XỬ LÝ NƯỚC NỒI HƠI TÀU THỦY

ThS Lê Văn Điểm nớc nồi xử lý nớc nồi nớc cấp nồi I.1 Yêu cầu nớc cấp nồi Khi hệ thống nồi hoạt động nớc nớc tuần hoàn hệ thống Nớc biến thành nồi đợc đa sử dụng, sau thải lại đợc ngng tụ lại đa trở lại nồi Trong trình nớc nồi lẫn nhiều tạp chất mật độ tạp chất tăng dần lên, chúng đọng dới đáy nồi hơi, bám bề mặt trao đổi nhiệt lơ lửng bề mặt sinh Điều mặt làm giảm suất sinh hơi, giảm chất lợng hơi, mặt khác làm giảm cờng độ trao nhiệt bề mặt trao đổi nhiệt dẫn tới nhiệt bề mặt trao đổi nhiệt này, giảm tuổi thọ chí gây cháy hỏng nồi Vì nớc sử dụng cho nồi phải đảm bảo có độ tinh khiết cao, tạp chất, đặc biệt nồi ống nớc có ống cong nồi thông số cao Tạp chất nớc nồi bao gồm: Các tạp chất vô không hoà tan nh bùn, đất sét, cát, rỉ sắt; tạp chất hữu nh xác động vật, thực vật, loại dầu, chất béo Các tạp chất kết tủa không kết tủa Các tạp chất gây tợng bùng sôi, số loại dầu chất béo gây ăn mòn Các tạp chất khí hoà tan gồm có ôxy, nitơ, oxít cácbon, ôxy oxít cácbon gây ăn mòn kim loại Các tạp chất dễ hoà tan thờng muối, hydrôxit - Các muối calcium bicarbonate (Ca(HCO3)2), magnesium bicarbonate (Mg(HCO3)2) giải phóng khí CO2 bị đun nóng tạo thành kết tủa mềm xả - Muối calcium chloride (CaCl) gây đóng cáu cặn nhng thờng tác dụng với MgSO4 sinh MgCl gây ăn mòn kim loại - Calcium nitrate (CaNO3) gây ăn mòn xuất với hàm lợng lớn - Magnesium chloride (MgCl) gây đóng cáu cặn ăn mòn kim loại mạnh - Magnesium sulphate (MgSO4) ăn mòn kim loại mạnh tác dụng với muối chloride - Magnesium nitrate MgNO3 gây đóng cáu cặn ăn mòn - Sodium chloride (NaCl) gây bùng sôi suất với mật độ lớn Các tạp chất khó hoà tan bao gåm: - Calcium carbonate (CaCO3) sinh c¸u cặn mềm bùn - Calcium sulphate (CaSO4) sinh cáu cặn cứng ảnh hởng tới trao nhiệt - Magnesium carbonate (MgCO3) sinh cáu cặn gây bùng sôi - Silicic acid tác dụng với calcium, sodium, magnesium tạo thành cáu cặn ảnh hởng tới trao nhiệt - Các muối nhôm, sắt hydroxit sắt sinh bùn gây bùng sôi, giảm chất lợng nớc nồi Dới liệt kê số tác hại tạp chất nớc nồi gây - Cáu cặn bám bề mặt trao nhiệt làm giảm cờng độ trao nhiệt dẫn tới giảm hiệu suất sinh hơi, tăng nhiệt độ khói lò, tăng chi phí nhiên liệu Cáu cặn làm cho cờng độ trao nhiệt dẫn tới nhiệt bệ mặt trao nhiệt, giảm tuổi thọ nồi Một số khí hoà tan nớc đặc biệt oxy gây ăn mòn kim loại Tạp chất bề mặt bốc làm giảm cờng độ bay hơi, giảm chất lợng gây tợng bùng sôi I.2 Tiêu chuẩn nớc cấp nồi Để giảm tác hại tạp chất nớc nồi gây cần phải khống chế hàm lợng tạp chất nớc cáng nhỏ tốt, đặc biệt nồi có áp suất, nhiệt độ cao Các giá trị hàm lợng tạp chất cho phép nớc nồi khác tuỳ theo kiểu loại nồi nên coi giá trị tham khảo Việc kiểm tra thờng xuyên chất lợng nớc nồi cần thiết để kịp thời điều chỉnh chất lợng nớc Dới tiêu chuẩn nớc cấp nồi nớc nồi theo tiêu chuẩn Nhật đợc sử dụng tàu thủy áp suất khai thác lớn (MPa) Loại nớc bổ xung dùng cho nồi Độ pH 250C Độ cứng (mgCaCO3/l) Nớc cấp Lợng chất béo, dầu (mg/l) Lợng oxy hoà tan (mgO2/l) Tổng lợng sắt (mgFe/l) Tổng lợng đồng (mgCu/l) Lợng hydrazine (mgN2H4/l) Phơng pháp xử lý Độ pH 250C Nớc nồi Độ dẫn điện 250C (às/cm) Độ kiềm phosphate (mgCaCO3/l) Độ kiềm tỉng (mgCaCO3/l) Lỵng chloride (mgCl-/l) Lỵng ion phosphate (mgPO4-/l) Lỵng silica (mgSiO2/l) Lỵng hydrazine (mgN2H4/l) tíi 1MPa Níc chng cÊt vµ níc ngng tơ 8.0 - 9.2 nhá nhá 0.1 xư lý kiỊm 10.5 - 11.5 1000 100 - 150 200 - 300 50 20 - 40 50 0.1 - 0.3 1MPa - 2MPa Níc chng cÊt vµ níc ngng tơ 8.0 - 9.2 nhá nhá 0.1 xư lý kiÒm 10.8 - 11.3 1000 100 - 150 200 - 300 10 10 - 30 20 0.1 - 0.3 Trong số tiêu chuẩn đợc định nghĩa nh sau - Độ pH: lợng ion H+ nớc Nớc đợc coi trung tính có độ pH b»ng NÕu pH lín h¬n 7, níc cã tÝnh kiềm Ngợc lại pH nhỏ 7, nớc có tính axit - Độ cứng: đợc định nghĩa lợng Ca Mg có nớc quy đổi CaCO3 NÕu lÝt níc cã mg CaO, víi phân tử lợng CaO 56; CaCO3 100, lợng Ca quy đổi CaCO3 1.56/100 = 0.56 ppm Độ cứng đợc chia độ cứng tạm thời độ cứng vĩnh cửu Độ cứng tạm thời lợng muối bicarbonate Ca Mg (CaHCO3, MgHCO3) Các muối - bị phân hủy thành CaCO3, MgCO3 kết tủa dới dạng cáu bùn dễ dàng xả Độ cứng vĩnh cửu tổng muối cứng khác muối cứng tạm thời kể Các muối MgSO 4, CaSO4, MgCl2, CaCl2, MgSiO3, CaSiO3, v.v., muối khó loại trừ gây cáu cặn nồi Hàm lợng ion chloride: lợng ion Cl muối MgCl 2, NaCl, CaCl2 Thành phần với nớc gây ăn mòn Hàm lợng Cl đợc dùng để xác định lợng cặn khô ảnh hởng tạp chất đến hoạt động nồi ảnh hởng tạp chất gây cho nồi chia làm ba loại: gây cáu cặn; ăn mòn; tạp chất theo Dới chế gây tợng 2.1 Cơ chế hình thành cáu cặn Cơ chế hình thành cáu cặn có khác biệt nồi thấp áp nồi cao áp Đối với nồi thấp áp, nớc sử dụng cho nồi thờng nớc công nghiệp, nớc đợc làm mềm nớc chng cất chất gây hình thành cáu cặn chủ yếu thành phần cứng silica Khi thành phần cứng silica hoà tan nớc đợc cấp vào nồi dới tác dụng nhiệt độ cao phản ứng hoá học chúng phân rà thành chất không hoà tan bám lên bề mặt trao nhiệt Thêm vào nơi tiếp xúc với bề mặt trao nhiệt có nhiệt độ cao thành phần có khả hoà tan kết tủa bám lên bề mặt trao nhiệt có hàm l ợng lớn hàm lợng bÃo hoà Các lớp cáu cặn có khả dẫn nhiệt (khoảng 0.2 - 1kcal/m.h.0C) không làm giảm hiệu suất nhiệt mà gây nhiệt cục làm giòn cháy hỏng bề mặt trao nhiệt Để giảm đóng cáu cặn nồi cần phải kiểm soát chất lợng nớc nồi biện pháp sau: - Xử lý loại trừ thành phần cứng làm mỊm níc - Sư dơng c¸c ho¸ chÊt xư lý nớc hoà tan cặn - Kiểm soát chặt chẽ hàm lợng tạp chất Đối với nồi cao áp, tải nhiệt cao khả đóng cáu cặn tăng Vì nồi thêng sư dơng níc chng cÊt lµ níc cã chÊt lợng cao Khi chất gây đóng cáu cặn thờng thành phần mang theo từ nớc cấp nớc ngng tụ nh oxit sắt chất nh đồng, nikel, kẽm hợp kim chúng Các thành phần lẫn vào nớc cấp ăn mòn thiết bị sử dụng hệ thống nh đờng ống, bầu ngng Cáu cặn hình thành từ oxit sắt có hệ số dẫn nhiệt nhỏ (khoảng kcal/m.h.0C) làm giảm cờng độ trao nhiệt, giảm tuổi thọ nồi Để giảm tác hại cáu cặn gây nên nồi cao áp cần thực biện pháp sau: - Cần giảm tối đa lợng tạp chất mang theo từ nớc cấp nớc ngng b»ng c¸ch sư dơng c¸c biƯn ph¸p xư lý nớc cấp nồi nh độ pH, chất loại bỏ sắt - Định kỳ kiểm tra bề mặt trao nhiệt nơi có tải nhiệt cao, xem xét mức độ đóng cáu cặn để áp dụng hoá chất tẩy rửa phù hợp 2.2 Cơ chế ăn mòn bề mặt trao nhiệt Ăn mòn nồi thấp áp Cơ chế ăn mòn nồi thấp áp nồi cao áp khác nồi thấp áp tác nhân gây phản ứng ăn mòn bao gồm độ pH, lợng khí O2, CO2 hoà tan; chất hoà tan khác; mật độ chất hoà tan; nhiệt độ; tốc độ chảy Tuy nhiên tác nhân gây ăn mòn nồi thấp áp khí hoà tan độ pH Ăn mòn nồi thấp áp chia ba vùng: ăn mòn đờng nớc cấp; ăn mòn nồi hơi; ăn mòn đờng nớc ngng Ăn mòn đờng nớc cấp thờng ăn mòn điện hoá Nếu nớc cấp nồi trung tính có tính kiềm nhng chứa khí hoà tan nh oxy kim loại bị ăn mòn theo phản ứng sau: Fe Fe2+ + 2e H2O + 1/2O2 + 2e → 2OHFe2+ + 2OH- → Fe(OH)2 Hydroxit sắt hai tạo tác dụng tiếp với oxy hoà tan để tạo thành hydroxit sắt ba Fe(OH)3 đợc gọi rỉ vàng phản ứng cø thÕ tiÕp tôc Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → Fe(OH)3 Ăn mòn bên nồi nồi thấp áp gây lợng oxy hoà tan chất gây ăn mòn khác Nếu lợng oxy hoà tan, chế ăn mòn nh sau: Bình thờng bề mặt kim loại đợc bao phủ lớp oxit sắt nh lớp màng bảo vệ Nếu lý lớp màng bị phá (do chÊt lỵng níc kÐm, øng st nhiƯt), bỊ mặt thép tiếp xúc với nớc phân tử sắt bị oxy hoá thành ion sắt Fe2+ Nếu nớc có oxy, sắt bị ăn mòn nh phản ứng đà Hydroxit sắt tạo thành bám lên bề mặt bị ăn mòn Khi nồng độ oxy bề mặt bị ăn mòn nhỏ nồng độ oxy vùng lân cận hình thành 'pin nồng độ oxy' cục vùng có nồng độ oxy cao có trữ lợng điện cao phân tử sắt vùng tiÕp xóc víi níc cã nång ®é oxy thÊp sÏ bị ăn mòn Còn vùng có nồng độ oxy cao sÏ cã ph¶n øng sau: 2H+ + 2e = H2 H2 + 1/2O2 = H2O Hình dới mô tả chế ăn mòn nồi Fe2+ Cathode Nước Fe2+ Fe2+ màng bảo vệ Fe Anode Fe Cathode Fe2+ màng bảo vệ Nước Fe Anode Fe Khi nớc nồi có chất gây ăn mòn nh oxit sắt, oxit đồng, chúng lắng đọng vùng tuần hoàn dới đáy nồi bám thành cáu cặn bề mặt trao nhiệt có tải nhiệt cao Điều gây ăn mòn hình thành 'pin nồng độ oxy' nh đà nói Ăn mòn đờng nớc ngng thờng gây sù xt hiƯn cđa oxit c¸cbon Khi níc cÊp nồi có muối carbonate bicarbonate, chúng bị phân rà dới tác dụng nhiệt độ cao sinh khÝ oxit cacbon 2NaHCO3 → Na2CO3 + H2O + CO2 Na2CO3 + H2O → 2NaOH + CO2 KhÝ oxit cacbon theo nớc cuối hoà tan vào nớc ngng tạo thành carbonic acid (H2CO3) CO2 + H2O → H2CO3 H2CO3 = H+ + HCO3HCO3- = H+ + CO32Axit ăn mòn kim loại nh sau: Fe + H2CO3 → Fe(HCO3)2 + H2 NÕu níc ngng cã oxy th×, Fe(HCO3)2 + 1/2O2 → Fe2O3 + 4CO2 + 2H2O Để tránh ăn mòn cần áp dơng c¸c biƯn ph¸p sau: - Sư dơng c¸c bé khử khí để loại trừ khí không hoà tan, đặc biệt oxy nớc cấp - Kiểm soát độ pH hàm lợng kiềm nớc chặt chẽ - Tránh chất gây ăn mòn lẫn nớc cách khai thác hợp lý thiết bị phụ Ăn mòn nồi cao áp Ăn mòn đờng nớc cấp: nồi cao áp thờng sử dụng nớc chng cất làm nớc cấp áp dụng khử khí nên ăn mòn đờng nớc cấp nhiệt độ nớc cấp thấp Tuy nhiên phần hệ thống sau khử khí có nhiệt độ cao bị ăn mòn khai thác khử khí không hợp lý xử lý nớc không tốt Để giảm ăn mòn đờng nớc cấp cần phải làm tốt việc xử lý nớc cấp nhằm điều chỉnh độ pH, lợng oxy hoà tan, tạp chất rắn gây ăn mòn Ăn mòn nồi lợng oxy hoà tan, tạp chất rắn hàm lợng kiềm cao Vì nồi cao áp sử dụng nớc chng cất có qua khử khí nên thờng xảy ăn mòn lợng oxy hoà tan Tuy nhiên ăn mòn thờng xảy thời gian khởi động hay tải nồi thấp hoạt động khử khí bị hạn chế Để giảm tợng ăn mòn nên điều chỉnh độ pH nớc nồi tăng lên khởi động chế độ nhỏ tải ăn mòn giảm độ pH tăng Đồng thời tăng liều lợng hoá chất xử lý ôxy hoà tan Cơ chế gây ăn mòn lợng kiềm cao nh sau: có bề mặt trao nhiệt bị nhiệt tải nhiệt cao, tạp chất có khả hoà tan thấp lắng đọng bề mặt, tạp chÊt dƠ hoµ tan nh NaOH tËp trung xung quanh Khi mật độ chúng đạt xấp xỉ 20% trình ăn mòn kim loại xảy mạnh theo ph¶n øng sau: Fe + 2NaOH → Na2FeO2 + H2 3Na2FeO2 + 4H2O → 6NaOH + Fe3O4 + H2 3Na2FeO2 + 3H2O + 1/2O2 6NaOH + Fe3O4 Các hợp chất kiềm khác nh K3PO4, K2HPO4 gây ăn mòn Để tránh ăn mòn kiềm gây cần xử lý hàm lợng phosphate để trung hoà lợng kiềm d Ăn mòn tạp chất mang vào từ đờng nớc cấp nh nớc biển dò lọt vào nớc cấp diƠn nh sau: magnesium chloride cã níc biĨn MgCl2 + 2H2O → Mg(OH)2 + 2HCl 2HCl + Fe FeCl2 + H2 Hai hợp chất tạo thành lại hoá hợp với giải phóng MgCl 2, trình ăn mòn diễn lặp lặp lại FeCl2 + Mg(OH)2 MgCl2 + Fe(OH)2 2.3 Hiện tợng tạp chất hạt nớc theo vào Hiện tợng tạp chất nớc theo vào chia làm hai loại: bốc mÃnh liệt bùng sôi Hiện tợng bốc mÃnh liệt xảy tăng tải tiêu dùng đột ngột dẫn tới áp suất không gian giảm đột ngột làm lợng nớc bị theo lẫn vào nớc Bùng sôi tợng nớc nồi suất bong bóng Các bóng kéo theo lợng nớc tạp chất vào nớc Hiện tợng thờng xảy nớc lẫn váng dầu hàm lợng tạp chất lơ lửng gần khu vực mặt nớc lớn Các tợng gây tác hại sau: - Gây biến động mạnh mức nớc nồi thờng khó xác định mức nớc nồi ống thủy - Các tạp chất vào thiết bị nh van an toàn, ống thủy, thiết bị chØ b¸o møc níc tõ xa, èng nèi ¸p kÕ gây sai số thiết bị - Một lợng nớc theo đọng lại đoạn ống, thiết bị gây tợng búa nớc (water hammer) làm tắc ống, chí vỡ ống - Khi xảy bùng sôi mức nớc nồi sụt bất ngờ gây bảo vệ ngắt nồi - nồi áp suất cao cấp cho tuabin, tạp chất rắn theo gây đóng cáu cặn cánh tuabin, làm giảm hiệu suất tuabin Để tránh tợng cần ý tránh thay đổi tải nồi đột ngột, không khai thác nồi với mức nớc nồi cao Đặc biệt cần tuân thủ chặt chẽ quy trình giám sát, xử lý nớc nồi Khi thấy xảy tợng cần làm bớc sau: - Nếu mức nớc nồi cao cần xả bớt để trì mức nớc bình thờng - Đóng van sau mở từ từ Nếu tợng gây tăng tải nồi đột ngột, cần giảm cờng độ đốt nhiên liệu để mức nớc ổn định sau tăng từ từ - Nếu mật độ tạp chất nớc cao, cần tăng cờng gạn mặt, xả đáy để giảm mật ®é t¹p chÊt - KiĨm tra l¹i sù ho¹t ®éng van an toàn, xả nớc đến áp kế, ống thủy để khẳng định làm việc bình thờng chóng xư lý níc nåi h¬i 3.1 Xư lý nớc nồi Trong nớc cấp nồi chứa nhiều tạp chất Nếu nớc không đợc xử lý, tạp chất gây nhiều tác hại làm giảm hiệu khai thác nồi nh ®· ®Ị cËp ë phÇn tríc Xư lý níc nåi chia xử lý dùng thiết bị xử lý dùng hoá chất Đối với nớc trớc cấp vào nồi áp dụng phơng pháp xử lý sau: lắng nớc, lọc nớc, trao ®ỉi ion, khư khÝ Läc níc cÊp nåi Níc cÊp nồi thờng bao gồm lợng nớc bổ xung (từ nớc công nghiệp máy chng cất nớc) lại nớc ngng tụ Trong nớc ngng tụ có lẫn tạp chất, nớc ngng tụ lẫn tạp chất nh oxit kim loại, dầu Để lọc tạp chất trớc cấp vào nồi thờng sử dụng thiệt bị lọc trọng lực dới áp suất môi trờng gọi két vách (cascade tank) mô tả hình dới nước ngưng mặt tách dầu lưới lọc than lưới lọc tinh nước bổ xung tới bơm cấp Khi qua két vách, tạp chất nh váng dầu, lên, tạp chất rắn lắng xuống đáy đợc giữ lại Nớc qua vách chắn tràn vào phin lọc than, đay số tạp chất hoà tan bị hấp thụ Sau nớc đợc dẫn qua phin lọc tinh để lọc tạp chất nhỏ trớc đợc bơm cấp nớc cấp trở lại nồi Thiết bị làm mềm nớc Thiết bị làm mềm nớc thờng sử dụng chất trao đổi ion nh đá bọt, số loại nhựa Các chất thờng đợc ký hiệu chung R Trao đổi ion chia trao đổi ion dơng trao đổi ion âm nh: Mg2+ HCO-3 - Trao đổi ion dơng natri: R-Na2, NaCl Ca2+ Cl- Trao đổi ion dơng hydro: R-H2, + - Trao đổi ion dơng âm hydroxit: R-OH, Na SO Hình dới mô tả mô hình làm mềm nớc trao đổi ion Ví dụ phản ứng trao đổi ion d¬ng natri nh sau: HCO- Na- ClSO-4 CaSO4 + R-Na2 R-Ca + Na2SO4 (phản ứng làm mềm) Khi ion Ca2+ đợc thay ion Na+, dùng NaCl để tái sinh chất trao ®æi ion nh sau: R-Ca + 2NaCl → R-Na2 + CaCl2 (phản ứng tái sinh) Thiết bị chng cất nớc Một phơng pháp đảm bảo chất lợng nớc cấp nồi sử dụng nớc chng cất Thiết bị chng cất tàu thủy thờng sử dụng lợng thải từ nớc làm mát máy để chng cÊt níc ngät tõ níc biĨn phơc vơ cho sinh hoạt cho máy móc khác Nớc chng cất từ thiết bị chng cất đại có chất lợng tốt, nồng độ muối thờng nhỏ phần triệu (1ppm) tạp chất có hại nên sử dụng tốt cho nồi Chi tiết thiết bị chng cất nớc đợc nghiên cứu môn học khác Thiết bị khử khí Thiết bị khử khí đợc dùng để loại trừ khí hoà tan nh oxy, oxit cacbon mà tác nhân gây ăn mòn kim loại Thiết bị khử khí áp dụng nguyên lý hàm lợng khí hoà tan nớc không nớc điểm sôi Có thể có thiết bị khử khí kiểu chân không thiết bị khử khí kiểu hâm nóng Dới tàu thủy thờng áp dụng thiết bị khử khí kiểu hâm nóng Nớc cấp nồi đợc phun vào buồng khử khí dới dạng tia nớc Nớc tiếp xúc trực tiếp với nớc phun vào lấy từ nồi tăng nhiệt độ đến nhiệt độ bÃo hoà (khoảng 105 - 125 0C) Nớc đà đợc khử khí có nồng độ khí hoà tan nhỏ 0.007mg/l Khí hoà tan đợc tách thoát mang theo lợng nhỏ nớc 3.2 Xử lý nớc nồi Việc xử lý nớc nồi cho dù có đợc thực tốt loại hết tạp chất có hại Do cần áp dụng xử lý nớc hoá chất 3.2.1 Các loại hoá chất xử lý nớc nồi Các hoá chất dùng để xử lý nớc nồi đợc tóm tắt bảng dới Việc xử lý nớc hoá chất nhằm đạt đợc mục đích sau: - Các thành phần dễ đóng cáu cặn đợc chuyển thành cặn bùn xả đờng xả đáy - Độ pH nớc nồi đợc điều chỉnh để có nồng độ kiềm phù hợp tránh ăn mòn - Loại trừ khí không hoà tan nh oxy, oxit cacbon tránh ăn mòn - Loại trừ ăn mòn đờng nớc ngng khí oxit cacbon oxy - Tránh tạp chất lẫn vào đảm bảo chất lợng Chức Hoá chất điều chỉnh độ pH nồng độ kiềm nớc cấp nớc nồi hơi, tránh cáu cặn, ăn mòn Hoá chất làm mềm: chống cáu cặn cách làm độ cứng, tạo thành chất không hoà tan lắng xuống đáy Hoá chất hoà tan cặn: hoà tan cặn để cặn lắng xuống xả tránh đóng cáu cặn Hoá chất khử khí: khử khí hoà tan nớc, Hoá chất Tên Sodium hydroxide Sodium carbonate Sodium phosphate Sodium dihydrogen phosphate Sodium hexametaphosphate Phosphoric acid Sodium tripolyphosphate Sulfuric acid Sodium hydroxide Sodium phosphate Potasium phosphate Sodium hydrogenphosphate Sodium polyphosphate Synthetic polymer Tannin Lignin Starch Sodium sulfite Sodium hydrogen sulfite C«ng thøc NaOH Na2CO3 Na3PO4 NaH2PO3 (NaPO2)6 H3PO4 H2SO4` NaOH Na3PO4 K3PO4 Na2HPO4 Na2SO4 NaHSO4 tránh ăn mòn Hydrazine Saccharoid Tannin Hoá chất chống bùng sôi Surfactant Hoá chất chống ăn mòn Ammonia CO2 đờng níc ngng Morpholine Cyclohexylamine Alkylamine N H4 NH3 3.2.2 Các hoá chất gốc phosphate dùng cho nồi thấp ¸p C¸c ho¸ chÊt gèc phosphate xư lý níc dïng cho nồi thấp áp bao gồm: sodium phospate (Na3PO4); sodium hydrogenphosphate (Na2HPO4); sodium dihydrogenphosphate (NaH2PO4); sodium hexameta phosphate (Na3PO4)6; sodium tripolyphosphate (Na5P3O10); số tác nhân kiềm khác nh sodium hydrite (NaOH) Chúng giúp tránh cáu cặn cách tác dụng với thành phần cứng (Ca2+, Mg2+) để tạo thành chất hoà tan giữ cho tạp chất silica hoà tan Dới trình bày phản ứng phân hủy thành phần cứng không xử lý hoá chất có xử lý phosphate Khi không xử lý hoá chất: Ca(HCO3)2 CaCO3(kết tủa) + CO2 + H2O CaSO4 + Na2CO3 → CaCO3(kÕt tña) + Na2SO4 Mg(HCO3)2 + SiO2 → MgSiO3(kÕt tña) + 2CO2 + H2O SiO2 + Ca(HCO3)2 → CaSiO3(kÕt tña) + 2CO2 + H2O SiO2 + Mg(HCO3)2 → MgSiO3(kÕt tña) + 2CO2 + H2O Các thành phần CaCO3, CaSiO3, MgSiO3 dễ dàng kết tủa bám bề mặt trao đổi nhiệt tạo thành cáu cặn Nếu dùng hoá chất gốc phosphate, có phản ứng sau: 10Ca(HCO3)2 + 6Na3PO4 + 2NaOH → [Ca3(PO4)2]3.Ca(OH)2+10CO2+10H2O 10CaSO4 + 6Na3PO4 + 2NaOH → [Ca3(PO4)2]3.Ca(OH)2 + 10Na2SO4 Mg(HCO3)2 + 2NaOH → Mg(OH)2 + Na2CO3 + CO2 + H2O MgCl2 + 2NaOH → Mg(OH)2 + NaCl SiO2 + 2NaOH Na2SiO3 + H2O Các sản phẩm tạo thành từ phơng trình chất hoà tan Trong phơng trình trên, chất có gạch chân hoá chất sử dụng Các phơng trình cho phép xác định lợng hoá chất cần sử dụng biết hàm lợng tạp chất nớc nồi 3.2.3 Các hoá chất hoà tan cặn bùn Khi sử dụng hoá chất chất tạo thành sau phản ứng chất hoà tan đợc xả xả đáy Tuy nhiên phần nhỏ lắng đọng bề mặt trao nhiệt, đặc biệt vùng lu động nh đáy nồi Để tránh tợng ngời ta dùng số hoá chất hoà tan cặn nh tannin, starch, synthetic polymer 3.2.4 Các chất khử ôxy Các chất khử ôxy nhằm làm giảm lợng oxy hoà tan, tránh ăn mòn Các hoá chất khử ôxy phổ biến sodium sulfite (Na2SO3) hydrazine (N2H4) Với sodium sulfite phản ứng khử ôxy nh sau: 2Na2SO3 + O2 2Na2SO4 Phản ứng diễn chậm nhiệt độ thấp nhng tăng nhanh nhiệt độ đạt 500C Tuy nhiên sodium sulfite bị phân rà nhiệt độ cao tạo thành Na 2S SO2 chất gây ăn mòn nồi đờng nớc ngng Phản ứng phân rà nh sau: Na2SO3 + H2O → 2NaOH + SO2 4Na2SO3 → Na2S + 3Na2SO4 Vì sodium sulfite không đợc dùng cho nồi cao áp Với hydrazine phản ứng khử «xy nh sau: N2H4 + O2 → N2 + 2H2O hc 6Fe2O3 + N2H4 → 4Fe3O4 + N2 + H2O 4Fe3O4 + O2 6Fe2O3 Sản phẩm phản ứng khí nitơ nớc nên lợng tạp chất rắn hoà tan không tăng Do hydrazine đợc sử dụng tốt cho nồi cao áp nồi thấp áp Tuy nhiên nhiệt độ khoảng 220 0C, hydrazine bị phân hủy theo phản øng sau: 3N2H4 → 4NH3 + N2 S¶n phÈm ammonia gây ăn mòn vật liệu đồng sử dụng hệ thống đờng nớc ngng Vì cần ý không sử dụng liều lợng hydrazine 3.2.5 Xả mặt xả đáy nồi Khi nồi hoạt động số tạp chất bị phân hủy dới tác dụng nhiệt độ hoá chất xử lý nớc nồi Chúng thờng tồn dạng cặn bùn lắng dới đáy nồi Các tạp chất đợc xả qua hệ thống xả đáy Một số tạp chất khác lơ lửng khu vực bề mặt bay hơi, nồng độ chúng tăng dần làm giảm hiệu khai thác nồi Để tránh tác hại chúng đợc xả qua hệ thống xả mặt Thông thờng hệ thống gạn xả đợc thiết kế để xả định kỳ tay Một số nồi công suất lớn đợc trang bị hệ thống xả tự động Thông thờng công việc gạn xả đợc thực hàng ngày Tuy nhiên tuỳ theo chất lợng nớc nồi mà chu kỳ gạn xả thay đổi cho phù hợp Các bớc để gạn xả nh sau: - Việc tiến hành gạn xả nên thực nồi tải thấp - Trớc xả cấp nớc nồi đến mức cao - Thực xả mặt cách mở từ từ van xả mặt đến mức nớc nồi giảm xuống mức nớc trung bình - Cấp nớc đến mức nớc cao - Thực xả đáy cách mở, đóng van xả đáy vài lần - Khi xả nớc nồi ý không đợc để mức nớc xuống thấp dới mức nớc báo động - Lợng nớc xả lần gạn xả nên vào khoảng 150 - 200mm møc níc (xem èng thđy) ho¸ nghiƯm níc nåi h¬i ViƯc xư lý níc nåi h¬i thực chất kiểm soát hàm lợng số chất nớc nồi giá trị cho phép nh: độ pH; hàm lợng kiềm (điều chỉnh hàm lợng kiềm gián tiếp điều chỉnh độ pH); hàm lợng ion chloride; hàm lợng ion phosphate hàm lợng ion sulfite, hydrazine; hàm lợng silica Để làm đợc điều trớc hết cần thực hoá nghiệm nớc nồi để xác định hàm lợng chất cần điều chỉnh, từ định phơng pháp xử lý nớc Dới trình bày số thao tác số hoá nghiệm nh liều lợng số hóa chất dùng xử lý nớc Các hoá nghiệm đợc đa hÃng ashland chemical ameroid đợc áp dụng rộng rÃi cho nồi phụ tàu thủy với áp suất làm việc đến 32kg/cm2 4.1 Kỹ thuật lấy mẫu thử chuẩn bị dụng cụ Mẫu thử đợc lấy van lấy mẫu nồi đờng nớc ngng Việc lấy mẫu nên tuân thủ hớng dẫn sau: - Më van lÊy mÉu x¶ níc tõ - 10 phút để rửa đoạn van, ống lÊy mÉu - Nªn më van lÊy mÉu suèt thời gian hoá nghiệm; mẫu thử cho hoá nghiệm đợc lấy từ van lấy mẫu Các dụng cụ hoá nghiệm phải đợc rửa kỹ nớc đem hoá nghiệm Nếu việc thử bị trì hoÃn mẫu nớc phải đợc đậy kín - Mẫu thử phải đợc lọc qua phin lọc giấy (filter paper) để lọc tạp chất rắn Tấm giấy lọc đợc gấp thành hình côn để đặt đợc vào phễu lọc - Mẫu thử cần đợc làm nguội đến nhiệt độ khoảng 25 0C trớc đem hoá nghiệm - Để đảm bảo độ xác, hoá chất dùng cho hoá nghiệm phải đợc bảo quản cẩn thận trọng lọ kín, để nơi khô ráo, mát 4.2 Các hoá nghiệm Xác định hàm lợng phosphate d - Lấy 5ml mẫu thử đà đợc lọc, làm mát vào ống thử phosphate - Đổ molybdate vào ống vạch 17.5ml - Cho thêm thìa bột Dry Stannous Chloride vào ống thử - Đậy kín lắc Để sau phút - So sánh với hộp màu mẫu để xác định hàm lợng phosphate d Tuỳ thuộc hàm lợng phosphate d sử dụng ADJUNCT-BTM để xử lý ADJUNCT-BTM dạng hợp chất phosphate dạng bột dùng để xử lý hàm lợng cứng nớc, chống đóng cáu cặn Hoá chất tác dụng với thành phần cứng (Ca2+, Mg2+) tạo thành cặn mềm khả bám vào bề mặt trao nhiệt Liều lợng ADJUNCT-BTM nh sau: Hàm lợng phosphate d (phần triệu-ppm) 0-10ppm 10-20ppm 20-40ppm 40ppm Liều lợng ADJUNCT-BTM 30 gam/tấn nớc 15 gam/tấn nớc thoả mÃn, không cần xử lý tăng cờng gạn xả, giảm liều lợng Xác định hàm lợng kiềm Phenolphthalein ("P" Alkalinity) Hàm lợng kiềm đợc tính lợng axit cần thiết cấp vào để đạt độ pH định Hàm lợng kiềm đợc chia hàm lợng kiềm phenolphthalein (độ kiềm "P") hàm lợng kiềm tổng (độ kiềm "M") Độ kiềm "P" lợng axit cần thiết để đạt tới trạng thái trung tính độ pH 8.3; độ kiềm "M" lợng axit cần thiết để đạt tới trạng thái trung tính độ pH 4.8 Khi xác định hàm lợng kiềm, phenolphthalein đợc dùng làm chất thị độ kiềm "P"; Methyl red đợc dùng cho độ kiềm tổng Vì có ký hiệu độ kiềm "P" độ kiềm "M" (độ kiềm "M" đợc gọi độ kiềm "T" - Total Alkalinity) - LÊy 50ml mÉu níc ®· đợc lọc, làm mát đổ vào bát thử - Nhỏ vào bát giọt phenolphthalein - Nếu nớc chuyển sang màu hồng có tính kiềm; không kh«ng mang tÝnh kiỊm - Nhá tõ tõ axÝt sulfuric N/10 vào hỗn hợp liên tục khuấy màu hồng biến Hỗn hợp trở trạng thái trung tính - Xác định lợng axit sulfuric ®· sư dơng (xem trªn èng buret) råi suy hàm lợng kiềm theo bảng dới Giữ mẫu thử để xác định hàm lợng kiềm tổng Sau có kết quả, sử dụng hoá chất xử lý hàm lợng kiềm GCTM theo liều lợng ghi bảng GCTM hợp chất kiềm cô đặc dạng lỏng dùng để trung hoà axit, chống ăn mòn GCTM tạo môi trờng có độ pH hợp lý, tạo điều kiện thuận lợi cho phản ứng chất cứng với hoá chất xử lý phosphate Lợng sulfuric acid N/10 (ml) - 0.3 0.4 - 0.7 0.8 - 0.9 1.0 - 1.5 1.5 Hàm lợng kiềm phenolphthalein (ppm) - 30 40 - 70 80 - 90 100 - 150 150 Liều lợng hoá chất GCTM (lít/tấn nớc) 0.15 0.10 0.05 thoả mÃn tăng cờng gạn xả Xác định hàm lợng kiềm tổng ("M" Alkalinity) - Cho giọt chất thị độ kiềm tổng vào mẫu thử thu đợc xác định độ kiềm "P" Mẫu thư sÏ chun sang mµu xanh Cho tiÕp axit sulfuric N/10 vào mẫu thử khuấy chuyển sang màu hồng Xác định lợng axit sulfuric đà sử dụng (xem ống buret) suy hàm lợng kiềm tổng Hàm lợng kiềm tổng phải nhỏ hai lần hàm lợng kiềm "P" thờng dùng để tham khảo Xác định hàm lợng chloride - Lấy 2ml mẫu thử đà đợc lọc, làm mát vào ống thư chloride Nhá giät phenolphthalein vµo mÉu thư, mÉu thư chun thµnh mµu hång nÕu cã tÝnh kiỊm Nhá giọt axit sulfuric màu hồng biến Nhỏ thêm giọt Nhỏ giọt potassium chromate, mÉu thư sÏ cã mµu vµng Nhá tõng giät Silver Nitrate (nitrat bạc) N/10 vào mẫu thử chuyển thành màu da cam Hàm lợng chloride đợc tÝnh b»ng sè giät Silver Nitrate x 50 Tham kh¶o bảng dới để định Thoả mÃn, không cần xử lý Số giọt Silver Nitrate N/10 Hàm lợng Chloride (ppm) Tăng cờng gạn xả Trªn 50 100 150 200 250 300 Trªn 300 Xác định hàm lợng hydrazine (N2H4) Hàm lợng hydrazine cần đợc xác định sau lấy mẫu thử - Rửa dụng cụ hoá nghiệm nớc nồi Lấy 5ml mẫu thử vào ống thử (vạch dới) - Cho 5ml Amerzine vào mầu thử (đến vạch 10ml) - Đậy lại lắc Đặt ống thử vào so sánh - Sau 2-3 phút so sánh màu mẫu thử với màu chuẩn so sánh - Tham khảo bảng dới để định liều lợng AMERZINE cho phù hợp AMERZINE hoá chất khử ôxy dạng lỏng dùng để khử ôxy tráng ăn mòn nồi đờng nớc ngng AMERZINE giúp tránh ăn mòn sắt, đồng giúp hình thành lớp oxit sắt, oxit đồng bảo vệ Để đạt đợc tác dụng bảo vệ cần phải trì lợng d hydrazine nớc nồi Hàm lợng hydrazine Nhỏ 0.10 ppm 0.10 - 0.20 ppm Lín h¬n 0.20 ppm LiỊu lợng ban đầu Liều lợng AMERZINE tăng liều lợng 25% thoả mÃn, không cần xử lý Giảm liều lợng 25% 0.15 lít/tấn nớc Xác định độ dẫn điện - Bật nguồn thử để hâm nóng khoảng phút Điền đầy xilanh thử mẫu thử (100ml) Nhỏ giọt phenolphthalein vào mẫu thử khuấy đều, mẫu chuyển sang màu hồng - Đổ thìa axit gallic khuấy màu hồng biến - Đặt pin thử vào xilanh thử - Đo nhiệt ®é mÉu thư vµ chØnh nót bï nhiƯt ®é theo giá trị nhiệt độ - Đo độ dẫn điện theo cách xoay nút điều chỉnh độ dẫn điện tới vị trí đèn đỏ đèn xanh sáng - Sau hoàn thành, tắt thiết bị thử nhúng pin thử vào nớc để dùng cho lần thử sau Kết thử đợc so sánh với bảng sau: Độ dẫn điện (à) Biện pháp xử lý Xác định độ pH nớc ngng tới 700à thoả mÃn 700à tăng cờng gạn xả Độ pH nớc ngng cần đợc xác định sau lÊy mÉu thư - LÊy 50ml mÉu thư ®· đợc làm nguội rót vào bát thử Cho giät phenolphthalein vµo, mÉu thư sÏ chun thµnh mµu hång nÕu cã tÝnh kiÒm - Nhá tõng giät axit sulfuric N/10 khuấy đến màu hồng biến - So sánh kết với bảng dới để xác định liều lợng SLCC-ATM cho phù hợp SLCC-ATM hợp chất amin hữu dùng để giảm ăn mòn đờng nớc ngng Hợp chất ngng tụ với nớc, tạo môi trờng có độ pH phù hợp, trung hoà ăn mòn oxit cacbon Lợng axit sulfuric sử dụng Mẫu thử không chuyển màu 1-2 giọt Trên giọt Liều lợng ban đầu Biện pháp xử lý tăng liều lợng 25% thỏ mÃn, không cần xử lý giảm liều lợng 25% 0.15 lít/tấn nớc Mét h·ng cung cÊp ho¸ chÊt xư lý níc nỉi tiÕng kh¸c, UNITOR CHEMICALS, Na uy, cịng cung cÊp mét số hoá nghiệm cho nồi phụ n sau Hoá nghiệm nớc nồi hÃng unitor chemicals Kỹ thuật lấy mẫu thử chuẩn bị dụng cụ Mẫu thử đợc lấy van lấy mẫu nồi cho hoá nghiệm nớc nồi đờng nớc ngng hoá nghiệm nớc ngng Việc lấy mẫu nên tuân thủ hớng dẫn sau: - Më van lÊy mÉu x¶ níc tõ - 10 phút để rửa đoạn van, ống lấy mÉu - Nªn më van lÊy mÉu suèt thêi gian hoá nghiệm; mẫu thử cho hoá nghiệm đợc lấy từ van lấy mẫu Các dụng cụ hoá nghiệm phải đợc rửa kỹ nớc đem hoá nghiệm Nếu việc thử bị trì hoÃn mẫu nớc phải đợc đậy kín - Mẫu thử phải ®ỵc läc qua phin läc giÊy (filter paper) ®Ĩ läc tạp chất rắn Tấm giấy lọc đợc gấp thành hình côn để đặt đợc vào phễu lọc - Mẫu thử cần đợc làm nguội đến nhiệt độ khoảng 25 0C trớc đem hoá nghiệm - Để đảm bảo độ xác, hoá chất dùng cho hoá nghiệm phải đợc bảo quản cẩn thận trọng lọ kín, để nơi khô ráo, mát - Trớc điền kết hoá nghiệm vào mẫu có sẵn cần ghi đầy đủ thông tin cần thiết nh: tên tàu, chủ tàu; kiểu loại nồi hơi, áp suất công tác; loại nớc sử dụng; hoá chất xử lý nớc; tháng, năm vào ô có sẵn - Sử dụng bút bi mực đen bút chì để tô đen ô chữ nhật nhỏ bảng kết hoá nghiệm có sẵn Kết hoá nghiệm đợc in ba Một lu tàu, gửi cho chủ tàu, màu xanh gửi cho UNITOR CHEMICALS theo địa chỉ: UNITOR CHEMICALS P.O Box 49 3163 Borgheim Norway Xác định hàm lợng kiềm phenolthalein (P Alkalinity) - Lấy 200ml mẫu thử đà đợc lọc, làm nguội vào ống thử Cho viên thuốc thử phenol vào ống thử, đậy lại lắc cho tan hết Nếu nớc có tính kiềm xuất màu xanh - Tiếp tục cho thêm viên thuốc thử dung dịch có màu vàng bền - Hàm lợng kiềm phenol (phần triệu CaCO3) đợc tính nh sau: hàm lợng kiềm P = số viên thuốc thử x 20 - 10 VÝ dơ: sè viªn thc thư hàm lợng kiềm P là: x 20 - 10 = 150 ppm - Hàm lợng kiềm P khoảng 100-300 ppm thoả mÃn Nếu thấp xử lý hoá chất COMBITREAT Cứ 100g/tấn nớc làm tăng nồng độ kiềm lên 50 ppm Nếu cao phải tăng cờng gạn xả nớc nồi để giảm mật độ Xác định độ pH - Lấy 50ml mẫu thử đà đợc lọc, làm nguội vào ống thử độ pH Cho thìa thuốc thử độ pH (0.6 gam) vào mẫu thử lắc cho tan Lấy mẩu giấy thử độ pH phù hợp (giÊy thư cã ®é pH tõ 7.5 ®Õn 14 dïng cho nớc nồi hơi; từ 6.5 đến 10 dùng cho nớc ngng) nhúng vào ống thử khoảng 10 giây Lấy giấy thử so sánh màu với bảng màu chuẩn in vỏ cuộn giấy thử để xác định độ pH nớc thử Điền kết vào mẫu theo dõi có sẵn Độ pH nớc nồi nên khoảng 9.5 đến 11.0; nớc ngng khoảng 8.3 đến 9.0 Xác định hàm lợng ion chloride (Cl-) - Lấy 50ml mẫu thử đà đợc lọc, làm nguội vào ống thử Cho viên thuốc thử hàm lợng Cl vào ống, đậy lại lắc cho tan NÕu níc cã Cl th× mÉu thư sÏ chuyển sang màu vàng - Tiếp tục cho thêm viên thuốc thử màu vàng chuyển thành màu da can sậm - Hàm lợng ion Cl theo phần triệu đợc tính toán nh sau: hàm lợng ion Cl = sè viªn thc thư x 20 - 20 Ví dụ: số viên thuốc thử 4, hàm lợng ion Cl lµ: x 20 - 20 = 60 ppm - Điền kết vào mẫu theo dõi có sẵn Hàm lợng ion Cl lớn cho phép 200 ppm Nếu lớn 200 ppm cần tăng cờng gạn xả nớc nồi - Nếu hàm lợng ion Cl lớn giảm lợng mẫu thử xuống 25ml kết thực tế tăng thêm 40 ppm cho viên thuốc thử sử dụng Nếu hàm lợng nhỏ tăng mẫu thử lên 100ml, kết giảm xuống 10 ppm cho viên thuốc thử ... hại làm giảm hiệu khai thác nồi nh đà đề cập phần trớc Xử lý nớc nồi chia xử lý dùng thiết bị xử lý dùng hoá chất Đối với nớc trớc cấp vào nồi áp dụng phơng pháp xử lý sau: lắng nớc, lọc nớc,... nồi Việc xử lý nớc nồi cho dù có đợc thực tốt loại hết tạp chất có hại Do cần ¸p dơng xư lý níc b»ng ho¸ chÊt 3.2.1 C¸c loại hoá chất xử lý nớc nồi Các hoá chất dùng để xử lý nớc nồi đợc tóm... toàn, xả nớc đến áp kế, ống thủy để khẳng định làm việc bình thờng chúng xư lý níc nåi h¬i 3.1 Xư lý níc nồi Trong nớc cấp nồi chứa nhiều tạp chất Nếu nớc không đợc xử lý, tạp chất gây nhiều tác