بویلرهای بخار در صنایع نفت و گاز:

بویلرها و توربین های گازی تجهیزاتی هستند که معمولاً برای تولید بخار و برق از طریق سوزاندن سوخت های فسیلی مورد استفاده قرار می گیرند .

بخار ، فاز گاز مایع آب است . هنگامی که آب در فشار تمسفر یک ، گرما جذب کند ، شروع به جوشش و تولید بخار می کند با تبدیل آب به بخار ، حجم آن تقریباً ۱۶۰۰ برابر می شود . و انرژی درونی آن نیز حداقل به میزان ۶ برابر در حالت اشباع افزایش می یابد .

گاز بر خلاف مایع تراکم پذیر است و به راحتی می توان آنرا فشرده کرد .

۱- دلایل استفاده وسیع از بخار در صنایع شیمیایی :

الف) فراوانی و ارزان بوده آب

ب) در دسترس بودن و نیز بی خطر بودن آب

پ) انتقال حرارت از بخار به اجسام دیگر به راحتی صورت می گیرد

مانند قرار دادن یک کویل در داخل یا قرار دادن یک ژاکت حرارتی در اطراف آن

ج) راحت بودن کنترل دمای بخار در صورتی که از آن برای حرارت دادن استفاده شود .

مانند نصب یک شیر کنترل برای کاهش یا افزایش حرارت

د) از بخار با فشار بالا می توان به کمک توربین بخار ، کار انجام داد .

از بویلر ها ( دیگ های بخار ) در صنعت ، برای تولید بخار استفاده می کنند .

• تقسیم بندی بویلر ها :

بویلرها براین اساس تقسیم بندی می شوند

• براساس نحوه گردش آب :

الف) جریان گردش طبیعی : اساس گردش آب در این نوع ، اختلاف دانسیته حاصل از تفاوت دما در لوله های پایین رودنه و بالا رونده می باشد .

ب) جریان گردش اجباری : که به وسیله استفاده از یک پمپ انجام می شود

۲- براساس نوع سوخت معدنی  

۱- با سوخت گازی

۲- سوخت مایع

۳- سوخت جامد

۴- سوخت ترکیبی

 

۳- براساس محتویات داخل لوله ها :

 در ادامه به آن خواهیم پرداخت

۴- براساس صاف یا خمیده بودن لوله ها :

۱- شیب دار

۲- عمودی

 

۵-براساس نوع منبع حررتی :

• سوخت فسیلی ( جامد ، مایع ، گاز )
• با انرژی الکتریکی
• با انرژی اتمی

۶-براساس فشار عملیاتی :

۱- بویلر با فشار پایین( زیر ۲۰۰ Psi )

۲- بویلر با فشار متوسط (۲۰۰-۵۰۰Psi  )

۳- بویلر با فشار بالا (۵۰۰-۲۰۰ Psi)

مهمترین معیار تقسیم بندی بویلرها براساس محتویات داخل لوله می باشد .

تقسیم بندی بویلرها براساس محتویات داخل لوله ها

• فایر تیوب

این نوع بویلرها از یک محفظه احتراق و دیگ تشکیل شده است . دیگ حاوی لوله هایی است که از یک طرف به آن وارد ف و از طرف دیگر خارج می گردند . بخشی از فضای دیگ توسط لوله ها اشغال شده و بقیه فضا برای آب در نظر گرفته شده است . گازهای گرم حاصل از سوزاندن سوخت در محفظه احتراق وارد این دسته از لوله شده و از سراسر دیگ عبور می کنند .انتقال حرارت بین گازهای عبوری از لوله ها و آب درون دیگ سبب گرم شدن آب و تولید بخار         می گردد .

 

۲- واتر تیوب 

این نوع بویلرها ، از محفظه احتراق ، لوله های بالارونده و پایین رونده ، مخازن بخار (Steam dram) مخزن لجن (Water  dram-mud … ) تشکیل شده اند

این بویلر ها می توانند اشکال مختلفی داشته باشند که براساس نوع لوله ها ، تعداد و نحوه قرار گیری مخازن بخار و لجن ، ساختارهای متنوعی را شامل می شوند .

انواع بویلرهای واتر تیوب

• بویلرهای تک درامه
• بویلر دو درامه ( نوع o,D )
• سه درامه ( به شکل A انگلیسی )
• بویلرهای چهار یا پنج درامه

برای تولید بخار ، ابتدا آب وارد دستگاهی به نام هوازدا یا Dearator  می شود تا در این مرحله گازهای نامحلول مانند اکسیژن و دی اکسید کربن از آن جدا شود تا موجب خوردگی در بویلر نشوند .

بعد از مرحله هوازدایی ، آب توسط تلمبه ها وارد رینک تغذیه بویلرها می شوند و سپس برای هر بویلر فرستاده می شوند .

آب تغذیه برای هر بویلر ، تحت کنترل جریان (FIC)   توسط یک لوله منشعب از خط اصلی ،  وارد قسمت پیش گرم کننده (ECONO Maizer )  شده و تا   گرم می شود .

آب خروجی از اکونوماریز وارد steam drum می شود . در درام بالا ، آب ورودی به بویلر از طریق لوله های پایین رونده (down comer) به سمت Water drum  می رود . از آنجا ، جریان آب وارد لوله های بالا رونده (Riser) می گردد .

لوله های بالا رونده ، بخش های مختلف محفظه احتراق را می سازند . مانند دیواره ها ، کف و سقف .

آب در لوله های بالارونده در معرض حرارت قرار گرفته و بخشی از آن تبدیل به بخار می شود .

مخلوطی از آب و بخار مجدداً وارد مخزن بخار ( درام بالا ) شده و در آنجا دو فاز بخار و آب از طریق عبور از مراحل جدا کننده آب و بخار از هم جدا می شوند .

جریان گردشی از بالا به پایین و بالعکس در اثر اختلاف دانسیته می باشد .

فاز بخار با عبور از مراحل جداسازی ذرات آب از بخار ، از آب جدا می شود و از طریق خطی جداگانه از بالای مخزن بخار ( درام بالا ) خارج می گردد . این بخار به صورت اشباع است . (Saturated steam)

برای بدست آوردن بخار خشک (Super Heated steam ) بخار مرطوب را به قسمت سوپرهیت می فرستند .

درقسمت سوپر هیت ، دو نوع تیوب وجود دارد :

• تیوب های اولیه Primary
• تیوب های ثانویه Secondary

برای تنظیم دمای خروجی وپرهیت نهایی ف به بخار خروجی از تیوب های اولیه ، تحت کنترل TIC مربوطه آب دی سوپرهیت تزریق می شود .

در نهایت بخارHps با فشار خروجی ۴۲ bar تا ۴۴ و دمای  تولید می شود و برای تامین انواع بخار مورد نیاز به قسمت Let Down station ( ایستگاه تقلیل فشار ) فرستاده می شود تا انواع بخارهای زیر در این قسمت تولید شود

Hps: 42 bar

Mps: 21 bar

Lps: 4.5 bar

LLps: 4 bar

بخار تولید شده در واحد بخار ، پس از استفاده در واحدهای عملیاتی ، مجدداً به واحد بخار بازگشته و پس از کندانس شدن مجدداًوارد سیکل تولید بخار می گردد.

• دلایل تصفیه کردن آب بویلر عبارتند از:
• جلوگیری از تشکیل رسوب
• حفظ کیفیت بخار
• به حداقل رساندن خوردگی در سیستم های بویلر و بخار

تصفیه خارجی کارهایی مانند مانند حذف ذرات سوسپاسیونی ، گازهای حل نشدنی ، سختی گیری از آب صورت می گیرد .

تصفیه داخلی آب بویلر با تزریق مواد شیمیایی به آب بویلر صورت می گیرد .

مهم ترین دلایل تزریق مواد شیمیایی :

• تنظیم PH و حفظ میزان قلیائیت
• سختی گیری از آب ورودی
• جلوگیری از تشکیل لجن
• حفاظت از بخش های در معرض حرارت از آب گرم
• هواگیری و جلوگیری از خورندگی اکسیژن
• جلوگیری از شکنندگی قلیایی
• جلوگیری از تشکیل فوم
• تشکیل فیلم محافظ برای جلوگیری از خوردگی
• جلوگیری از خوردگی به وسیله بخارات کاندنس شده

 

• اجزاء و متعلقات بویلر :

۱- واحد تامین آب Lpc,DM

۲- مبدل های حرارتی ، شلاخه ای از آب DM

۳- رینگ آب ورودی به بویلر

۴- صافی های دو قلوی آب ورودی به مخازن هواگیر

۵- مخازن هواگیر

۶- پمپ های تغذیه

۷- اکونوماریز

۸- Steam  dram ( درام بالا )

۹- Water  dram (درام پایین )

۱۰- لوله های Riser (بالا برنده )

۱۱- لوله های down comer  ( پایین برنده )

۱۲- دی سوپر هیتر

۱۳- سوپر هیت

۱۴- Blow  down ( تخیله آب بویلر )

۱۵- Soot blower  ( دوده زدایی )

۱۶- جدا کننده های آب و بخار در درام بالا

۱۷- Test pipe ( لوله تست )

۱۸- Silenser ها ( صدا خفه کن )

۱۹- psv ( شیرهای ایمنی فشار )

۲۰- دودکش ها stack

۲۱- محفظه احتراق

۲۲- اشعه های بنفش و مادون قرمز ( اسکانرها )

۲۳- مشعل ها

۲۴ – پایلوت مشعل ها

۲۵ – فن های دهنده

۲۶- پیش گرم کن هوا

۲۷- تزریق مواد شیمیایی

۲۸- سیستم نمونه گیری  sampling

۲۹- سیستم تامین سوخت به بویلر

۳۰- ایستگاه تقلیل فشار

۳۱- ونت ها و تخلیه ها

۳۲- رینگ بخار Hps

۳۳- Stop valve

۳۴- Reng valve

• مخازن هواگیر :

برای خارج کردن اکسیژن محلول در آب تغذیه دیگ های بخار و نیز گرم کردن این آب از مخازن هواگیر استفاده می کنند. هر کدام از این مخازن از دو مخزن افقی که بر روی همدیگر قرار دارند  تشکیل شده است که توسط پنج عدد لوله ارتباطی به هم مربوط می شوند که سه لوله برای پایین آمدن اب و دو لوله برای بالا رفتن بخارها دو اکسیژن تعبیه شده اند .

مکانیسم کار :

آب DM پس از عبور از فیلتر و نیز آب مقطر سرد و گرم (LPC) پس از عبور از فیلترها از بالا وارد مخزن می شوند ظرف بالایی دارای تعدادی صفحات جدا کننده و افشانک است که این افشانک ها یا ( نازل ها ) آب را بر روی صفحات جدا کننده می ریزد . بخار LLPS با فشار ۴ bar از پایین صفحات جدا کننده و آب های ورودی از بالای آن به پایین وارد می شوند .

در اثر تماس قطرات آب با بخار آب ، اکسیژن و گاز کربنیک موجود از طریق مسیرهای خروجی از vesel بالایی خارج می شود . (Vents) و آب ورودی ، گرم شده و از طریق لوله های ارتباطی وارد مخزن اصلی پایین می شود. که این مخزن کار ذخیره سازی آب برای پمپ های تغذیه را نیز انجام می دهد .

فشار مخازن هواگیر با بخار LLp 4bar کنترل گردیده و در نتیجه دمای آب خروجی  خواهد بود .

به خروجی مخازن هواگیر جهت حذف اکسیژن احتمالی باقی مانده و نیز تنظیم PH ماده ای به نام هلامین (H90) 90 تزریق می شود .

در گذشته به جای این ماده از هیدرازین و آمین استفادده می کرده اند

الف) اکونوماریز

آب تغذیه بویلر پس از هواگیری توسط تلمبه های تغذیه وارد رینگ آب می شود که برای هر بویلر شاخه ای از رینگ آب گرفته شده که به بویلر وارد می شود .به جهت پیش گرم کردن آب ، قبل از ورود به درام بالا آن را از درون اکونومایزر عبور می دهند و بدین صورت دمای آب از  خواهد رسید .گازهای حاصل از احتراق پس از عبور از بخش جابجایی از طریق کانال هایی وارد دود کش شده و از طریق آن وارد اتمسفر می گردد . به علت بالا بودن دمای این گازها و خارج شدن انرژی زیادی از بویلر به بیرون ، می توان از این انرژی برای افزایش راندمان بویلر استفاده کرد . به همین علت بویلرها دارای اکونوماریز می باشند .اکونوماریز در اصل مبدل های حرارتی شکل و دسته لوله هایی می باشند که در مسیر جریان گازهای گرم خروجی قرار داده می شوند .

ب) Steam drum ( مخزن بخار )

آب ورودی به بویلر پس از عبور از پیش گرم کننده ( اکونومایزر ) ابتدا به steam drum وارد می شود و از طریق لوله های پایین رونده به سمت مخزن پایین منتقل می گردند .  

مخلوط آب گرم و بخار نیز توسط لوله های بالا رونده به این مخزن منتقل می شوند .

با تجمع بخار در مخزن بخار ، فشار بخار ، بالا رفته و پس از رسیدن به فشار مورد نیاز عملیاتی و جداسازی قطرات آب از بخار ، به بیرون از مخزن انتقال داده می شود .

اگر فازهای بخار و آب به خوبی از هم جدا نشوند دو پدیده متداول در بویلر اتفاق می افتد .

• Carry over
• Carry under  

پدیده carry over

اگر قطراتی از آب به همراه بخار از مخزن بخاربه سمت سوپر هیت برود به آن Carry over می گویند . این پدیده سبب بروز مشکلاتی در بخش سوپر هیترها می گردند .

بدین صورت که قطرات آب حاوی املاحی هستند که پس از تبخیر آب در سوپر هیت بر روی جداره های داخلی سوپر هیت رسوب می کنند . بر اثر افزایش این رسوبات ، مشکل over heat شدن لوله ها و در پی آن خرابی آنها به وجود خواهد آمد .

پدیده Carry ounder

اگر در آب ورودی به لوله های پایین رونده مقداری بخار وجود داشته باشد به آن Carry under  می گویند به علت پدید آمدن این مشکل ، مقدار بخار در لوله های بالا رونده بیشتر از آب شده و در بخش هایی لوله خشک می ماند و مشکل over heat شدن لوله ها به وجود می آید .

پ) تیوب های بویلر

۱- لوله های پایین رونده : (down  comer)

 لوله هایی که آب ورودی به درام پایین منتقل می کنند و در بخش جابجایی بویلر قرار دارند .

۲- لوله های بالا رونده : (Riser)

این لوله ها در اصل محفظه احتراق بویلر را تشکیل می دهند . در این لوله ها ، آب با حرارت دیدن به سمت بالا حرکت می کند . گاهی به این لوله ها ، تبخیر کننده نیز می گویند حد فاصل دو لوله رایزر ، صفحه ای قرار گرفته تا از عبور گاز جلوگیری کند .

اگر رایزرها در دیواره باشند Tube Wall و اگر در کف باشند Fcoor  Tube نامیده می شوند .

ج) جداکننده های آب و بخار

در گذشته برای جدا کردن آب از بخار در درام بالا از Dry pipe استفاده می کردند . ولی امروزه برای جدا کردن بهتر از جداکننده های چند مرحله ای استفاده می کنند که شامل مراحل زیر می باشند :

• جدا کردن اولیه initial separation

رایزرها به درام بالا و درون یک کانال سراسری وارد می شوند که روی این کانال و به فاصله ای از آن یک صفحه فلزی نصب شده است . مخلوط آب و بخار خروجی از لوله های بالا رونده وارد این کانال شده و از آن سرریز می شود . بخش عمده آب از بخار جدا می شود . بخار حاصل به سمت بالا می رود و به صفحه فلزی برخورد می کند و برای عبور مجبور به تغییر جهت می گردد و به واسطه این برخورد و تغییر جهش ، بخش دیگری از آب همراه بخار جدا می شود .

 

• خشک کردن یا drying

بخار حاصل از مرحله اول مکن است حاوی ذرات مایع ، حباب ، کف یا فوم باشد . برای جداسازی آنها از فیلترهایی استفاده می کنند . این فیلترها انواع مختلفی دارند و عموماً به شکل جعبه هایی هستند که از بالا به هدر خروجی متصل و از پایین به وسیله یک صفحه فلزی مسدود است .

در دو سطح جانبی ، صفحات فلزی به موازات هم قرار دارند . بخار از لابه لای این صفحات فلزی عبور کرده و به داخل جعبه وارد می گردد و پس از آن از بالای جعبه به هدر خروجی می رود .

ذرات آب در برخورد با این صفحات فلزی از بخار جدا می گردند .

در انواع دیگر به جای این صفحات فلزی موازی هم ، از غشاهای متخلخل استفاده می شود . در برخی مخازن دیگر از جداکننده های سیلیکونی به جای کانالو صفحه فلزی ( در مرحله جدا کردن اولیه ) استفاده می گردد .                         

                                             

                         انواع Separator ها جهت جداسازی آب و ذرات معلق از جریان بخار و هوا (ساخت شرکت ADCA)

 

د) سوپز هیترها :

بخار بدست آمده از قسمت بالای مخزن بخار (Steam drum) بخار اشباع است یعنی بخار مرطوب برای بدست آوردن بخار خشک ، از قسمتی به نام سوپرهیت استفاده می کنند .  این قسمت در حقیقت نوعی مبدل حرارتی بوده و در ابتدای قسمت جابجایی بویلر قرار دارد که حرارت جذب می کند تا در شرایط فشار ثابت ، دمای آن افزایش یابد .

انواع سوپر هیترها :

• سوپر هیتر کننده ها از انواع جابجایی :

لوله هایی هستند که در مسیر عبور گازهای داغ با دمای بالا قرار دارند و با عبور گازها از روی آن ، دمای بخار بالا می رود .

• سوپر هیتر کننده ها از نوع تابشی :

در دیواره کوره قرار دارد و انرژی حرارتی را به صورت تابشی از شعله دریافت کرده و به بخار اشباع منتقل می کند اگر از داخل سوپر هیترها ، بخار اشباع با دبی مناسب عبور نکند به جهت در معرض تابش قرار داشتن آنها ، امکان over heat شدن و دچار سوختگی شدن لوله ها وجود دارد

• هم از بخش تابشی و هم از بخش جابجایی ، انرژی دریافت می کنند .

سوپر هیترها به اشکال زیر قرار می گیرند  :

• نوع معلق pendant – type : که توسط نگهدارنده ها از بالا آویزان می شوند .
• نوع وارونه Inverted :که توسط نگهدارنده ها در بخش کانوکش قرار دارد .

این نوع سوپر هیترها به دلیل اینکه از لحاظ موقعیت ، در جایی از بویلر نصب هستند که تعمیرات آنها مشکل است به همین دلیل از جنس بسیار مقاو ساخته شده است که دچار مشکل نشود .     

ر) ری هیتر ( دی هیتر )

برای بدست آوردن بخار خروجی با دما و فشار کنترل شده از این بخش استفاده می شود که متعادل کننده یا دی سوپر هیتر نام دارد . که بین دو مرحله سوپر هیت قرار دارد .

عموماً برای کنترل دمای بخار سوپر هیت ، از آب استفاده می کنند و با تزریق به بخار خروجی ، این آب با جذب انرزی گرمایی به بخار تبدیل می شود و دمای آن را پایین می آورد .

عملکرد کلی دی سوپرهیترها به این صورت است که در مسیر عبور بخار سوپر هیت ، یک لوله آب با سوراخ هایی بر سطوح جانبی قرار داده می شود که آب از طریق این سوراخ ها به داخل جریان بخار اسپری می گردد .

اسپری کردن آب در مسیر بخار به دو صورت انجام می گیرد :

• دی سوپرهیتر با سوراخ ثابت : Fixed nozzle  desuper heater   

این لوله سوراخ دار به طور ثابت در جریان بخار قرار دارد آب ورودی از طریق شیر کنترل به این لوله وارد می شود دمای بخار پس از تزریق آب توسط یک ترمومتر ، اندازه گیری می شود و در صورت متفاوت بودن دمای اندازه گیری شده با دمای مورد نظر ، فرمانی به شیر کنترل صادر می گردد تا دبی اب تزریقی تغییر نکند .

 

• دی سوپر هیتر با سوراخ های متغییر :variable nozzle

در این نوع از یک دیسک درون لوله سوراخ دار استفاده شده است که این دیسک می تواند جلوی عبور آب از سوراخ ها را بگیرد و یا توسط میله ای ، دیسک به سمت بالا حرکت کند و مقدار آب بیشتری خارج شود .

جهت کسب اطلاعات بیشتر با دفتر مرکزی شرکت آداک انرژی تماس حاصل فرمایید.  44462186 – 021