyun önemli bir kısmının buhara dönüşeceği ve hacminin 1.000 kata kadar artacağı anlamına gelir. Orifis üzerindeki bu hızlı ve agresif durum ve hacim değişimi, orifisin aşınmasına ve tel çekme yoluyla bozulmasına neden olabilir. Bu, orifisin hem boyutunu hem de akış karakteristiğini (deşarj katsayısı) artırır ve giderek artan bir üfleme hızına neden olur. Buhar bir gaz olduğundan, sudan (sıvı) çok daha hızlı hareket edebilir. Ancak, buhar ve su düzgün bir şekilde ayrılmak için fırsat bulamaz, bu da su damlacıklarının buharla birlikte çok yüksek hızda boru tesisatına girmesine yol açar. Bu, boru tesisatında ve alt ekipmanda daha fazla erozyona ve olası su darbesine neden olur. Flaşlaşma sorunu kazan basıncıyla artar. Ayrıca kazandan tahliye edilen suyun kirli olduğu ve küçük bir deliği tıkanıklamak için çok fazla kirin yeterli olabileceği de unutulmamalıdır.

Üfleme vanaları

Sürekli üfleme vanaları En basit formunda, bu bir iğne vanadır. Üst görünümde, şunları içeren bir halka vardır:

• Dış çevre vana oturağı tarafından tanımlanır.
• İç çevre iğne tarafından tanımlanır. Akış hızında bir artış gerekirse, iğne oturaktan ayarlanır ve iğne ile oturak arasındaki açıklık artırılır. Orifis boyunca makul bir hız sağlamak için, 1 111 kg/h üfleme akış hızı (Örnek 3.12.5’ten) için gerekli orifis boyutu yaklaşık 3,6 mm olacaktır. Vana oturak çapını 10 mm alarak, 1 111 kg/h gerekli akışı vermek için ayarlandığı noktadaki iğne çapını hesaplamak mümkündür, aşağıdaki gibi: Dolayısıyla: Denklemi çözmek, doğru ayarda iğne çapının 9,33 mm olduğunu gösterir. Açıklık, çapların farkının yarısıdır. Bu, sürekli üfleme vanalarının temel bir zayıflığıdır; açıklık o kadar küçüktür ki küçük parçacıkların tıkanması kaçınılmazdır. Ayrıca, vana oturağı üzerindeki flaşlaşma sorununun da ele alınması gerekir. Düşük açıklıklar, iğne ve oturak yüzeylerine yakın akan yüksek hızlı bir buhar/su karışımı olduğu anlamına gelir. Aşınma (tel çekme) kaçınılmazdır, bu da hasara ve ardından kapanmamaya neden olur. Sürekli üfleme vanaları, basit iğne vanalardan yıllar boyunca geliştirilmiş ve şimdi birkaç aşama içermektedir; muhtemelen vanada üç veya dört giderek daha büyük oturak形式ında ve hatta sarmal geçitler bile içerebilir. Amaç, enerjiyi kademeli olarak aşamalarda tüketmek, hepsini birden bir anda değil. Bu tip vana başlangıçta manuel çalışma için tasarlanmış ve kola bağlı bir ölçek ve ibre ile donatılmıştır. Operasyonel bir ortamda, bir kazan suyu numunesi alınır, TDS belirlenir ve vana konumuna uygun bir ayarlama yapılır. Modern teknoloji ve pazar taleplerine ayak uydurmak için, bu sürekli üfleme vanalarından bazıları elektrikli veya pnömatik aktüatörlerle donatılmıştır. Ancak, küçük açıklıklar, flaşlaşma ve tel çekme konusundaki temel sorun var olmaya devam etmektedir ve vana oturak hasarı kaçınılmazdır. Kapalı döngü kontrol sistemi kullanılsa bile, aşırı üfleme meydana gelecektir. Açma/kapama kazan üfleme vanaları Daha büyük bir kontrol cihazının, daha büyük açıklıklarla kullanılması, ancak yalnızca zamanın bir kısmı için açılması avantajlıdır. Açıkçası, kazan TDS’si makul değerler arasında tutulacaksa, DN15 ve 20 vanalar en yaygın boyutlardır. Tipik bir düzen, kontrolcüyü vanayı örneğin 3 000 ppm’de açacak şekilde ayarlamak, ardından vanayı 3 000 - %10 = 2 700 ppm’de kapatmaktır. Bu, makul boyutlu bir vana ve hassas kontrol arasında iyi bir denge sağlar.
• Seçilen vana tipi de önemlidir:
• Düşük üfleme hızına ve 10 bar g’den düşük basınçlara sahip küçük kazanlar için, uygun kapasiteli bir solenoid vana uygun maliyetli bir çözüm sağlayacaktır. Daha yüksek üfleme hızlarına sahip daha büyük kazanlar ve kesinlikle 10 bar g’nin üzerinde çalışma basıncına sahip kazanlarda, flaşlaşmayı vana oturağından uzaklaştırmak için daha sofistike bir vana gerekir. Bu tür vanalar ayrıca, kullanıcıya kazana uygun bir üfleme hızı ve kullanılan herhangi bir ısı geri kazanım ekipmanını seçme esnekliği sağlayan ayarlanabilir stroka sahip olabilir.

Kapalı döngü elektronik kontrol sistemleri

Bu sistemler kazan suyu iletkenliğini ölçer, bir set noktası ile karşılaştırır ve TDS seviyesi çok yüksekse bir üfleme kontrol vanası açar. Piyasada, kazanın içinde veya temsilci bir kazan suyu numunesi almak için düzenli aralıklarla temizlenen bir harici örnekleme odacığında iletkenliği ölçen bir dizi farklı tür mevcuttur. Gerçek seçim, kazan tipi, kazan basıncı ve üflenecek su miktarı gibi faktörlere bağlı olacaktır. Bu sistemler, bir iletkenlik probu kullanarak kazan suyu iletkenliğini ölçmek üzere tasarlanmıştır. Ölçülen değer, kullanıcı tarafından kontrolcüye programlanan bir set noktası ile karşılaştırılır. Ölçülen değer set noktasından büyükse, set noktasına ulaşılana kadar üfleme kontrol vanası açılır. Tipik olarak, kullanıcı ayrıca ‘ölü bandı’ da ayarlayabilir. Daha önce belirtildiği gibi, su sıcaklığındaki artış elektrik iletkenliğinde artışa neden olur. Açıkçası, bir kazan geniş bir sıcaklık/basınç aralığında çalışıyorsa, örneğin kazanlar gece gerilemesinde olduğunda veya hatta geniş brülör kontrol bandına sahip bir kazan olduğunda, iletkenlik kontrol faktörü olduğundan kompanzasyon gereklidir. Otomatik TDS kontrolünün faydaları

• Otomasyonun işçilik tasarrufu avantajları.
• Kazan TDS seviyelerinin daha yakın kontrolü.
• Üfleme ısı geri kazanım sistemi potansiyel tasarrufları (kurulmuşsa). Üfleme hızının azaltılmasından kaynaklanan ek tasarrufların hesaplanması, aşağıdaki metinde ve Örnek 3.12.6’da açıklanmaktadır. Mevcut yöntem yalnızca kazanın dibinden manuel üfleme ise, geçmiş su arıtma kayıtlarına bakarak, birkaç haftalık bir dönemde kazan TDS’sinin ne kadar değiştiğine dair bir fikir edinmek mümkün olabilir. İncelemeyle, ortalama bir TDS rakamı belirlenebilir. Gerçek maksimum, izin verilen maksimum değerden azsa, ortalama gösterildiği gibidir. Gerçek maksimum, izin verilen maksimumu aşıyorsa, elde edilen ortalama orantılı olarak küçültülmelidir, çünkü izin verilen maksimum TDS değerinin aşılmaması istenir. Örnek 3.12.6 Şekil 3.12.8, iyi çalıştırılan manuel dip üfleme ile ortalama TDS’nin izin verilen maksimumun önemli ölçüde altında olduğunu gösterir. Örneğin, izin verilen maksimum TDS 3 500 ppm olabilir ve ortalama TDS yalnızca 2 000 ppm’dir. Bu, gerçek üfleme hızının gerekenden çok daha fazla olduğu anlamına gelir. 200 ppm besleme suyu TDS’sine dayanarak, gerçek üfleme hızı: Otomatik bir TDS kontrol sistemi kurularak, Şekil 3.12.9’da gösterildiği gibi ortalama kazan suyu TDS’si neredeyse izin verilen maksimum TDS’ye eşit bir seviyede tutulabilir; Üfleme hızını azaltarak tasarrufların değerlendirilmesi Bir kazan belirli miktarda buhar tedarik edecekse, üflenen su bu miktarın üzerine ek olarak olmalıdır. Üflemede kaybedilen enerji, doygunluk sıcaklığına kadar ısıtılan ve ardından üflenen ek su miktarına sağlanan enerjidir. Buhar tabloları kullanılarak yakın bir yaklaşım elde edilebilir. Örnek 3.12.5’teki rakamlar kullanılarak, kazan 10 bar g’de çalışsaydı, 5 000 kg/h buhar üretseydi ve besleme suyu sıcaklığı 80°C olsaydı (hf = 335 kJ/kg), enerji gereksinimindeki değişim aşağıdaki gibi hesaplanabilirdi: Durum 1, manuel TDS kontrolü: Üfleme hızı = %11,1 Örnek 3.12.7 Durum 2, otomatik TDS kontrolü: