Buhar Kazanları İçin Su Arıtma, Depolama ve Üfleme

Sertlik ve pH değerleri dahil olmak üzere su kaynaklarının kimyasına bir bakış.

Kazan üflemesi tartışılabilir ve anlaşılabilir olmadan önce, suyun ve kirleticilerinin, sertlik, pH vb. gibi ilişkili terimlerle birlikte bir tanımını oluşturmak gerekir.

Su, dünyadaki en önemli hammaddedir. Yaşam için esastır, ulaşım için kullanılır ve enerji depolar. Ayrıca ‘evrensel çözücü’ olarak da adlandırılır. Saf su (H2O) saf halinde tatsız, renksiz ve kokusuzdur; ancak saf su çok nadirdir. Tüm doğal sular çeşitli tür ve miktarlarda kirletici içerir. İyi içme suyu mutlaka iyi kazan besleme suyu yapmaz. İçme suyundaki mineraller insan vücudu tarafından kolayca emilir ve refahımız için esastır. Ancak kazanlar bununla başa çıkmakta daha az yeteneklidir ve aynı mineraller kalmasına izin verilirse bir buhar kazanında hasara neden olacaktır. Dünya su stokunun %97’si okyanuslarda bulunur ve bunun önemli bir kısmı buzullarda hapsolmuştur - yalnızca %0,65’i evsel ve endüstriyel kullanım için mevcuttur. Bu küçük oran, su döngüsü olmasa yakında tükenecektir (bkz. Şekil 3.9.1). Buharlaşmadan sonra, su bulutlara dönüşür; bunlar yolculukları sırasında kısmen yoğunlaşır ve ardından yere yağmur olarak düşer. Ancak, yağmur suyunun saf olduğunu varsaymak yanlıştır; yere düşerken karbonik asit, azot ve endüstriyel bölgelerde kükürt dioksit gibi kirleticileri toplayacaktır. Bu bileşenlerle yüklenen su, üst toprak katmanlarından su tablasına sızar veya yeryüzünün yüzeyinden akarak ek kirleticileri çözerek ve toplayarak gider. Bu kirleticiler, ısı transfer yüzeylerinde çökeltiler oluşturabilir:

Metal korozyonuna neden olabilir.
Isı transfer oranlarını azaltarak aşırı ısınma ve mekanik mukavemet kaybına yol açabilir. Tablo 3.9.1, kirleticilerin teknik ve yaygın kullanılan adlarını, kimyasal sembollerini ve etkilerini göstermektedir.

Ham su kalitesi ve bölgesel farklılıklar

Su kalitesi, su kaynaklarına, yerel minerallere (bkz. Şekil 3.9.2) bağlı olarak bir bölgeden diğerine büyük ölçüde değişebilir. Tablo 3.9.2, BK gibi nispeten küçük bir ülkedeki farklı bölgeler için bazı tipik rakamlar vermektedir. Ham sudaki yaygın kirleticiler şu şekilde sınıflandırılabilir:

Çözünmüş katılar - Bunlar suda çözünecek maddelerdir. Başlıcaları, ısıtıldığında kireç oluşturan kalsiyum ve magnezyum karbonatları ve sülfatlarıdır. Kireç oluşturmayan başka çözünmüş katılar da vardır. Pratikte, kazan içinde kireç oluşturan herhangi bir tuz, askıda katılar veya çamur oluşturacak şekilde kimyasal olarak değiştirilmelidir.
Askıda katılar - Bunlar suda askıda parçacıklar olarak bulunan maddelerdir. Genellikle mineral veya organik kaynaklıdırlar. Bu maddeler genellikle filtrelenebildikleri için sorun teşkil etmez.
Çözünmüş gazlar - Oksijen ve karbon dioksit su tarafından kolayca çözünebilir. Bu gazlar agresif korozyon tetikleyicileridir.
Köpük oluşturan maddeler - Bunlar köpük veya kremaya neden olan mineral kirleticilerdir. Bir örnek, karbonat, klorür veya sülfat formunda sodadır. Mevcut kirletici miktarı son derece azdır ve herhangi bir su analizinde genellikle milyonda parça (ppm) cinsinden veya ağırlıkça veya alternatif olarak litre başına miligram (mg/l) cinsinden ifade edilir. Bu Modüldeki aşağıdaki bölümler suyun özelliklerini tanımlamaktadır.

Sertlik

Su ‘sert’ veya ‘yumuşak’ olarak adlandırılır. Sert su kireç oluşturan kirleticiler içerirken, yumuşak su çok az veya hiç içermez. Fark, suyun sabun üzerindeki etkisiyle kolayca anlaşılabilir. Sert su ile köpük oluşturmak için yumuşak sudan çok daha fazla sabun gerekir. Sertlik, kalsiyum ve magnezyum mineral tuzlarının varlığından kaynaklanır ve kireç oluşumunu teşvik eden de aynı minerallerdir. İki yaygın sertlik sınıflandırması vardır:

Alkali sertlik (ayrıca geçici sertlik olarak da bilinir) - Kalsiyum ve magnezyum bikarbonatlar alkali sertlikten sorumludur. Tuzlar suda çözünerek alkali bir çözelti oluşturur. Isı uygulandığında, karbon dioksit ve yumuşak kireç veya çamur salmak için ayrışırlar. ‘Geçici sertlik’ terimi bazen kullanılır; çünkü sertlik kaynatmayla uzaklaştırılır. Bu etki genellikle bir elektrikli su ısıtıcısının içinde kireç olarak görülebilir. Bkz. Şekil 3.9.3 ve 3.9.4 - ikincisi kazan içindeki durumu temsil etmektedir.
Alkali olmayan sertlik ve karbonatlar (ayrıca kalıcı sertlik olarak da bilinir) - Bu da kalsiyum ve magnezyum tuzlarının varlığından kaynaklanır, ancak sülfatlar ve klorürler formunda. Bunlar, sıcaklık arttıkça azalan çözünürlükleri nedeniyle çözeltiden çökelir ve uzaklaştırılması zor sert kireç oluşturur. Buna ek olarak, kazan suyundaki silikanın varlığı da sert kirece yol açabilir; bu, kalsiyum ve magnezyum tuzlarıyla reaksiyona girerek, ateş boruları boyunca ısı transferini ciddi şekilde engelleyebilecek ve aşırı ısınmalarına neden olabilecek silikatlar oluşturabilir.

Toplam sertlik

Toplam sertlik, bir sertlik türü olarak değil, kalsiyum ve magnezyum iyonlarının her ikisi de CaC03 olarak ifade edildiğinde mevcut konsantrasyonlarının toplamı olarak sınıflandırılmamalıdır. Su alkaliyse, toplam alkaliye eşit büyüklükte ve ayrıca CaC03 olarak ifade edilen bu sertliğin bir kısmı alkali sertlik olarak kabul edilir ve geri kalanı alkali olmayan sertlik olarak kabul edilir (bkz. Şekil 3.9.5).

Kireç oluşturmayan tuzlar

Sodyum tuzları gibi sertlik olmayan tuzlar da bulunur ve kalsiyum veya magnezyum tuzlarından çok daha çözünürdür ve Şekil 3.9.6’da gösterildiği gibi genellikle bir kazanın yüzeylerinde kireç oluşturmaz. Karşılaştırmalı birimler Tuzlar suda çözündüğünde iyon adı verilen elektrik yüklü parçacıklar oluşturur. Metalik kısımlar (kalsiyum, sodyum, magnezyum) katoda çekilirler ve pozitif elektrik yükleri taşırlar, bu nedenle katyonlar olarak tanımlanabilir. Anyonlar metalik değildir ve negatif yükler taşır - bikarbonatlar, karbonat, klorür, sülfat, anoda çekilir. Her kirletici, molekül ağırlığı 100 olan kimyasal olarak eşdeğer miktarda kalsiyum karbonat olarak ifade edilir. pH değeri Dikkate alınması gereken bir diğer terim pH değeridir; bu bir kirletici veya bileşen değil, yalnızca suyun potansiyel hidrojen içeriğini temsil eden sayısal bir değerdir - suyun asidik veya alkali doğasının bir ölçüsüdür. Su, H2O, iki tür iyon içerir - hidrojen iyonları (H+) ve hidroksil iyonları (OH-). Hidrojen iyonları baskın ise, çözelti 0 ila 6 arasında pH değeriyle asidik olacaktır. Hidroksil iyonları baskın ise, çözelti 8 ila 14 arasında pH değeriyle alkali olacaktır. Eşit sayıda hidroksil ve hidrojen iyonu varsa, çözelti 7 pH değeriyle nötr olacaktır. Asitler ve alkali suyun iletkenliğini nötr bir örneğin üzerine artırır. Örneğin, pH değeri 12 olan bir su örneği, pH değeri 7 olan bir örneğe göre daha yüksek iletkenliğe sahip olacaktır. Tablo 3.9.3 pH çizelgesini gösterir ve Şekil 3.9.7 daha önce bahsedilen pH değerlerini hem sayısal olarak hem de günlük maddelerle ilişkili olarak gösterir.