|
در اين نوشتار پس از معرفي سيستمهاي مختلف CPP، با توجه به مزايا و معايب
اين سيستمها، سيستم با CPP مناسب (كاتيوني - مخلوط) با رزين قابل احيا،
انتخاب شده و بر اساس آن چگونگي طراحي، ساخت و نصب پايلوت CPP زرين
قابل احيا به موازات سيستم CPP، توضيح داده شده است. در انتها تأثير
عوامل مختلف نظير دما، دبي آب، غلظت و نوع يون و زمان، بر عملكرد و
كارايي پايلوت CPP ارايه شده است كه با توجه به نتايج حاصل، مشخص
شده جايگزيني سيستم CPP موجود در نيروگاه قدیمی باسيستم انتخابي در نظر
گرفته شده، مناسب است.
در سالهاي اخير به دليل نياز به بويلرهاي فشار بالا، تصفيه كندانسيت،
مورد توجه بيشتري قرار گرفته است. از آن‌جا كه كندانسيت عموما عاري از
املاح محلول‌بوده و نياز آن به تصفيه، كم است، گاه درتصفيه آن غفلت
شده است و در شرايطي كه‌كندانسيت آلودگي زيادي داشته، عموما دورريخته
شده است.
تا قبل از بكارگيري بويلرهاي جديد، به مساله تصفيه كندانسيت توجه زيادي
نمي‌شد. ولي امروزه با توجه به اینکه بويلرهاي جديد، داراي درجه
حرارت، فشار و ظرفيت بالايي هستند، مقادير جزيي املاح و مواد معلق نيز
مشكل آفرين است. درچنين حالتهايي صرفا تصفيه آب جبراني كافي نبوده و
بايد آلودگيهاي كندانسيت بازگشتي به بويلر نيز به حداقل مقدار ممكن
برسد. با ظهور انرژي هسته‌اي به ويژه كاربرد راكتور هاي آب جوشان و
راكتورهاي باخنك كن گاز، نياز به تصفيه كندانسيت قبل از ورود به بويلر،
افزايش پيدا كرده است.
حدود 50 درصد يا بيشتر از آب تغذيه بويلر، كندانسيت تشكيل شده در كندانسور
است و اين در حالي است كه در بويلرهاي بافشار 2000psi و بالاتر، تصفيه
كندانسيت، مورد نياز است. بويلرهاي جديد نسبت به تشكيل رسوب، بسيار
حساس بوده و اين رسوبات مي‌توانند موجب بروز اورهيت شده يا به ديواره
لوله‌هاي قسمتهاي مختلف‌آسيب برسانند. همچنين در نتيجه ناخالصي‌هاي موجود
در آب جبراني، احتمال بروز پديده حمل قطرات (Carry Over) افزايش يافته
كه موجب پايين آمدن كيفيت بخار و در نهايت كاهش بازدهي توربين شده و
از طرف ديگر به صورت‌تركيدگي خوردگي تنشي (SCC)پديدارمي‌شود.
تصفيه كندانسيت در نيروگاهها
هدف از تاسيس واحد تصفيه كندانسيت (CPP)، تصفيه كل جريان كندانسيت به
گونه‌اي است كه كيفيت استاندارد آب‌بويلر/ آب تغذيه در صورت ورود
هرگونه ناخالصي به كندانسيت، ثابت نگه داشته شود. انواع مختلفي از
سيستمهاي CPPوجود دارد كه بخش اصلي تصفيه همه آنها شامل بستر مخلوط
است. انواع سيستمهاي متداول تصفيه كندانسيت شامل اين موارداست:
- بسترهاي مخلوط
- رزين پودري Powdex در بسترهاي مخلوط
- بسترهاي مخلوط رزينهاي پودريPowdex
- واحدهاي كاتيوني بسترهاي مخلوط - فيلترها در بسترهاي مخلوط
- فيلتر با پوشش كاتيوني در بسترهاي مخلوط
- واحدهاي كاتيوني، واحد آنيوني در واحد كاتيوني
انتخاب سيستم CPP مناسب با رزين قابل احيا در نيروگاه، در يون زدايي
كندانسيت با استفاده ازرزينهاي پودري، لايه نازكي از رزينهاي كاتيوني و
آنيوني (دانه بندي رزين حدود30 میلیمتر) بر روي سطح خارجي استوانه فلزي
ميان تهي قرار گرفته است. استفاده از اين رزينها در رزين CPP اشباع
كامل ظرفيت، يا رسيدن به افت فشار مشخص، ادامه دارد. درپايان اين
مرحله با عبور آب درجهت عكس‌جريان بهره برداري، رزين اشباع شده از
سطح‌استوانه، جدا مي‌شود.
مزاياي اصلي اين سيستم عبارتند از:
الف) به مقدار قابل ملاحظه‌اي از مهاجرت محصولات خوردگي به بويلرهاي
LPجلوگيري مي‌كند.
ب) تعويض رزينهاي كاركرده آسان است.
مهمترين معايب اين سيستم عبارتند از:
الف) هزينه بهره‌برداري آن بالاست. چون رزينها در دوره‌هاي مشخصي از
بهره برداري،بايد تعويض شوند.
ب) محدوديت دماي بهره‌برداري، وجوددارد.
ج) قابليت محدود براي رفع آلودگي‌كندانسيت.
در سيستمهاي CPP اوليه نيروگاهها، براي اولين مرحله تصفيه، از فيلتر
استفاده مي‌شد. فيلترهاي پريكوت، يكي از انواع اين فيلترهاست كه
گرانقيمت بوده اما فضاي نسبتا كمي اشغال مي‌كنند. اين فيلترها عموما با
بازدهي بالايي، آهن معلق دركندانسيت را حذف مي‌كنند. اما دفع پريكوت
اشباع شده از سطح استوانه‌ها، همواره كامل نبوده و اين امر باعث مي‌شود
تا پريكوت بعدي داراي كيفيت مطلوب نباشد. از ديگرانواع فيلترها،
فيلترهاي مغناطيسي است. اين فيلترها ذرات مواد فرومغناطيسي و به‌مقدار
محدود، اكسيد مس را حذف مي‌كنند. استفاده از اين فيلترها به دليل كنترل
شديد درشرايط شيميايي و نصب نيروگاههايي CPPكه آب تغذيه با كيفيت عالي
مورد نظر است،ادامه پيدا نكرد.
بسترهاي مخلوط واحد CPPساختاري مشابه با واحدهاي آنيوني و كاتيوني تصفيه
آب جبراني دارند. بسترهاي مخلوط در CPP بايد داراي امكانات احياي خارجي
باشند. چون تداخل رزينهاي كاتيوني و آنيوني درفصل مشترك دو نوع رزين
باعث كاهش بازده احياي بستر مي‌شود.
اولين ضرورت در كاهش آلودگي رزينها با محلول هاي احيا كننده اين است
كه اين رزينهاي كاتيوني و آنيوني بايد داراي دانه بندي و دانسيته
مناسب باشند، تا جداسازي خوبي در شستشوي معكوس به وجود آيد. البته در
حالت ايده‌آل، رزين آنيوني با دانه بندي كوچك و دانسيته پايين،
بهترين شرايط جداسازي را فراهم‌مي‌كند. اگر چه ساير عوامل از قبيل افت
فشار، قدرت فيزيكي، ظرفيت بهره‌برداري و رفتار سينتيكي نيز بايد رضايت
بخش باشد.
اگر يك واحد كاتيوني (به شكل‌هيدروژني) قبل از بستر مخلوط قرار گيرد،
نسبت رزين كاتيوني به آنيوني در بسترمخلوط حدود 1:1 خواهد بود. و در غياب
بستر كاتيوني فوق، اغلب نسبت بالاتر كاتيون به آنيون، يعني حدود2:1
استفاده مي‌شود. از نظر تبادل يون، سيستم كاتيون -مخلوط نسبت به سيستم
بستر مخلوط ارجحيت دارد.
مزاياي اصلي سيستم كاتيون - مخلوط:
الف) آب با كيفيت بالاتري توليد مي‌شود.
ب) از جزء آنيوني بستر مخلوط، ظرفيت بالاتري را مي‌توان به دست آورد.
ج) سيستم، توانايي بيشتري براي تطبيق با تغييرات pH كندانسيت دارد.
د) انعطاف پذيري بيشتري در نسبت‌كاتيون / آنيون مورد استفاده در بستر
مخلوط حاصل مي‌شود.
س) تعداد دفعات احياي بستر مخلوط كاهش يافته و در صورتي كه نشتي
كندانسور وجود نداشته باشد، مي‌توان پس از هر پنج بار احياي بستر
كاتيوني، يك بار بستر مخلوط را احيا كرد. با كاهش تعداد دفعات احياي بستر
مخلوط، ميزان سولفات ورودي‌به سيستم نيز كاهش مي‌يابد.
ش) امكان فيلتراسيون اضافي فراهم شده كه در نتيجه از رزينهاي بستر
مخلوط محافظت مي‌كند.
معايب سيستم كاتيون - مخلوط:
افزايش افت فشار درسيستم و نياز به فضاي بزرگتر و صرف هزينه هاي بيشتر.
با توجه به مطالعات انجام شده، سيستم‌تبادل يون كاتيون - مخلوط با
رزين قابل‌احيا به‌عنوان سيستم مورد نظر براي‌جايگزيني سيستم CPP موجود در
نيروگاه می تواند انتخاب شود.
طراحي، ساخت و نصب پايلوت CPP
با توجه به شرايط عملياتي، پايلوت CPP انتخابي شامل يك بستر كاتيوني و
يك بستر مخلوط، طراحي می شود.
معمولا پايلوت CPP درمسير By Passاز سيستم اصلي CPP وبه‌صورت موازي با آن
نصب شده می شود.
نتايج آزمايشهاي پايلوت CPP
به‌منظور ارزيابي عملكرد و كارايي بهينه پايلوت CPP انتخابي، اثر دما،
دبي آب، غلظت و نوع يون و زمان كاركرد بر كارايي پايلوت CPP، باید در
قالب آزمايشهايي بررسي شود. كه به‌صورت خلاصه تشريح مي‌شود:
الف: اثر دما بر عملكرد و كارايي پايلوتCPP
بررسيهاي انجام شده نشان مي‌دهد كه كارايي رزينهاي كاتيوني در بستر
كاتيوني در حداكثر درجه حرارت 72 درجه سانتي گراد بعد از 26 ساعت كاركرد،
معادل 49/88 درصد و كارايي مخلوط رزينهاي آنيوني و كاتيوني در بستر مخلوط
در دماي 70 درجه سانتي‌گراد بعد از 26 ساعت كاركرد،23 درصد بوده است.
ب) اثر دبي آب بر عملكرد و كارايي پايلوت CPP
بررسي هاي انجام شده نشان مي‌دهد كه با افزايش دبي آب، كنداكتيويته
آب خروجي از بستر كاتيوني شديدا كاهش يافته و رزين كاتيوني اين بستر
در حداكثر دبي 25 m3/hr معادل 49/88 درصد، كارايي دارد. همچنين در حداكثر
دبي آب، كنداكتيويته آب ورودي به بستر مخلوطms/cm 1/3 بوده و
كنداكتيويته آب خروجي از بستر مخلوط تا 1ms/cm كاهش مي يابد كه نشان
دهنده 23 درصد كارايي رزين انتخاب‌شده براي دبي فوق است.
ج) اثر غلظت و نوع يون بر عملكرد و كارايي پايلوت CPP
بررسيهاي انجام شده نشان‌مي‌دهد كه يونهاي آهن و آمونياك به نحو
مطلوبي توسط پايلوت CPP حذف شده‌اند. ولي يون سيليس كاهش كمتري داشته
است. همچنين هر قدر غلظت يونهاي آمونيوم و آهن بيشتر باشد تبادل آن
به‌وسيله رزينهاي كاتيوني محسوس تر است. در پايلوت طراحي شده به‌دليل
بار كاتيوني قابل‌ملاحظه ناشي از يونهاي آمونيوم و آهن و نيز پايين
بودن بار آنيوني، علاوه بر منظور كردن بستر كاتيوني قبل از بستر مخلوط،
نسبت رزين كاتيوني به آنيوني در بستر مخلوط 2 به 1 درنظر گرفته شده
است.
ج) اثر زمان بر عملكرد و كارايي پايلوت CPP
بررسيهاي انجام شده نشان‌مي‌دهد كه با افزايش زمان بهره برداري
ازپايلوت، رزين كاتيوني ظرفيت تبادل خود راحفظ كرده و رزين آنيوني بستر
مخلوط، كاهش ظرفيت پيدا كرده است.
ه) تغييرات pH با دبي آب
بررسيهاي انجام شده نشان مي‌دهد كه با افزايش دبي آب، pH در آب خروجي
از بستر كاتيوني، افزايش و در آب خروجي از بستر مخلوط، كاهش مي يابد.
نتيجه‌گيري
- از مهمترين مزاياي فني و اقتصادي سيستم CPP نسبت به سيستم موجود اين
است كه در سيستم موجود رزينهاي پودري در دوره هاي زماني كوتاه، اشباع
مي‌شوند و به‌دليل عدم امكان احيا بايد تعويض شوند ولي با بكارگيري
سيستم‌مناسب (كاتيون - مخلوط) با رزينهاي قابل‌احيا، به‌دليل قابليت
احياي مجدد و همچنين طولاني شدن دوره زماني احياي بسترمخلوط، از مصرف
مواد شيميايي نظير اسيد و سود و اتلاف رزين و در نتيجه از هزینه بیشتر،
جلوگيري مي‌شود.
- از معايب فني سيستم موجود، بالا بودن كنداكتيويته و آمونياك آب ورودي
به CPP، است كه زمان اشباع رزينهاي پودري را در سيستم موجود كوتاه
مي‌كند ولي درسيستم جايگزين با بكارگيري بستر كاتيوني، اين نقص برطرف
مي‌شود.
- به عنوان مثال، استفاده از رزين كاتيوني Lewatit S 100به‌دليل مقاومت
حرارتي بالا و حفظ ظرفيت تبادل يون در شرايط طراحي یک نيروگاه، مناسب
بوده ولي رزينهاي آنيوني Lewatit M 500به‌دليل اين‌كه در محدوده دمايي
60 تا72 درجه سانتي‌گراد و حداكثر دبي m3/hr25 از نظر دانه بندي رزين و
ظرفيت تبادل يوني تغييراتي داشته و ضمن خرد شدن رزين، ظرفيت آن كاهش
يافته است. لذا به جاي رزينهاي آنيوني فوق بايد از ساير رزينهاي
آنيوني نظير Lewatit MP 500 MB/BGاستفاده شود.
- این سيستم جايگزين به لحاظ زيست محيطي نيز بر سيستم موجود برتري دارد.
چرا كه درسيستم های موجود، انتقال رزينهاي پودري در زمان اشباع آن به
شبكه پساب صنعتي، سيستم تصفيه پساب را با مشكل مواجه كرده و در نهايت
باعث آلودگي محيط زيست مي‌شود.
منابع:
1-Water Treatment Handbook,Degremont, 1973.
2-British Electricity International Modern Power Station Practice ,Chemistry
and Metallurgy, Vol.E, Chapter3, Central Electricity Generationof Board
(CEGB), 1992.
3 - گزارش مرحله اول پروژه تحقيق دزمينه جايگزيني سيستم CPP نيروگاه
طوس، مركزتحقيقات نيرو.
| 
