Besleme Tankı ve Besleme Suyu Koşullandırma

Besleme tanklarının ve yarı deaeratörlerin tasarımı, yapışı ve çalışmasıyla ilgili tüm yönler, hesaplamalar dahil.

Kazan besleme suyunun ve tamamlayma suyunun depolandığı ve kondensin geri döndüğü kazan besleme tankının önemi genellikle hafife alınır. Kazan dairesindeki tesislerin çoğu yedeklidir, ancak iki besleme tankına sahip olmak nadirdir ve bu kritik parça tasarım sürecinde genellikle en son düşünülen şeydir. Besleme tankı, soğuk tamamlama suyu ve kondens dönüşünün ana buluşma noktasıdır. Her ikisinin, üfleme sisteminden gelen flaş buharla birlikte, besleme suyu tankının su yüzeyinin oldukça altına kurulmuş sparge borularından akması en iyisidir. Sparge boruları paslanmaz çelikten yapılmalı ve yeterli şekilde desteklenmelidir.

Çalışma sıcaklığı

Besleme tankındaki suyun, çözünmüş oksijen ve diğer gazların içeriğini en aza indirmek için yeterince yüksek sıcaklıkta tutulması önemlidir. Besleme tankındaki su sıcaklığı ile oksijen içeriği arasındaki korelasyon Şekil 3.11.1’de görülebilir. Yüksek oranda tamamlama suyu kullanılıyorsa, besleme suyunun ısıtılması gerekli oksijen giderici kimyasal miktarını önemli ölçüde azaltabilir. Örnek 3.11.1 Besleme suyundaki çözünmüş oksijeni ısıtarak azaltmakla ilişkili maliyet tasarrufları. Hesaplama temeli:

• Sodyum sülfat için standart dozaj hızı, 1 ppm çözünmüş oksijen başına 8 ppm’dir.
• Kazanda bir rezerv korumak için ek olarak 4 ppm eklenmesi alışılmıştır.
• Tipik sıvı katalizörlü sodyum sülfat yalnızca %45 sodyum sülfat içerir. Örnek için Hesaplama 1 Hesaplama 2 Yıllık maliyet tasarrufu Besleme tankını ısıtmak için bir maliyetin söz konusu olduğu açıktır, ancak su sıcaklığı kazanın içinde de aynı miktarda artırılacağından, bu ek enerji değil, yalnızca farklı bir yerde kullanılan aynı enerjidir. Tek gerçek kayıp, besleme tankından olan fazla ısı kaybıdır. Besleme tankı düzgün bir şekilde yalıtıldığı sürece, bu ek ısı kaybı neredeyse önemsiz olacaktır. Önemli bir ek tasarruf, kazan besleme suyuna eklenen sodyum sülfat miktarının azaltılmasıdır. Bu, gerekli dip üfleme miktarını azaltacak ve bu tasarruf, kazan besleme tankından olan küçük ek ısı kaybından daha fazla telafi edecektir. Kazanın kendisine zarar vermemek için Kazan duvarlarının ve borularının sıcak yüzeylerine soğuk su sokulduğunda kazan termal şoka uğrar. Daha sıcak besleme suyu, daha düşük sıcaklık farkı ve daha az termal şok riski anlamına gelir. Tasarlanan çıkışı korumak için Kazan besleme suyu sıcaklığı ne kadar düşükse, buhar üretmek için kazanda o kadar fazla ısı gereklidir. Gerekli kazan çıkışını korumak için besleme tankı sıcaklığını mümkün olduğunca yüksek tutmak önemlidir.

Kazan besleme pompasında kavitasyon

Dikkat: çok yüksek kondens dönüş hızları (tipik olarak %80’in üzerinde) aşırı besleme suyu sıcaklığına ve besleme pompasında kavitasyona neden olabilir. Kaynama noktasına yakın su bir pompaya girerse, pompa pervanesi gözündeki düşük basınç alanında buhara flaşlaşması muhtemeldir. Bu gerçekleşirse, basınç su buharının altına düştüğünde buhar baloncukları oluşur. Basınç tekrar yükseldiğinde, bu baloncuklar çöker ve su oluşan boşluğa çok yüksek bir hızla akar. Buna ‘kavitasyon’ denir; gürültülüdür ve pompaya ciddi zarar verebilir. Bu sorunu önlemek için, pompaya mümkün olan en iyi Net Pozitif Emme Yüksüzliğini (NPSH) sağlamak esastır; böylece statik basınç mümkün olduğunca yüksek olur. Besleme tankını kazanın mümkün olduğunca yukarısına yerleştirmek ve besleme pompasına giden emme boru tesisatını cömertçe boyutlandırmak (Şekil 3.11.2) büyük ölçüde yardımcı olur.

Besleme tankı tasarımı

Besleme tankı (Şekil 3.11.3), tüm kazan dairesinin çalışma şeklini birkaç yönde etkileyebilir. Besleme tankı ve ilişkili sistemlerin dikkatli tasarımıyla, enerji ve su arıtma kimyasallarında ve ayrıca çalışma güvenilirliğinde önemli tasarruflar sağlanabilir. Dikey ve yatay silindirik besleme tankları dünyanın diğer bölgelerinde alışılmadık olmasa da, dikdörtgen şekil BK’da en düzenli olarak kullanılmaktadır. Bu normalde, kapladığı zemin alanı için maksimum su depolama hacmi sunar. Besleme tankı malzemeleri:

• Dökme demir - Dökme demir tanklar genellikle dikdörtgen kesitlerden monte edilir: Kesit eklerindeki sızıntılardan sık sık sorunlar ortaya çıkar ve korozyona eğilimlidirler.
• Karbon çelik - Muhtemelen besleme tankları için en yaygın yapı malzemesi: Kaplanmamış, nispeten düşük maliyetli bir malzemedir ancak korozyona son derece eğilimlidir. Bu zayıflık yüzeye uygun kaplamalar uygulanarak iyileştirilebilir, ancak bunun maliyeti tank maliyetinden daha fazla olabilir; özellikle kaplamanın da düzenli bakıma ihtiyacı olacaksa.
• Plastik - Bu malzeme genellikle, nispeten yüksek sıcaklıklara dayanabilen malzemelerin yüksek maliyeti nedeniyle besleme tankları için uygun değildir. Ancak plastik, soğuk tamamlama suyu tankı için uygun bir malzemedir.
• Östenitik paslanmaz çelik - Bu malzemeden düzgün yapılmış bir besleme tankının geliştirilmiş ömrü, daha yüksek başlangıç maliyetini her zaman haklı çıkaracaktır. Tip 304L genellikle en uygun paslanmaz çelik kalitesi olarak seçilir. Besleme tankı kapasitesi Besleme tankı, tamamlama suyu beslemesinin kesilmesini karşılamak için bir su rezervi sağlar. Geleneksel uygulama, maksimum kazan buharlaşmasında bir saatlik buharlama için yeterli kapasiteye sahip bir besleme tankına sahip olmaktır. Daha büyük tesislerde bu pratik olmayabilir ve alternatif olarak daha küçük bir ‘sıcak su deposu’ besleme tankı artı ek soğuk arıtılmış su depolama olabilir. Ayrıca, kondens dönüş oranındaki herhangi bir dalgalanmayı karşılamak için normal çalışma seviyesinin üzerinde yeterli kapasiteye sahip olmalıdır. Bu kapasite ‘boşluk’ olarak adlandırılır. Yüksek kondens dönüş hızı, tesiste ve boru tesisatında yatan kondensin aniden tanka geri döndüğü başlangıçta meydana gelebilir; burada taşma yoluyla tahliye hattına kaybolabilir. Bu gerçekleşirse, dönüş hızını kontrol etmek ve israfı önlemek için kondens dönüş sistemini gözden geçirmek akıllıca olabilir.

Besleme tankı yapısı

Aşağıdaki notlar besleme tankı tasarımında faydalı olabilir:

• Sağlamlaştırma- Tank tamamen kaynaklı olmalı ve tank yanlarını ve üstünü güçlendirmek için yeterli sağlamlaştırma kullanmak, ayrıca taban için yeterli destek sağlamak çok önemlidir. Bunu yapmamak aşırı bükülmeye ve erken arızaya yol açacaktır.
• Boru bağlantıları- Tüm flanşlı boru bağlantıları yalıtıma olanak sağlamak için en az 150 mm uzakta durmalıdır. Tüm dişli bağlantılar en az 20 mm uzakta durmalıdır.
• Kaldırma kulakları- Güvenli ve kolay kurulum sağlamak için kaldırma kulaklarının takılması esastır.

Besleme tankı boru tesisatı

Kondens dönüşü Buhar üretildikçe, kazanın içindeki su buharlaşır ve kazana besleme suyu pompalanarak değiştirilir. Buhar, sistemi dolaşarak çeşitli buhar kullanan tesislere ulaştığında, özünde çok iyi kalitede sıcak su olan kondense geri dönüşür. Bir kontaminasyon olasılığı olmadığı sürece (belki de proses nedeniyle), bu kondens ideal kazan besleme suyudur. Bu nedenle, mümkün olduğunca fazlasını yeniden kullanım için geri döndürmek ekonomik açıdan mantıklıdır. Gerçekte, tüm kondensi geri döndürmek neredeyse imkansızdır; bazı buharlar doğrudan nemlendirme ve buhar enjeksiyonu gibi uygulamalar için prosese enjekte edilmiş olabilir ve genellikle kazanın kendisinden, örneğin üfleme yoluyla su kayıpları olacaktır. Bu nedenle, doğru çalışma seviyelerini korumak için sisteme tamamlama (kimyasal olarak arıtılmış) suyunun sokulması gerekecektir. Kondens dönüşü, kazan dairesinde enerji tasarrufu için muazzam bir potansiyel sunar. Kondens yüksek bir ısı içeriğine sahiptir ve besleme tankındaki her 6°C sıcaklık artışı için yaklaşık %1 daha az yakıt gereklidir. Şekil 3.11.5(a), kazana 10°C’nde soğuk besleme suyu sağlandığında 10 bar g’de buhar oluşumunu göstermektedir. Şeklin altındaki bölüm, besleme suyundaki mevcut entalpiyi (42 kJ/kg) temsil etmektedir. 10 bar g’de doyma sıcaklığına ulaşmak için kazana 740 kJ/kg daha ısı enerjisi eklenmesi gerekir. Şekil 3.11.5(b) yine 10 bar g’de buhar oluşumunu göstermektedir, ancak bu sefer kazan, daha fazla kondens döndürülerek 70°C’ye ısıtılan besleme suyuyla beslenmektedir. Besleme suyundaki artan entalpi, kazanın artık yalnızca 489 kJ/kg ısı enerjisi eklemesi gerektiği anlamına gelir; bu da aynı basınçta buhar üretmek için gereken enerjide %9,2’lik bir tasarrufu temsil eder. Geri dönen kondens neredeyse saf sudur ve bu yalnızca su maliyetlerinden değil, aynı zamanda üflemeyle ilişkili kayıpları azaltan su arıtma kimyasallarından da tasarruf sağlar. Basınçlı kondens geri döndürülüyorsa, besleme tankında flaş buhar salınacaktır. Bu flaş buharın, hem ısı hem de su içeriğinin geri kazanılmasını sağlamak için yoğunlaştırılması gerekir. Bunu yapmanın geleneksel yöntemi, onu sparge boruları aracılığıyla besleme tankına sokmaktır; ancak daha modern ve etkili bir yöntem, soğuk tamamlama suyu, kondens dönüşü ve flaş buharın karıştırıldığı bir flaş yoğuşturma deaeratör başlığı kullanmaktır (bkz. Şekil 3.11.6). Isı geri kazanım sistemlerinden flaş buhar Bir ısı geri kazanım sistemi, örneğin kazan üflemesinden flaş buharı geri kazanabilir. Besleme tankı sıcaklığını yükseltmek ve böylece yakıt tasarrufu sağlamak için geri kazanılmış ısıyı kullanmak için başka bir fırsattır. Basınçlı kondens gibi, flaş buharın da yoğunlaştırılması gerekir. Geleneksel olarak bu sparge boruları kullanılarak sağlanırdı; ancak modern ve çok daha etkili bir yöntem flaş yoğuşturma deaeratör başlığıdır. Tamamlama suyu Bu, sistemdeki kayıpları telafi eden su arıtma tesisinden gelen soğuk sudur. Birçok su arıtma tesisinin optimum performansı elde etmek için üzerinden önemli bir akışa ihtiyacı vardır. Besleme tankına modülasyonlu kontrol sonucu ‘damla’ akışı, örneğin bir yumuşatıcının performansını olumsuz etkileyebilir. Bu nedenle, genellikle küçük bir plastik veya galvanizli çelik soğuk tamamlama tankı takılır. Yumuşatıcıdan gelen akış, tamamlama tankına ‘aç/kapa’ olarak kontrol edilir. Oradan bir modülasyonlu vana, besleme tankına akışını kontrol eder. Bu tür kurulum, kazan tesisinin ‘daha düzgün’ çalışmasına yol açar. Nispeten soğuk tamamlama suyunun doğrudan tankın dibine batmasını (buradan doğrudan kazan besleme suyu hattına çekilecektir) önlemek ve eşit sıcaklık dağılımı sağlamak için yaygın uygulama, tamamlama suyunu besleme tankına daha yüksek bir seviyede sparge etmektir. Buhar enjeksiyonu Daha önce belirtildiği gibi, besleme tankı içeriğini yüksek sıcaklıkta tutmanın önemli avantajları vardır. Bu daha yüksek sıcaklığı elde etmenin en uygun yollarından biri, besleme tankına buhar enjekte etmektir. Tahliye Besleme tankı, herhangi bir basınç birikmesini önlemek için havalandırılmalıdır. Bir kılavuz olarak, bu havalandırma 2.000 litrelik bir tankta DN80’den 30.000 litrelik bir tankta DN250’ye kadar değişecektir. Havalandırmaya, tahliye bağlantısı yoluyla boşaltım için buhardan ayrılmış suyu ayıran dahili bir panjurlu bir havalandırma başlığı takılmalıdır. Taşma Flaş buhar kaybını önlemek için bir ‘U’ borulu su contası ile donatılmalıdır. Besleme pompası alım hattı Alım besleme tankının tabanından yapılıyorsa, tankın dibindeki kirliliğin boru hattına girmesini önlemek için 50 mm dahili bir boru parçası olmalıdır. Sürtünme kayıplarını en aza indirmek ve besleme pompasına net pozitif emme yüksüzüğünü (NPSH) en üst düzeye çıkarmak için cömertçe boyutlandırılmalıdır. Tahliye Muayene için boşaltmayı kolaylaştırmak için besleme tankının dibine bir tahliye bağlantısı takılmalıdır. Yalıtım Besleme tankı, ısı kayıplarını önlemek için yeterli şekilde yalıtılmalıdır. Doğru malzemenin ve ekonomik kalınlığın seçilmesinde saygın bir yalıtım uzmanının tavsiyesi alınmalıdır. Muayene açıklığı Gerekirse dahili muayene ve yardımcı ekipman takılmasını sağlamak için yeterli büyüklükte bir muayene açıklığı takılmalıdır. Su seviyesi kontrolü Geleneksel olarak, bu uygulama için şamandıralı kontroller kullanılmıştır. Modern kontroller, bir kontrol vanasını modüle etmek için çıkış sinyali verecek seviye problarını kullanır. Bu tür sistem yalnızca daha az bakım gerektirmekle kalmaz, aynı zamanda uygun bir kontrolör kullanılarak tek bir prob, seviye alarmlarını ve uzak göstergeli cihazları dahil edebilir. Seviye probları, yüksek su seviyesi, normal çalışma (veya kontrol) su seviyesi ve düşük su seviyesi sinyali verecek şekilde düzenlenebilir. Probdan gelen sinyaller, soğuk su tamamlama beslemesindeki bir kontrol vanasına bağlanabilir. Prob, yanlış okumalara yol açabilecek türbülansdan korumak için besleme tankı içinde bir koruma borusuna takılır. Besleme tankında yerel bir seviye göstergesi veya su seviyesi cam göstergesi önerilir; içeriklerin doğrulama amaçlı olarak görüntülenmesine ve seviye problarının devreye alınmasına olanak tanır. Sıcaklık göstergesi Bu, yerel veya uzak okumalı bir cihaz olabilir.

Dea​eratör​ler

Atmosferik deaeratör başlığı Bir deaeratör başlığının karışım ünitesi, tüm gelen akışları bir araya getirir. Yüksek oksijen içeriğli soğuk tamamlama suyunu kondens ve üfleme ısı geri kazanım sisteminden gelen flaş buharla karıştırır. Oksijen ve diğer gazlar soğuk sudan serbest bırakılır ve su ana besleme tankına girmeden önce bir tahliye aracılığıyla otomatik olarak uzaklaştırılabilir. Deaeratör başlığı, çalışma koşullarında normalde tanktan yayılması beklenen buhar miktarını önemli ölçüde azaltır. Bu nedenle, deaeratör başlıkları ile donatılmış düzgün tasarlanmış atmosferik deaeratör tankları, havalandırmalı kapak takılı normal bir tanktan daha az havalandırma kapasitesi gerektirir. Tipik olarak, atmosferik deaeratör tankındaki havalandırma boyutları 2.000 L’lik bir tankta DN80’den 30.000 L’lik bir tankta DN250’ye kadar değişir. Basınçlı deaeratör Daha büyük kazan tesislerinde, basınçlı deaeratörler bazen kurulur ve canlı buhar, oksijeni uzaklaştırmak için besleme suyunu yaklaşık 105°C’ye getirmek için kullanılır. Basınçlı deaeratörler genellikle termal olarak verimlidir ve çözünmüş oksijeni çok düşük seviyelere indirecektir. Basınçlı deaeratörler:

• Kontroller ve güvenlik cihazlarıyla donatılmalıdır.
• Basınçlı kap olarak sınıflandırılır ve periyodik, resmi muayene gerektirir. Bu, basınçlı deaeratörlerin pahalı olduğu ve yalnızca çok büyük kazan dairelerinde haklı çıkarıldığı anlamına gelir. Bir basınçlı deaeratör düşünülecekse, kısmi yük performansı (veya etkili dönüş oranı) araştırılmalıdır. Basınçlı deaeratörlerin ayrıntılı bir incelemesi bu Bloğun Modül 21’inde verilmiştir. Koşullandırma arıtması Bu, harici arıtma tamamlayan ek bir arıtmadır (örneğin, baz değişim sistemi) ve genellikle besleme suyu tankına veya besleme suyu borusuna kazana girmeden önce dozajlı miktarlarda kimyasal eklenerek gerçekleştirilir. Gerekli kimyasal arıtma, aşağıdakiler gibi birçok faktöre bağlıdır:
• Tamamlama suyundaki doğal kirleticiler ve sertliği.
• Yeniden kullanım için döndürülen kondens hacmi ve pH değeri, TDS içeriği ve sertliği açısından kalitesi.
• Kazan tasarımı ve çalışma koşulları. Kimyasal rejim ve su arıtma sistemi türüne karar vermek, her zaman danışılması gereken deneyimli bir su arıtma uzmanının işidir. Koşullandırma arıtmasının amacı, ham suyun ana su arıtma tesisinden mümkün olduğunca işlenmesinden sonra arıtmasını artırmaktır. Kaliteyi garanti eder; çünkü kaçınılmaz olarak ana arıtma sisteminden geçecek bir yol bulan bazı kirleticiler olacaktır. Su arıtmanın hedefleri şunlardır:
• Arıtmadan kaçmış olabilecek düşük kalan sertlik seviyelerinden kireç oluşumunu önlemek. Bunun için normalde sodyum fosfat kullanılır ve sertliği kazanın dibine çökelterek üflemeyle uzaklaştırılmasını sağlar.
• Mevcut diğer belirli kirleticilerle ilgilenmek. Bunlar belirli uygulamalar için belirli maddeler olacaktır.
• Kazan suyunda doğru kimyasal dengeyi korumak - korozyonu önlemek için biraz alkali ve asidik olmaması gerekir. Tipik olarak hedef pH 9 ila 11 arasında elde etmek için %1’lik bir kostik çözelti kullanılır. British Standards BS 2486, 10 bar’daki Ş tipi kazanlar için pH 10,5 - 12,0 önerir; daha yüksek basınçlı kazanlarda yalnızca pH 9 kullanılabilir.
• Askıdaki maddeleri koşullandırmak. Bu, askıdaki maddenin aglomerasyona uğramasına ve kazanın dibine çökelmesine neden olan bir flokülan veya koagülan olacaktır; buradan üflemeyle uzaklaştırılabilir.
• Köpük önleyici koruma sağlamak.
• Çözünmüş gaz izlerini uzaklaştırmak. Bunlar başlıca oksijen ve karbon dioksittir ve bu çözünmüş gazların kazan tesisinde ve sistemde bulunması korozyona neden olur. Bu nedenle, hasarın önlenmesi isteniyorsa bunları uzaklaştırmak ve/veya nötralize etmek gerekir. Karbon dioksit Çözünmüş karbon dioksit, besleme suyunda genellikle karbonik asit formunda bulunur ve bu pH seviyesinin düşmesine neden olur. Uygun pH kontrolü bunu düzeltecektir, ancak karbon dioksit ayrıca karbonatlar ve bikarbonatların ısıtılması nedeniyle kazanlarda da salınır. Bunlar, karbon dioksit salınımı ile kostik sodaya parçalanır. Bu, kondens sistemindeki korozyonu önlemek için bir kondens korozyon inhibitörü kullanımı ile ele alınması gerekebilir. Oksijen Çözünmüş gazların en zararlısı oksijendir; metalde çukurlaşmaya neden olabilir. Çok az miktarda oksijen ciddi hasara neden olabilir. Hem mekanik hem de kimyasal olarak uzaklaştırılabilir. Mevcut çözünmüş oksijen miktarı, besleme suyunun sıcaklığına bağlıdır; besleme suyu sıcaklığı ne kadar düşükse, çözünmüş oksijen miktarı o kadar fazladır. Kalan oksijen daha sonra katalize sodyum sülfat gibi kimyasal bir oksijen giderici eklenerek ele alınır. 1 ppm çözünmüş oksijenle başa çıkmak için 8 ppm sodyum sülfat yeterlidir. Ancak, şu nedenlerle fazladan (veya ‘rezerv’) 4 ppm sodyum sülfat eklemek alışılmıştır:
• Korozyon hasarı riski önemli bir tehlikedir.
• Kimyasal dozaj sistemi genellikle ‘açık döngü’dür; su örnekleri aralıklarla alınır ve dozaj hızı ayarlanır.
• Kimyasalın tam dağılımıyla ilgili bir endişe vardır; belki enjeksiyon yöntemi, sirkülasyon akımları veya besleme tankı içindeki tabakalaşma nedeniyle. Toplam dozaj hızı, bu nedenle, 1 ppm çözünmüş oksijen başına 8 ppm sodyum sülfat artı 4 ppm’dir. Diğer oksijen gidericiler organik bileşikler veya hidrazin içerir. Ancak ikincisinin kanserojen olduğuna inanılır ve düşük ve orta basınçlı tesislerde genellikle kullanılmaz. Kazanı ve kondens sistemini korumak için diğer ‘dahili arıtma’ şunları içerebilir:
• Nötralize edici aminler - Bunlar, kondensdeki karbon dioksit çözeltisinin ürettiği asit üzerinde nötralize edici bir etkiye sahiptir.
• Film oluşturan aminler - Bunlar, hem karbon diokside hem de oksijene dayanıklı, yağ çekici, su itici bir film oluşturur. Bu karmaşık konuyla ilgili daha fazla detay su arıtma el kitaplarından ve su arıtma uzmanlarından edinilebilir; bu tamamen uzman tavsiyesi ve profesyonel analiz meselesidir. Ancak, bir veya iki açıklama gerektiren alan vardır:
• Ana kazan suyu arıtma programı, kireç oluşturan tuzları yumuşak veya hareketli çamurlara dönüştürmeyi amaçlar. Kimyasal dozajda kullanılan çamur koşullandırıcılar, bu katıların metal yüzeylerde birikmesini önler ve askıda tutar.
• Yüksek basınç ve sıcaklıklarda silika gerçek bir sorun oluşturabilir; çünkü sıcak noktalara neden olmak için metal ısıtma yüzeyleriyle birleşebilir. Özel sentetik polimerler bu sorunu önleyebilir.
• Kazandaki alkali seviyeleri özellikle önemlidir ve bunlar sodyum hidroksit eklenerek kontrol edilir. 10,5 - 12 arasında bir pH seviyesini korumak, metal yüzeylerde ince, yoğun bir manyetit (Fe3O4) filmi oluşumu için stabil koşullar sağlayarak korozyon sorunlarını önler ve onları korozyon saldırılarından korur. Koşullandırma arıtması sırasında eklenen kimyasallar, kazan suyundaki TDS seviyesini artıracak ve daha yüksek bir üfleme hızı gerekecektir.