مياه تغذية الغلاية

ماء تغذية الغلاية هو الماء الذي يُضخ إلى الغلاية . يُضخ ماء التغذية إلى أسطوانة البخار بواسطة مضخة التغذية. داخل أسطوانة البخار، يتحول ماء التغذية إلى بخار بفعل الحرارة. بعد استخدام البخار، يُنقل إلى المكثف الرئيسي. من المكثف، يُضخ إلى خزان التغذية المُزال منه الهواء. من هذا الخزان، يعود إلى أسطوانة البخار لإكمال دورته. لا يتعرض ماء التغذية للهواء الجوي مطلقًا. تُعرف هذه الدورة بالنظام المغلق أو دورة رانكين .

خلال المراحل الأولى لتطوير الغلايات، لم تكن معالجة المياه تشكل مشكلة كبيرة، إذ كانت درجات الحرارة والضغوط منخفضة للغاية بحيث لا تتشكل كميات كبيرة من الترسبات والصدأ بشكل ملحوظ، خاصةً عند تفريغ الغلاية من الهواء . وكان من الممارسات الشائعة تركيب ألواح الزنك و/أو استخدام مواد كيميائية قلوية للحد من التآكل داخل الغلاية. وقد أُجريت العديد من الاختبارات لتحديد سبب التآكل (والحماية الممكنة) في الغلايات باستخدام الماء المقطر ومواد كيميائية مختلفة ومعادن قابلة للاستهلاك. ^{[ 1 ]} ويمكن إضافة نترات الفضة إلى عينات مياه التغذية للكشف عن التلوث بمياه البحر . وقد ذُكر استخدام الجير للتحكم في القلوية منذ عام 1900، واستخدمته البحرية الفرنسية والبريطانية حتى عام 1935 تقريبًا. ^{[ 2 ]} أما في الغلايات الحديثة، فتُعد معالجة مياه التغذية أمرًا بالغ الأهمية، إذ تنشأ مشاكل نتيجة استخدام المياه غير المعالجة في بيئات ذات ضغط ودرجة حرارة مرتفعين للغاية. ويشمل ذلك انخفاض كفاءة نقل الحرارة، وارتفاع درجة الحرارة، والتلف، وتكاليف التنظيف الباهظة.

يتمتع الماء بسعة حرارية أعلى من معظم المواد الأخرى، مما يجعله مادة خام مثالية لتشغيل الغلايات. تُعدّ الغلايات جزءًا من نظام مغلق، على عكس الأنظمة المفتوحة في التوربينات الغازية . النظام المغلق المستخدم هو دورة رانكين ، ما يعني إعادة تدوير الماء في جميع أنحاء النظام دون ملامسته للغلاف الجوي. يُعاد استخدام الماء، ويحتاج إلى معالجة لضمان استمرار التشغيل بكفاءة. يجب معالجة ماء الغلاية لضمان إنتاج البخار بكفاءة، ومنع الترسبات والتآكل والرغوة وتكوين الفقاعات.

تُضاف المواد الكيميائية إلى ماء الغلاية عبر خزان التغذية الكيميائية للحفاظ على تركيزها الكيميائي ضمن النطاق المطلوب. تتكون هذه المواد في الغالب من مواد ماصة للأكسجين وفوسفات . كما يُجرى تصريف متكرر لماء الغلاية لخفض نسبة الكلوريد. وتشمل عمليات تشغيل الغلاية أيضًا تصريفًا من الأسفل للتخلص من المواد الصلبة. تتكون الترسبات الكلسية من شوائب تترسب من الماء ثم تتشكل على أسطح نقل الحرارة. تُعد هذه مشكلة لأن الترسبات الكلسية لا تنقل الحرارة بكفاءة، مما يؤدي إلى تلف الأنابيب نتيجة ارتفاع درجة حرارتها. يحدث التآكل بفعل الأكسجين الموجود في الماء، حيث يتسبب الأكسجين في أكسدة المعدن، مما يخفض درجة انصهاره. يحدث الرغوة والتخمر الأولي عندما لا يحتوي ماء الغلاية على الكمية المناسبة من المواد الكيميائية والمواد الصلبة العالقة، والتي تنتقل إلى الأنبوب الجاف. الأنبوب الجاف هو المكان الذي يتم فيه فصل خليط البخار والماء.

تُستخدم معالجة مياه الغلايات للتحكم في القلوية، ومنع الترسبات الكلسية، وتصحيح درجة الحموضة، والتحكم في الموصلية الكهربائية. ^{[ 3 ]} يجب أن تكون مياه الغلايات قلوية وليست حمضية، حتى لا تُتلف الأنابيب. قد ترتفع الموصلية الكهربائية في مياه التغذية عند وجود كمية كبيرة من المواد الصلبة الذائبة. يمكن التحكم في هذه المعالجات الصحيحة من خلال مشغل كفء واستخدام مواد كيميائية معالجة. تتمثل الأهداف الرئيسية لمعالجة مياه الغلايات وتكييفها في تبادل الحرارة دون ترسبات كلسية، والحماية من الترسبات الكلسية، وإنتاج بخار عالي الجودة. يمكن تقسيم معالجة مياه الغلايات إلى جزأين: المعالجة الداخلية والمعالجة الخارجية. ^{[ 4 ]}

تُستخدم المعالجة الداخلية لمياه تغذية الغلاية، بينما تُستخدم المعالجة الخارجية لمياه التغذية الإضافية ومياه التكثيف في النظام. تحمي المعالجة الداخلية من عسر مياه التغذية بمنع ترسب الترسبات على أنابيب الغلاية. كما تحمي من تركيزات المواد الصلبة الذائبة والمعلقة في مياه التغذية دون الحاجة إلى تحضير مسبق أو تكوين رغوة. تُساعد هذه المواد الكيميائية أيضًا في ضبط قلوية مياه التغذية، مما يجعلها أكثر قاعديةً لحماية الغلاية من التآكل. تُحفظ القلوية المناسبة بإضافة الفوسفات، الذي يُرسب المواد الصلبة في قاع أسطوانة الغلاية. يُضخ الهواء من أسفل أسطوانة الغلاية لإزالة هذه المواد الصلبة. تشمل هذه المواد الكيميائية أيضًا عوامل مضادة للترسبات، ومزيلات للأكسجين، وعوامل مضادة للرغوة. يمكن أيضًا معالجة الحمأة بطريقتين: التخثير والتشتيت. عند وجود نسبة عالية من الحمأة، يُفضّل تكتيلها لتكوين جزيئات كبيرة، ثمّ استخدام النفخ السفلي لإزالتها من مياه التغذية. أما عند وجود نسبة منخفضة من الحمأة، فيُفضّل استخدام المشتتات لأنها تُوزّع الحمأة في مياه التغذية، ما يمنع تكوّنها.

تُزال الأكسجين وثاني أكسيد الكربون من مياه التغذية عن طريق إزالة الهواء. ويمكن تحقيق ذلك باستخدام سخانات إزالة الهواء، وأجهزة إزالة الهواء الفراغية، والمضخات الميكانيكية، وقاذفات البخار النفاثة. في سخانات إزالة الهواء، يُرش البخار مياه التغذية الداخلة ويحمل معه الغازات المذابة. كما تخزن أجهزة إزالة الهواء مياه التغذية الساخنة الجاهزة للاستخدام في الغلاية. تُستخدم هذه الطريقة الميكانيكية لإزالة الهواء مع عوامل كيميائية لامتصاص الأكسجين لزيادة الكفاءة. ^{[ 4 ]} يمكن تصنيف سخانات إزالة الهواء إلى مجموعتين: سخانات الرش وسخانات الصواني. في سخانات الصواني، تُرش المياه الداخلة في جو من البخار حتى تصل إلى درجة حرارة التشبع. عند الوصول إلى درجة حرارة التشبع، يُطلق معظم الأكسجين والغازات غير القابلة للتكثيف. توجد موانع تسرب تمنع إعادة تلوث المياه في قسم الرش. ثم تسقط المياه إلى خزان التخزين الموجود أسفلها. بعد ذلك، تُصرّف الغازات غير القابلة للتكثيف والأكسجين إلى الغلاف الجوي. تتكون مكونات سخان إزالة الهواء من نوع الصينية من غلاف، وفوهات رش، ومكثف تهوية ذو اتصال مباشر، ومجموعات صواني، وجدران واقية بين الحجرات.

يشبه جهاز إزالة الهواء بالرش جهاز إزالة الهواء بالصواني. يُرش الماء في جو من البخار، فتُطلق معظم الأكسجين والمواد غير القابلة للتكثيف إلى البخار. ثم يسقط الماء إلى جهاز تنقية البخار، حيث يتسبب انخفاض طفيف في الضغط في تبخر الماء قليلاً، مما يُساعد أيضًا في إزالة الأكسجين والمواد غير القابلة للتكثيف. بعد ذلك، يفيض الماء إلى خزان التخزين. ثم تُصرّف الغازات إلى الغلاف الجوي. أما في إزالة الهواء بالتفريغ، فيُطبّق تفريغ على النظام، ثم يُسخّن الماء إلى درجة حرارة التشبع. يُرش الماء في الخزان كما في أجهزة إزالة الهواء بالرش والصواني. ويُصرّف الأكسجين والمواد غير القابلة للتكثيف إلى الغلاف الجوي. ^{[ 4 ]}

يجب معالجة مياه التغذية بشكل خاص لتجنب المشاكل في الغلاية والأنظمة اللاحقة. فمياه التغذية غير المعالجة للغلاية قد تسبب التآكل والترسبات.

لا تحتوي قاطرات البخار عادةً على مكثفات، لذا لا يُعاد تدوير مياه التغذية، ويكون استهلاك المياه مرتفعًا. ونظرًا لأن استخدام المياه منزوعة الأيونات مكلف للغاية، تُستخدم أنواع أخرى من معالجة المياه. وتشمل المواد الكيميائية المستخدمة عادةً كربونات الصوديوم ، وبيسلفيت الصوديوم ، والتانين ، والفوسفات ، ومادة مضادة للرغوة . ^{[ 6 ]}

وقد شملت أنظمة العلاج ما يلي:

• ألفلوك، الذي طورته شركة السكك الحديدية البريطانية وشركة إمبريال للصناعات الكيميائية ^{[ 7 ]}
• العلاج المتكامل لأرماند (TIA)، الذي طوره لويس أرماند
• علاج بورتا، الذي طوره ليفيو دانتي بورتا ^{[ 8 ]}

• مضخة مياه تغذية الغلاية
• المبخر
• الهيلامين

• شونآن، سي.، تشينغ، زد.، وزي شين، زد. (2008). دراسة تأثير تركيز أيون الكلوريد على سلوك تآكل الفولاذ الكربوني في تركيبات مياه الغلايات الفوسفاتية عالية الحرارة. طرق ومواد مكافحة التآكل، 55(1)، 15-19.
• سيندلباخ، م. (1988). معالجة مياه الغلايات: لماذا، وماذا، وكيف. الهندسة الكيميائية، 95(11)، 127.
• خصائص مياه تغذية الغلايات. (بدون تاريخ). تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 مارس 2015، من الرابط التالي: http://www.lenntech.com/applications/process/boiler/boiler-feedwater-characteristics.htm

• تكوين نظام تغذية مياه الغلاية