1. Mục đích của việc xử lý nước nồi
- Sự làm việc chắc chắn và ổn định của nồi hơi phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng nước cấp vào nồi hơi để sinh hơi. Trong nước thiên nhiên có hòa tan những tạp chất, mà đặc biệt là các loại muối canxi và magiê và một số muối cứng khác. Trong quá trình làm việc của nồi hơi, khi nước sôi và bốc hơi, các muối này sẽ tách ra ở pha cứng dưới dạng bùn hoặc cáu tinh thể bám vào vách ống của nồi hơi. Các cáu và bùn này có hệ số dẫn nhiệt rất thấp, thấp hơn so với kim loại hàng trăm lần, do đó khi chúng bám vào vách ống sẽ làm giảm khả năng trao đổi nhiệt từ khói lò đến môi chất trong ống, làm cho môi chất nhận nhiệt ít hơn và tổn thất nhiệt do khói thải cũng tăng lên, hiệu suất của nồi hơi giảm xuống, lượng tiêu hao nhiên liệu sẽ tăng lên.
- Khi cáu bám trên các ống sinh hơi, sẽ làm tăng ứng suất nhiệt cục bộ lên qua mức cho phép làm thủng ống. Mặt khác khi cáu bám lên vách ống sẽ tăng tốc độ ăn mòn kim loại ống, gây ra hiện tượng ăn mòn cục bộ.
- Ngoài những chất sinh cáu, trong nước nồi còn có những chất khí hòa tan như ô xy, ôxit cácbonic, các loại khí này gây ăn mòn mạnh các bề mặt ống kim loại của nồi hơi.
2. Các tác động của môi trường gây hại cho nồi hơi - phía nước, hơi:
- Nồi hơi sẽ chịu những ảnh hưởng, hư hỏng do phá hủy bởi ăn mòn hóa học, cáu cặn gây ra và các tác nhân này cũng được chuyển tải theo hơi nước hoặc do bọt bùng sôi cuốn đi gây tác hại cả hệ thống nhận hơi công tác.
* Ăn mòn hóa học: Gây mục gỉ, mòn bục, nứt và cản trở trao đổi nhiệt.
* Cáu cặn nồi hơi: Cản trở sự trao đổi nhiệt, tạo ứng suất nhiệt cao,cục bộ gây nứt ống, vách nồi; làm “tổ” cho các cực pin i-on gây ăn mòn điện hóa.
- Các thành phần hóa học chính gây cáu cặn có trong nước gồm: nhóm kiềm thổ Ca++, Mg++, SiO2 – tạo nước cứng, đặc biệt với nước được cung cấp ở trên bờ. Vì vậy có nước chưng cất đủ tiêu chuẩn sử dụng để cấp cho nôì hơi là tốt nhất.
Do các vấn đề ảnh hưởng đến nồi hơi như trên, việc xử lý nước nồi hơi thường dựa trên 3 nguyên tắc chính là:
· Kiểm soát cáu cặn, ngăn ngừa cáu đóng trên bề mặt ống.
· Kiểm soát ăn mòn.
· Ngăn chặn oxy hòa tan gây oxýt hóa làm kim loại bị hư hại, bị ăn mòn, giảm độ dày.
3. Các phương pháp xử lý nước Nồi hơi
3.1 Xử lý cơ học: là sử dụng các bể lắng và các bình lọc cơ khí để tách các tạp chất lơ lửng ra khỏi nước. Tuy nhiên, việc xử lý cơ học chỉ loại bỏ được các tạp chất cơ khí ra khỏi nước như là các hạt bùn có đường kính lớn hơn 1-3 mm hoặc những hạt keo sau khi đã kết hợp chúng lại với nhau.
3.2 Xử lý bên ngoài (external) với các cách sau:
- Lắp thêm thiết bị làm mềm nước (water softener) , đây là một thiết bị trao đổi ion để khử calcium và magnesium trong nước cấp nồi hơi và thay thế bằng các ion Na+.
- Nâng nhiệt độ nước cấp lên 800C để tách được khí O2 , H2 , CO2…
- Xả không khí trong bầu nồi (van xả trên đỉnh nồi) khi mới đốt nồi hơi cho đến khi thấy hơi nước trắng đã thoát ra thì đóng van lại.
- Định kỳ gặn mặt và xả đáy cho nồi hơi theo hướng dẫn. Khi nồng độ Cl- (Chlorine) cao thì gặn mặt. Khi nồng độ tạp chất cao được đo bằng độ dẫn điện (Conductivity) thì tiến hành đồng thời cả gạn mặt và xả đáy. Thời gian gạn mặt, xả đáy theo hướng dẫn của nhà chế tạo nhưng thông thường là khoảng từ 5 – 10 giây.
3.3 Xử lý bên trong (internal).
- Là dùng hóa chất đưa thêm vào nước cấp để khử các chất gây ăn mòn và đóng cáu trong nồi hơi. Hàm lượng hóa chất sử dụng trên 1m3 cho 1 ngày phải tuân theo hướng dẫn của nhà sản xuất, để nồng độ hóa chất dư thừa đều có hại.
a. Chống ăn mòn ống của nồi hơi
* Khử Oxy (oxygen Scavenger)
- Dùng Hydrazine N2 H4: có tính kiềm nhưng N2 H4 có tác dụng phụ có hại khi nồng độ quá cao thì tạo môi trường có tính acid.
- Phương pháp bổ sung hóa chất: Hòa với nước cấp vào bình chứa, cho chảy nhỏ giọt liên tục vào két nước cấp, lưu ý đường ống bổ sung hóa chất phải cắm sâu dưới mặt nước để tránh tác dụng trực tiếp với O2 có trong không khí hoặc có thể nối trực tiếp vào đường hút của bơm. (Tuyệt đối không được đổ thẳng toàn bộ một lần lượng dùng cho cả ngày vào két nước cấp).
* Trung hòa Acid (nhằm tạo môi trường kiềm nước nồi)
- Dùng Sodium hydroxide NaOH (có thể thay thế Na2 CO3) hoặc Potassium hydroxide KOH
- Phương pháp bổ sung hóa chất: đổ vào két nước cấp theo tỷ lệ mà nhà sản xuất hướng dẫn.
Tác dụng phụ có hại: khi nồng độ kiềm quá cao (PH >> 12) sẽ gây ra hiện tượng “dòn kiềm” và kết quả là ăn mòn xung quanh tinh thể Fe, gây nứt vỡ ống hơi.
b. Chống cáu cặn trong nồi: Sử dụng hóa chất nhóm gốc Phosphate
- Dùng Na3 PO4 hoặc K3 PO4 khi cho vào nước nồi thì tạo ra các kết tủa dạng huyền phù là Ca3 (PO4)2 và Mg3 (PO4)3 và có thể loại bỏ bằng cách xả đáy nồi hơi.
- Phương pháp bổ sung hóa chất: đổ vào két nước cấp với tỷ lệ mà nhà sản xuất hướng dẫn, hoặc bơm trực tiếp vào nồi.
4. Các thông số của nước nồi hơi
4.1. Nước bổ sung (Make up water): đo độ cứng – Hardness. Đo độ pH
4.2. Nước nồi (boiler water): nước có chất lượng tôt thì trông sẽ khá trong và ánh vàng rất nhạt như không màu.
a. Nồng độ kiềm Phenolphtalein (P) – P ALKALINITY được đo bằng chỉ số lượng CaCO3 tương đương.
- P ALKALINITY: 100 – 300 ppm (với nồi hơi thấp áp dưới 3 Mpa)
- P ALKALINIT: 100 – 130 ppm (với nồi hơi trung áp dưới 6 Mpa)
- Độ pH lớn hơn 8 có lợi vì tạo môi trường kiềm, bao gồm các thành phần Hydroxide Alkalinity OH- (có trong dư lượng NaOH, KOH bổ sung, đây là thông số rất cần quan tâm điều chỉnh.
b. Nồng độ kiểm tổng (M) – M ALKALINITY (hoặc Total alkalinity)
- Tương quan cần phải duy trì là nồng độ M ALKALINITY phải nhỏ hơn 2 lần P ALKALINITY
c. Nồng độ Phophase (PO4) 3+: 20 – 40 ppm (là dư lượng Na3 PO4, K3 PO4 bổ sung)
- Nồng độ phophase thể hiện cao khi ở nhiệt độ cao, vì vậy lấy mẫu nước khi nồi hơi ở tải cao thì sẽ chinh xác hơn.
d. Nồng độ Hdrazine N2 H4: 0, 03 – 0, 15 ppm (là dư lượng N2 H4 bổ sung, duy trì < 0,1 ppm là đạt yêu cầu).
e. Nồng độ Chlorides Cl – max: Cl- < 200ppm với nồi hơi thấp áp dưới 3 Mpa; Cl- = 30ppm với nồi hơi trung áp từ: 3 – 6 Mpa.
- Khi nồng độ Cl- cao bất thường thì ta tiến hành kiểm tra nồng độ Cl- của nước ngưng tụ xem bầu ngưng có bị rò nước biển làm mát không. Khi Cl- max mà cao thì tiến hành gạn mặt cho nồi hơi sao cho Cl- càng thấp càng tốt.
f. Độ dẫn điện (Conductivity) max <700
- Khi độ dẫn điện cao thì tiến hành gạn mặt, xả đáy sao cho Conductivity càng thấp càng tốt.
g. Độ pH : nằm trong khoảng từ 9,5 – 11 là đảm bảo tính kiềm vừa phải trong nước nồi để chống acid ăn mòn (khi độ pH < 5 hoặc >12 thi sự ăn mòn tăng lên nhanh).
4.3 Nước ngưng tụ (Condensate)
- Đo độ pH = 8, 3 – 9 là tối ưu (có thể dùng giấy quì để đo, sau đó so sánh với bảng màu tiêu chuẩn).
- Đo nồng độ Chlorides Cl- : thường rất nhỏ, Cl- < 20ppm là được.
4.4 Các lưu ý khi kiểm tra, phân tích nước
- Trước khi lấy mẫu phải xả bỏ sạch đường ống, và vệ sinh sạch sẽ lọ lấy mẫu nước nồi.
- Nếu không có bầu làm mát thì mẫu nước nên lấy vào các lọ chịu nhiệt ở mức đầy, đậy nắp kín và được nhúng vào nước lạnh để làm nguội, các mẫu khác cũng làm tương tự tránh tiếp xúc lâu với không khí làm sai lệch kết quả phân tích
- Trước khi tiên hành phân tích thì các mẫu nước cần được lọc qua các giấy lọc được cung cấp bởi hãng sản xuất thuốc thử.
- Khi đo độ pH bằng giấy quì phải đọc ngay khi lấy ra khỏi dung dịch thử.
- Các bất thường khi hiện tượng ống, khung kính thủy bị ăn mòn liên tục thì cần kiểm tra lại chất lượng nước nồi (có thể độ pH quá cao) và chu kỳ xả vệ sinh làm sạch ống thủy.
5. Quy trình gạn mặt, xả đáy cho nồi hơi
- Bước 1: Chọn thời điểm dùng hơi ít và ổn định, ít thay đổi áp suất cũng như mực nước như khi vừa dừng đốt hoặc nồi hơi khí xả đang hoạt động là tốt nhất. Cấp vào nồi lượng nước tới mức quy định và đợi vài phút cho ổn định. (Mức nước mà bơm cấp nước dừng tự động, chuyển chế độ của bơm từ Auto sang Manual).
- Bước 2: Mở thật nhỏ van xả đáy nồi, van gạn mặt để hâm nóng toàn bộ đường ống xả tới van thoát mạn, sau đó đóng van gạn mặt, xả đáy lại.
- Bước 3: Mở van thoát mạn, tiếp tục mở nhỏ van gạn mặt trước (để tránh gây xáo trộn lớp bề mặt), sau khi hoàn thành gạn mặt thì đóng van lại và mở nhỏ van xả đáy cho đến kết thúc quy trình xả, (tùy trường hợp cụ thể nếu cần bổ sung lại nước nồi đợi cho ổn định thì xả đáy).
Chú ý khi thao tác van:
- Mở nhỏ van gạn mặt, xả đáy để tránh gây hỏng sơn, biến dạng ống, hỏng van và vỏ tàu chỗ lắp van thoát mạn. Tính toán lượng xả đáy theo thời gian là giây (s), thông thường khoảng từ 5 – 10 giây hoặc có thể theo dõi lượng nước xả trên ống thủy hoặc đo thể tích thực từ két nước bổ sung (sau khi khi xả mới cho bơm cấp nước nồi chạy lại).
- Với nồi hơi đang dùng cho bơm làm hàng với tàu dầu thi không gạn, xả lúc này để tránh sự cố phải dừng đột ngột do mất nước quá nhanh (báo động mức nước thấp – Water level alarm).
6. Tầm quan trọng của xử lý nước nồi
- Như đã trình bày ở trên không thể dùng nước thiên nhiên để cung cấp nước ngay cho nồi hơi được mà cần phải xử lý nước để loại bỏ các tạp chất có thể sinh ra cáu cặn. Tác hại của những cáu cặn này là làm giảm quá trình trao đổi nhiệt từ khí cháy tới nước, gây ăn mòn dẫn đến hư hỏng các ống nước và bầu nồi.
- Vì vậy, nhằm đạt yêu cầu hiệu quả kinh tế cũng như kỹ thuật trong quá trình khai thác, vận hành nồi hơi: người phụ trách phải thành thạo quy trình kiểm tra, phân tích nước theo hướng dẫn của nhà sản xuất.
- Định kỳ gạn mặt, xả đáy, vệ sinh sạch ống thủy và bổ sung lượng hóa chất theo yêu cầu để duy trì các thông số của nước nồi, nước ngưng theo tiêu chuẩn.
- Nước cung cấp cho nồi hơi trên tàu tốt nhất là nước được sản xuất từ máy chưng cất nước ngọt (Fresh water generator), vì vậy trong quá trình sử dụng cần chứa riêng ra một két nước chưng cất để cấp cho nồi hơi.
Tài liệu tham khảo:
[1] Water treatment manual – Ashland Specialty Chemical Company;
[2] site: www.noihoiviet.vn;
[3] site: http://hoahocngaynay.com/nghien-cuu-giang-day/quy-trinh-hoa-hoc/1820-nuo...