تحلیل اثر کیفیت آب و رسوب‌گذاری بر راندمان و طول عمر دیگ بخار

+ راهکارهای صنعتی کنترل رسوب

مقدمه: چرا کیفیت آب نقطه آغاز راندمان واقعی یک دیگ بخار است؟

دیگ بخار یکی از حیاتی‌ترین اجزای سیستم‌های حرارتی و فرآیندی در صنایع مختلف است. از کارخانجات صنایع غذایی و دارویی گرفته تا پالایشگاه‌ها، بیمارستان‌ها، نساجی، چوب، نفت و گاز، بخار به‌عنوان یک حامل انرژی تمیز، پایدار و قابل کنترل مورد استفاده قرار می‌گیرد.

در میان تمام پارامترهایی که بر راندمان دیگ بخار تأثیر می‌گذارند، دو عامل مهم‌تر از سایر موارد هستند:

1. کیفیت آب ورودی به دیگ
2. میزان و نوع رسوب‌گذاری در داخل بویلر

برخلاف تصور رایج، رسوب نه‌تنها عملکرد دیگ بخار را کاهش می‌دهد، بلکه می‌تواند به تنهایی عامل تخریب کامل یک بویلر، نشتی لوله‌ها، ترک‌خوردگی تنشی و حتی انفجار باشد. شرکت خزر بویلر (خزر منبع بندر) با بیش از چهار دهه سابقه در تولید دیگ بخار استاندارد، همواره بر اهمیت کیفیت آب و کنترل رسوب در پروژه‌های صنعتی تأکید ویژه دارد.

در این مقاله با رویکردی کاملاً مهندسی و علمی، تأثیر کیفیت آب و رسوب بر راندمان دیگ بخار، مشکلات ناشی از آن، روش‌های استاندارد کنترل رسوب و دستورالعمل‌های عملی صنایع را بررسی می‌کنیم.

 

بخش اول: کیفیت آب چیست و چرا برای عملکرد دیگ بخار حیاتی است؟

کیفیت آب در دیگ بخار بر اساس پارامترهای فیزیکی و شیمیایی تعریف می‌شود. هر چه آب ناخالصی بیشتری داشته باشد، سرعت رسوب‌گذاری در دیگ بیشتر می‌شود و در نتیجه راندمان آن کاهش می‌یابد.

مهم‌ترین شاخص‌های کیفیت آب در دیگ بخار:

۱. سختی کل (TH – Total Hardness)

مهم‌ترین عامل رسوب‌زا
شامل یون‌های کلسیم (Ca++) و منیزیم (Mg++)

سختی بالا = رسوب آهکی = کاهش شدید راندمان

 

۲. هدایت الکتریکی (EC / TDS)

میزان املاح محلول آب را نشان می‌دهد.

TDS بالا = افزایش خوردگی، کف‌کردن و Carryover

 

۳.  قلیائیت آب (Alkalinity)

قلیائیت بیش از حد باعث فومینگ، کف و انتقال قطرات آب به همراه بخار می‌شود.

 

۴. اکسیژن محلول (DO – Dissolved Oxygen)

عامل اصلی خوردگی خطوط، لوله‌های بویلر و مخزن کندانس.

 

۵. سیلیس (SiO₂)

در فشار بالا تبدیل به سخت‌ترین و مخرب‌ترین رسوب‌ها می‌شود.

 

۶. روغن، چربی و آلودگی‌های صنعتی

در بسیاری از کارخانه‌ها به‌صورت اتفاقی وارد آب می‌شوند و عملکرد بویلر را مختل می‌کنند.

 

بخش دوم: رسوب‌گذاری در دیگ بخار چیست و چرا این‌قدر خطرناک است؟

 

رسوب‌گذاری (Scaling) یعنی تشکیل لایه‌های سخت، آهکی و چسبنده بر روی سطوح تبادل حرارت دیگ بخار. این رسوب‌ها معمولاً از مواد زیر تشکیل می‌شوند:

• کلسیم کربنات
• منیزیم کربنات
• سیلیس
• ترکیبات آهن
• گل و لای
• ذرات معلق

رسوب چگونه تشکیل می‌شود؟

 آب وارد دیگ می‌شود، در اثر گرمایش، بخشی از آن تبخیر می‌شود ، املاح باقی‌مانده غلیظ می‌شوند، دما بالا می‌رود، یون‌ها به‌صورت کریستال سخت رسوب می‌کنند.

این لایه به‌سادگی روی لوله‌ها و سطوح تماس تشکیل می‌شود.

چرا رسوب‌گذاری خطرناک است؟

یکی از بدترین ویژگی‌های رسوب این است که رسانایی حرارتی بسیار ضعیفی دارد.

برای مثال:

ماده		ضریب انتقال حرارت W/m°C
فولاد لوله دیگ بخار		حدود 45
رسوب آهکی		حدود 1.2
سیلیس		کمتر از 1

اگر تنها ۱ میلی‌متر رسوب روی لوله تشکیل شود، انتقال حرارت بیش از ۷ درصد کاهش می‌یابد.

 

بخش سوم: اثرات رسوب بر راندمان و عملکرد دیگ بخار

در این بخش، پیامدهای رسوب‌گذاری را به‌صورت کاملاً عملی و صنعتی بررسی می‌کنیم.

۱. کاهش شدید راندمان حرارتی دیگ بخار

وقتی سطح انتقال حرارت رسوب می‌گیرد:

• حرارت شعله به آب منتقل نمی‌شود
• دودکش داغ‌تر می‌شود
• مصرف سوخت افزایش می‌یابد

این یعنی:

رسوب = هدر رفت انرژی + افزایش هزینه ماهانه سوخت

در دیگ بخارهای صنعتی ۱ تن تا ۱۰ تن بخار، رسوب می‌تواند باعث شود مصرف گاز ماهانه ۱۰ تا ۳۰ درصد افزایش پیدا کند.

2. افزایش دمای غلاف و لوله‌های دیگ

وقتی حرارت از رسوب عبور نمی‌کند، خود لوله‌ها داغ‌تر می‌شوند.

این موضوع باعث:

• ترک‌خوردگی
• ضخامت‌کاهی
• تغییر ساختار متالورژیکی
• کوتاه شدن عمر دیگ بخار

لوله‌ها در این حالت حتی ممکن است سرخ شوند که بسیار خطرناک است.

3. افزایش احتمال ترک‌خوردگی تنشی و انفجار

رسوب مانند یک عایق حرارتی عمل می‌کند.
این یعنی حرارت در لوله‌ها گیر می‌کند و نقطه‌ای بالا می‌رود. نتیجه:

• تورم فلز
• ترک گرم
• ترک سرد
• نهایتاً احتمال انفجار دیگ بخار

این مهم‌ترین دلیل استانداردها برای استفاده از آب تصفیه‌شده در بویلرهاست.

4. افزایش مصرف مواد شیمیایی

به‌دلیل غلظت بالاتر املاح، سیستم نیازمند:

• Blowdown بیشتر
• مواد شیمیایی ضد رسوب قوی‌تر
• تصفیه آب مداوم

می‌شود.

5. کاهش تولید بخار و ناپایداری فشار

رسوب باعث می‌شود که دیگ بخار نتواند فشار را ثابت نگه دارد. اپراتورها معمولاً گزارش می‌دهند:

• چرا دیگ دیر به فشار می‌رسد؟
• چرا فشار نوسان دارد؟
• چرا خروجی بخار کم شده؟

در بسیاری از موارد، رسوب علت اصلی است.

 

بخش چهارم: عوامل اصلی رسوب‌گذاری در دیگ بخار

۱.  سختی آب ورودی

بزرگ‌ترین دلیل رسوب‌گذاری
در بسیاری از شهرهای ایران سختی آب بسیار بالا است (مثلاً تهران، اصفهان، قم).

۲. نبود سیستم تصفیه مناسب

وقتی سختی‌گیر رزینی یا RO به‌درستی استفاده نشود، رسوب قطعاً تشکیل می‌شود.

۳. عدم کنترل Blowdown

استاندارد ASME توصیه می‌کند Blowdown بر اساس TDS کنترل شود، نه سلیقه اپراتور.
اما در ایران بیشتر اپراتورها به‌صورت دستی و بدون اندازه‌گیری عمل می‌کنند.

۴.کیفیت پایین آب برگشتی کندانس

یکی از مهم‌ترین دلایل رسوب، نشتی بخار و آلوده شدن خطوط کندانس است.

۵. افزایش بیش از حد قلیائیت

این عامل باعث کف و Carryover می‌شود.

 

بخش پنجم: راهکارهای صنعتی و استاندارد کنترل رسوب در دیگ بخار

در ادامه مجموعه‌ای از راهکارهای تخصصی ارائه می‌شود. این دستورالعمل‌ها توسط شرکت‌های حرفه‌ای مانند خزر بویلر در پروژه‌های صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

۱. استفاده از سیستم‌های تصفیه آب مناسب

الف) سختی‌گیر رزینی (Ion Exchange)

برای آب ورودی دیگ بخار
مزایا:

• قیمت مناسب
• راندمان خوب
• نگهداری ساده

ب) دستگاه اسمز معکوس (RO)

برای دیگ‌های فشار بالا یا صنایع حساس
مزایا:

• حذف 98 درصد املاح
• کاهش کامل TDS

ج) دی اریتور (Deaerator)

برای حذف اکسیژن و CO₂
ضروری برای دیگ‌های فشار بالا

۲. Blowdown علمی و کنترل‌شده بر اساس TDS

Blowdown باید:

• زمان‌بندی شده
• اندازه‌گیری شده
• بر اساس آزمایش آب باشد

Blowdown زیاد = اتلاف انرژی
Blowdown کم = رسوب شدید

۳ . استفاده از مواد شیمیایی ضد رسوب

مواد شیمیایی استاندارد شامل:

• فسفات‌ها
• پلیمری ضد رسوب
• اکسیژن‌زدا (سدیم سولفیت)
• Dispersant

این مواد باید توسط کارشناسان و در دوره‌های زمانی مشخص تزریق شوند.

۴.کنترل مستمر کیفیت آب

آزمایش‌های مهم هفتگی:

• سختی ورودی
• سختی خروجی سختی‌گیر
• TDS دیگ
• قلیائیت
• PH
• سیلیس

۵. شستشوی دوره‌ای دیگ بخار (Chemical Cleaning)

هر 6 تا 12 ماه، بویلر باید با مواد زیر شستشو شود:

• اسید ضعیف
• دترجنت صنعتی
• دیسپرسنت ضد رسوب

خزر بویلر این خدمات را نیز ارائه می‌دهد.

۶. کنترل دمای دودکش و راندمان

دمای دودکش بالاتر از ۲۵۰ درجه نشانه:

• رسوب
• کمبود هوا
• اشکال مشعل

۷. سرویس و تعمیرات دوره‌ای

بازرسی استاندارد شامل:

• تست ضخامت‌سنجی لوله
• بازرسی چشمی
• بررسی دوده‌گیری
• تست نشتی

 

بخش ششم: تجربه خزر بویلر در کنترل رسوب و افزایش راندمان

شرکت خزر بویلر (خزر منبع بندر) در پروژه‌های صنعتی بزرگ کشور، بارها با مواردی روبه‌رو شده است که به علت رسوب‌گذاری، راندمان دیگ بخار ۲۰ تا ۳۰ درصد کاهش یافته بوده است. پس از:

• تصفیه آب
• کنترل Blowdown
• شستشو
• تنظیم مشعل
• نصب اکونومایزر

مصرف سوخت تا ۳۰ درصد کاهش یافته است.
این موضوع اهمیت کنترل رسوب را کاملاً ثابت می‌کند.

 

جمع‌بندی نهایی

رسوب‌گذاری در دیگ بخار نه‌تنها راندمان را کاهش می‌دهد و هزینه سوخت را بالا می‌برد، بلکه باعث تخریب لوله‌ها، کاهش عمر مفید بویلر و ایجاد خطرات جدی مانند ترک‌خوردگی یا حتی انفجار می‌شود.

شرکت خزر بویلر با تکیه بر استانداردهای بین‌المللی و تجربه چهار دهه‌ای خود، همواره استفاده از آب تصفیه‌شده، کنترل علمی Blowdown، سرویس دوره‌ای و پایش مستمر کیفیت آب را ضروری می‌داند.

کیفیت آب = عمر دیگ بخار
کنترل رسوب = راندمان بالاتر
راندمان بالاتر = کاهش هزینه سوخت