📘 ❞ Fundamentals of Steam Boilers أساسيات المراجل البخارية ❝ كتاب اصدار 2017

عن كتاب Fundamentals of Steam Boilers أساسيات المراجل البخارية:
Fundamentals of Steam Boilers

إعداد : قصي عبدالله سعيد الأعظمي

أساسيات المراجل البخارية
معالجة المراجل:-
يعتبر استخدام الماء في المراجل البخارية المستخدمة لغرض التسخين او توليد الماء المقطر من الاستخدامات الرئيسية للماء في الصناعة غير ان هذه النوع من الاستخدام يرفقه العديد من المشاكل والصعوبات التي قد تؤدي احياناً الى كوارث صناعية كما هو الحال عند انفجار المراجل البخارية او الانابيب وذلك بسبب الترسبات الكلسية التي تؤدي بدورها الى ظاهرة (فوق التسخين super heating حيث تترسب القشرة الكلسية من المياه الحاوية على البيكاربونات والتي عند تسخينها تتفكك.

وهذا يؤدي الى انسداد شبكة الانابيب الناقلة والمستخدمة في التبادل الحراري كلياً أو جزئياً وكذلك تؤثر هذه الترسبات الكلية بالتقليل من كفاءة التبادل الحراري للمنظومة. وقد تتكون ترسبات اخرى غير كاربونات الكالسيوم مثل التراكيب القشرية المتكونة كبريتات الكالسيوم وهذه الظاهرة مالوفة في المرجل البخارية
ويرجع سببها الى الاختلاف الكبير بين درجات حرارة سطوح التسخين والماء وبزيادة سمك هذه الطبقة القشرية المترسبة تقل قابلية التوصيل الحراري اي تقل كفاءة التسخين لان توصيلة الترسبات تبلغ 3-6*10-2 من توصيلية الحديد, عليه للحصول على نفس الكمية من البخار يحتاج الى رفع درجة الحرارة لتلافي النقص الحاصل في التوصيل وسبب سؤ التوصيل الحراري بين المعدن والماء ترتفع درجات حرارة المعدن الى حد قد تبلغ درجة حرارة ليونته softening temperature
وقد تكون ترسبات اخرى من نوع السليكات وهذه اكثر خطورة لان توصيلها الحراري واطيء جداً فان ترسب طبقة السليكا بسمك 0.005سم تكون كافية لانفجار المراجل البخارية. والترسبات الاخرى المالوفة في الصناعة هي اكاسيد الحديد التي ترتبط عند النقاط الساخنة hot spots فتكون طبقة كثيفة من اوكسيد الحديد المغناطيسي Fe3O4 الذي يؤدي ايضاً الى خلل في المراجل البخارية وفي بعض الحالات يكون العزل الحراري في المراجل البخارية ناجماً بسبب احاطة السطوح الداخلة للمراجل بطبقة زيتية حيث ان توصيلية الزيت واطئة جداً اذ تبلغ 0.002 من توصيلية الحديد اضافة الى ذلك فان تلوث مياه المراجل بالزيت تؤدي الى صعوبات اخرى مثل تكوين الرغوة وغيرها. وعليه فان المياه المستخدمة في المراجل يجب ان تجري عليها معالجات خاصة وتكون هذه المياه بمواصفات محددة
ومن اهم هذه المعالجات هي:-
أ-منع الترسبات الناجمة عن العسرة المؤقتة:-
هذه الطريقة مستخدمة بكثرة في معالجة مياه المراجل البخارية حيث تتضمن هذه الطريقة منع ترسب كاربونات الكالسيوم في المكثفات والمبادلات الحرارية ويتم ذلك باضافة هكسا ميتا فوسفات الصوديوم حيث تسلك هذه المادة تركيبا غرويا واقيا للسطوح مانعا تجمع الترسبات الكلية على السطوح المعدنية المسخنة وعندما تكون نسبة ايونات الكالسيوم في الماء بحدود 200ppm) يحتاج الى اضافة (2 ppm) من مادة الهكساميتا فوسفات وتعرف هذه العملية في الصناعة (Threshold treatment) وتستخدم احياناً بعض المواد الغروية الاخرى مثل النشا حيث تشكل طبقة غروية حول دقائق الكاربونات حال تكوينها مانعاً بذلك ترسبها وتراكمها على سطح المعدن حيث تبقى هذه الدقائق عالقة بالماء.
ويمكن منع تراكم الترسبات الكلية في المراجل بطرق كيمياوية أخرى مثل طريقة المعالجة بالومينات الصوديوم حيث يمكن الحصول على الومينات الصوديوم أما باذابة الالمنيوم أو اوكسيده المائي في الصودا الكاوية.


فعند اضافة الالومينات الى الماء تتحلل مائياً مكونة مادة جلاتينية.



ويجب ملاحظة ان التراكيز العالية من القاعدة (OH) ذات تاثير سلبي على هذه العملية لانها تؤدي الى ترسيب هيدروكسيد المغنيسيوم وكاربونات الكالسيوم.

*****************



ب-استخدام معدات مانعة للترسب:-
يمكن ازالة الترسبات الناتجة بسبب العسرة الدائمة أو المؤقتة وذلك باستخدام معدات خاصة تعتمد على اسس فيزياوية وكيمياوية وهي حالة التوازن التي تحصل عندما يلامس محلول فوق المشبع مع المذاب فيتحول المذاب الصلب الى حالة شبه الاستقرار ويمكن ملاحظة هذه الظاهرة المهمة عند أضافة بلورة ثايوسلفات الصوديوم الى المحلول فوق التشبع منه.
وتعرف هذه المعدات (بالمعجلات) Accelator . وحيث اساس عملها يعتمد على حجم الدقائق الثقيلة ذات سرعة التركيد العالية تغطس الى الاسفل بحيث يمكن فصلهما باستمرار اما الدقائق الصغيرة ذات سرعة التركيد الواطئة فتسير نحو الاعلى مع التيار المائي. وتبقى هنالك صنف من الدقائق لها سرعة التركيز مساوية الى سرعة الماء الجاري وحيث تشكل هذه الدقائق طوراً مستقرا والتي تسلك بدورها كحاجز او كمرشح طواف. أصبحت هذه المعدات تحل محل احواض التركيد والمرشحات المستخدمة في تنقية المياه على النطاق الصناعي لغرض الشرب او الاستخدامات الصناعية.

ج-منع الترسبات في المراجل بالطرق الكيمياوية:-
يمكن ازالة الترسبات والتراكيب القشرية في المراجل البخارية وذلك من خلال عملية ازالة القشرة بطرق كيمياوية اي اضافة مواد كيمياوية الى المراجل مباشرة مثل كاربونات الصوديوم او فوسفات الصوديوم وافضل مادة لهذا الغرض استخدام الاورثوفوسفات لان كاربونات الصوديوم تتحلل مائياً عند الظروف التي يعمل بها المراجل من ضغط ودرجة حرارة .


وهذا التفاعل يؤدي الى زيادة قاعدية الوسط بسبب فقدان (CO2) مسبباً بالنتيجة الى نوع من التاكل المعروف بالهشاشة القلوية (Caustic embrittlement) بينما لا يحدث هذا النوع من التاكل عند استخدام الفوسفات في المعالجة وذلك لامكانية معادلة قاعدية الوسط الناتج بفعل الفوسفات الهيدروجينية والتي تعتبر حامضية التاثير مثل NaH2PO4 و Na2HPO4 القاعدية الضعيفة والفوسفات Na3PO4 ذات القاعدية الاكبر حيث ان التحلل المائي لهذه الفوسفات يولد نسباً من الحوامض PO4-3 , HPO4-2 , H2PO4-1
معتمداً على الدالة الحامضية للوسط. ولكون ثابت حاصل الاذابة لفوسفات الكالسيوم Ca3(PO4)2 قليل جدا حوالي 10-25. فعند pH =10.5 تكفي تراكيز PO4-3 الناتجة من الكواشف الفوسفاتية المختلفة منع تكوين ترسبات كبريتات الكالسيوم بفعل الايون المشترك حيث يتم فصل الرواسب الطينية المتكونة من فوسفات الكالسيوم
وان هذه الرواسب الطينية لاتكون القشور على السطوح الداخلية للمراجل الا اذا تركت لفترة طويلة جدا عندئذ يمكن ان يكون نوع من التراكيب القشرية المعروفة Hydroxy apatite اما عندما تكون العسرة بسبب املاح المغنيسيوم فيجب تكييف الدالة الحامضية pH لكي يترسب هيدروكسيد المغنيسيوم بدلاً من فوسفات المغنيسيوم لان الاخيرة تكون التراكيب القشرية.


* أزالة الترسبات القشرية:-
يمكن ازالة القشور الفوسفاتية والكاربونات من المراجل البخارية وذلك بمعالجتها مع الحوامض ويضاف الى هذه الحوامض مواد مانعة inhibitors تمنع اوتقلل من تفاعل الحامض مع السطح المعدني للمراجل مثل (الامينات الصنوبرية) ومن انجح الطرق لازالة القشور هي استخدام مزيج من EDTA وملحه الرباعي للصوديوم بنسبة 14:1 يجب ان يكون تركيزها في المراجل اقل ما يمكن وعادة بحدود 2% لمدة 12-24 ساعة حيث يجب ان تبقى الدالة الحامضية عند pH=7.5 - 8
فتحت هذه الظروف تتحول جميع الفوسفات الى الفوسفات الحامضية الذائبة اما ايونات الكالسيوم والمغنيسيوم فيتم التخلص منها نتيجة للتفاعلات المخلبية مع EDTA وبذلك تذوب التراكيب القشرية تدريجياً حسب قاعدة ليشاتليه وفي ضوء قواعد ثابت حاصل الاذابة للاملاح شحيحة الذوبان في الماء وعند تنظيف المراجل بهذه الطريقة يجب ان تكون درجة الحرارة اقل من 200م.
وهذه العملية تساعد ايضاً على التخلص من اكاسيد الحديد الموجودة بهيئة صداً او داخلة ضمن تركيب القشور والتي والتي بدورها لاتكون مركبات مخلبية مع EDTA pH = 7.5-8 غير ان عملية ذوبان القشور تترك هذه الاكاسيد غير مرتبطة بحيث يمكن طرحها الى الخارج مع المواد العالقة الاخرى.



1. ‫البخارية‬ ‫الغاليات‬ 1–‫مقدمة‬ 2–‫الغاليات‬ ‫أنواع‬ 3–‫الغاليات‬ ‫منها‬ ‫يصنع‬ ‫التى‬ ‫الخامات‬ 4–‫ال‬ ‫وملحقات‬ ‫مكونات‬‫غاليات‬ 5–‫الغاليات‬ ‫كفاءة‬ ‫تحسين‬ 8-‫الغاليات‬ ‫انفجار‬ ‫أسباب‬ ‫المقدمة‬ ‫البخار‬ ‫مولد‬ ‫أو‬ ‫الغالية‬:‫محكم‬ ‫ضغط‬ ‫وعاء‬ ‫هي‬‫به‬‫عن‬ ‫فينتج‬ ‫الغليان‬ ‫حرارة‬ ‫درجة‬ ‫إلى‬ ‫يسخن‬ ‫ماء‬‫بخار‬ ‫ذلك‬ ‫وإح‬ ‫المياه‬ ‫وتغذية‬ ‫الغليان‬ ‫وباستمرار‬‫البخار‬ ‫لهذا‬ ‫ضغط‬ ‫ينتج‬ ‫الوعاء‬ ‫كام‬.(.‫فا‬‫الغالية‬ ‫استخدام‬ ‫من‬ ‫الغرض‬ ‫كان‬ ‫ذا‬ ‫فيطلق‬ ‫الساخنة‬ ‫المياه‬ ‫على‬ ‫الحصول‬ ‫هو‬‫اسم‬ ‫عليها‬‫غ‬‫الساخنة‬ ‫المياه‬ ‫الية‬" ) . (hot-water boiler‫كان‬ ‫إذا‬ ‫أما‬ ‫من‬ ‫الغرض‬‫البخار‬ ‫توليد‬ ‫هو‬ ‫الغالية‬ ‫استخدام‬(‫الرطب‬‫المشبع‬ ‫مرتفع‬ ‫ضغط‬ ‫تحت‬ )‫المحمص‬ ‫أو‬‫اسم‬ ‫عليها‬ ‫فيطلق‬ ‫البخار‬ ‫"مولد‬" ) . (steam generator‫الغالية‬ ‫في‬ ‫المياه‬ ‫تسخين‬ ‫يتم‬‫الوقود‬ ‫ق‬‫حر‬ ‫عن‬ ‫الناتجة‬ ‫ة‬‫ر‬‫ا‬‫ر‬‫الح‬ ‫اسطة‬‫و‬‫ب‬‫صلب‬ ‫غا‬ ‫سائل‬‫ز‬‫ي‬)‫باستخدام‬ ‫أو‬‫النووية‬ ‫الطاقة‬ ‫أو‬ ‫الكهرباء‬ ‫الغالية‬ ‫عمل‬ ‫طريقة‬ ‫البخار‬ ‫وعاء‬ ‫أحدهما‬ ‫وعائين‬ ‫من‬ ‫عادة‬ ‫المياه‬ ‫مواسير‬ ‫ذات‬ ‫الغالية‬ ‫تتكون‬steam drum‫على‬ ‫يحتوي‬ ‫وهو‬ ‫ويمد‬ ‫المرجل‬ ‫أسفل‬ ‫في‬ ‫يوجد‬ ‫اآلخر‬ ‫والوعاء‬ . ]‫المرجل‬ ‫[أو‬ ‫الغالية‬ ‫أعلى‬ ‫في‬ ‫وهويوجد‬ ،‫البخار‬ ‫و‬ ‫الساخن‬ ‫الماء‬ ‫طولها‬ ‫يصل‬ ‫أنابيب‬ ‫مجموعة‬ ‫الوعائين‬ ‫بين‬‫ويوصل‬ . ‫البارد‬ ‫بالماء‬ ‫المرجل‬‫نحو‬5‫وعاء‬ ‫من‬ ‫الماء‬ ‫يدخلها‬ ، ‫متر‬ ‫فترتفع‬ ، ‫الزيت‬ ‫أو‬ ‫بالغاز‬ ‫تعمل‬ ‫التي‬ ‫الشعالت‬ ‫عن‬ ‫الناتج‬ ‫الساخن‬ ‫الهواء‬ ‫بها‬ ‫ويحيط‬ ‫مضخات‬ ‫بواسطة‬ ‫البارد‬ ‫الماء‬ ‫انفصال‬ ‫وبعد‬ ‫البخار‬ ‫وعاء‬ ‫داخل‬ ‫الساخن‬ ‫الماء‬ ‫يتوزع‬ . ‫البخار‬ ‫وعاء‬ ‫تدخل‬ ‫ثم‬ ‫األنابيب‬ ‫في‬ ‫الماء‬ ‫حرارة‬ ‫درجة‬ ‫ا‬ ‫في‬ ‫يبدأ‬ ‫منه‬ ‫البخار‬‫النازل‬ ‫الماء‬ ‫أنابيب‬ ‫طريق‬ ‫عن‬ ‫لنزول‬down comers( ‫البارد‬ ‫الماء‬ ‫وعاء‬ ‫إلى‬feed water drum. ‫المرجل‬ ‫أسفل‬ ‫).الموجود‬ *( ‫الصغر‬ ‫بالغة‬ ‫الغاليات‬Tiny Boilers) ( ‫الميكانيكيين‬ ‫للمهندسين‬ ‫األمريكيـة‬ ‫للجمعية‬ " ‫الضغط‬ ‫أواني‬ ‫و‬ ‫الغاليات‬ ‫قواعد‬ " ‫من‬ ‫األول‬ ‫للقسم‬ ‫ا‬ً‫ق‬‫وف‬ASME) ‫يتص‬ .‫الداخلي‬ ‫قطرة‬ ‫بأن‬ ‫الغاليات‬ ‫من‬ ‫النوع‬ ‫هذا‬ ‫ف‬11( ‫بوصة‬44‫مكعبة‬ ‫أقدام‬ ‫خمسة‬ ‫اإلجمالي‬ ‫وحجمه‬ )‫سم*( ‫المرتفع‬ ‫الضغط‬ ‫ذات‬ ‫البخار‬ ‫غاليات‬High PressureSteam Boilers) ‫ضغط‬ ‫مستوي‬ ‫عند‬ ‫البخار‬ ‫بتوليد‬ ‫تقوم‬ ‫التي‬ ‫الغاليات‬ ‫أما‬ .‫بار‬ ‫واحد‬ ‫من‬ ‫أكبر‬ ‫ضغط‬ ‫مستوي‬ ‫عند‬ ‫البخار‬ ‫بتوليد‬ ‫تقوم‬ .‫المنخفض‬ ‫الضغط‬ ‫ذات‬ ‫البخار‬ ‫غاليات‬ ‫ضمن‬ ‫فتصنف‬ ‫ذلك‬ ‫من‬ ‫أقل‬ *( ‫الساخنة‬ ‫بالمياه‬ ‫اإلمداد‬ ‫غاليات‬Hot- Water-SupplyBoilers) *( ‫المنخفض‬ ‫الضغط‬ ‫غاليات‬Low- PressureBoilers) ‫من‬ ‫أقل‬ ‫ضغط‬ ‫مستوي‬ ‫عند‬ ‫تعمل‬ ‫بخار‬ ‫غاليات‬ ‫هي‬1‫من‬ ‫أقل‬ ‫ضغط‬ ‫مستوي‬ ‫عند‬ ‫تعمل‬ ‫ساخنة‬ ‫مياه‬ ‫غالية‬ ‫أو‬ ‫بار‬ 11‫من‬ ‫أقل‬ ‫حرارة‬ ‫درجة‬ ‫أو‬ ‫بار‬1241.‫م‬ *( ‫القدرة‬ ‫غاليات‬Power Boilers) ‫من‬ ‫أكبر‬ ‫ضغط‬ ‫مستوي‬ ‫عند‬ ‫تعمل‬ ‫بخار‬ ‫غاليات‬1.‫الصغر‬ ‫متناهية‬ ‫الغاليات‬ ‫حجم‬ ‫حجمها‬ ‫يتعدى‬ ‫و‬ ‫بار‬ *( ‫الحرج‬ ‫فائق‬ ‫الضغط‬ ‫غاليات‬SupercriticalBoilers)