بررسی جایگزین سیستم CPP نیروگاه طوس و انتخاب سیستم جایگزین مناسب

0
2800

در این‌ نوشتار پس‌ از معرفی‌ سیستمهای‌ مختلف‌ CPP، با توجه‌ به‌ مزایا و معایب‌ این‌سیستمها، سیستم‌ با CPP مناسب‌ (کاتیونی‌ – مخلوط) با رزین‌ قابل‌ احیا، انتخاب‌ شده‌ وبراساس‌ آن‌ چگونگی‌ طراحی‌، ساخت‌ و نصب‌ پایلوت‌ CPP زرین‌ قابل‌ احیا به‌ موازات‌سیستم‌ CPP نیروگاه‌ طوس‌، توضیح‌ داده‌ شده‌ است‌. در انتها تأثیر عوامل‌ مختلف‌ نظیر دما،دبی‌ آب‌، غلظت‌ و نوع‌ یون‌ و زمان‌، بر عملکرد و کارایی‌ پایلوت‌ CPP ارایه‌ شده‌ است‌ که‌ باتوجه‌ به‌ نتایج‌ حاصل‌، مشخص‌ شده‌ جایگزینی‌ سیستم‌ CPP موجود در نیروگاه‌ طوس‌ باسیستم‌ انتخابی‌ در نظر گرفته‌ شده‌، مناسب‌ است‌.
در سالهای‌ اخیر به‌دلیل‌ نیاز به‌ بویلرهای‌فشار بالا، تصفیه‌ کندانسیت‌، مورد توجه‌بیشتری‌ قرار گرفته‌ است‌. از آن‌جا که‌کندانسیت‌ عموما عاری‌ از املاح‌ محلول‌بوده‌ و نیاز آن‌ به‌ تصفیه‌، کم‌ است‌، گاه‌ درتصفیه‌ آن‌ غفلت‌ شده‌ است‌ و در شرایطی‌ که‌کندانسیت‌ آلودگی‌ زیادی‌ داشته‌، عموما دورریخته‌ شده‌ است‌.
تا قبل‌ از بکارگیری‌ بویلرهای‌ جدید، به‌مساله‌ تصفیه‌ کندانسیت‌ توجه‌ زیادی‌نمی‌شد ولی‌ امروزه‌ با توجه‌ به‌ این‌که‌بویلرهای‌ جدید، دارای‌ درجه‌ حرارت‌، فشارو ظرفیت‌ بالایی‌ هستند، مقادیر جزیی‌ املاح‌و مواد معلق‌ نیز مشکل‌ آفرین‌ است‌. درچنین‌ حالتهایی‌ صرفا تصفیه‌ آب‌ جبرانی‌کافی‌ نبوده‌ و باید آلودگیهای‌ کندانسیت‌بازگشتی‌ به‌ بویلر نیز به‌ حداقل‌ مقدار ممکن‌برسد. با ظهور انرژی‌ هسته‌ای‌ به‌ ویژه‌ کاربردراکتورهای‌ آب‌ جوشان‌ و راکتورهای‌ باخنک‌کن‌ گاز، نیاز به‌ تصفیه‌ کندانسیت‌ قبل‌ ازورود به‌ بویلر، افزایش‌ پیدا کرده‌ است‌.
حدود ۵۰ درصد یا بیشتر از آب‌ تغذیه‌بویلر، کندانسیت‌ تشکیل‌ شده‌ در کندانسوراست‌ و این‌ در حالی‌ است‌ که‌ در بویلرهای‌ بافشار ۲۰۰۰psi و بالاتر، تصفیه‌ کندانسیت‌،مورد نیاز است‌. بویلرهای‌ جدید نسبت‌ به‌ تشکیل‌ رسوب‌، بسیار حساس‌ بوده‌ و این‌رسوبات‌ می‌توانند موجب‌ بروز اورهیت‌شده‌ یا به‌ دیواره‌ لوله‌های‌ قسمتهای‌ مختلف‌آسیب‌ برسانند. همچنین‌ در نتیجه‌ناخالصی‌های‌ موجود در آب‌ جبرانی‌،احتمال‌ بروز پدیده‌ حمل‌ قطرات‌
(Carry Over) افزایش‌ یافته‌ که‌ موجب‌ پایین‌آمدن‌ کیفیت‌ بخار و در نهایت‌ کاهش‌ بازدهی‌توربین‌ شده‌ و از طرف‌ دیگر به‌ صورت‌ترکیدگی‌ خوردگی‌ تنشی‌ (SCC)پدیدارمی‌شود.

تصفیه‌ کندانسیت‌ در نیروگاهها
هدف‌ از تاسیس‌ واحد تصفیه‌ کندانسیت‌(CPP)، تصفیه‌ کل‌ جریان‌ کندانسیت‌به‌گونه‌ای‌ است‌ که‌ کیفیت‌ استاندارد آب‌بویلر/ آب‌ تغذیه‌ در صورت‌ ورود هرگونه‌ناخالصی‌ به‌ کندانسیت‌، ثابت‌ نگه‌ داشته‌شود. انواع‌ مختلفی‌ از سیستمهای‌ CPPوجود دارد که‌ بخش‌ اصلی‌ تصفیه‌ همه‌ آنهاشامل‌ بستر مخلوط است‌. انواع‌ سیستمهای‌متداول‌ تصفیه‌ کندانسیت‌ شامل‌ این‌ موارداست‌:
– بسترهای‌ مخلوط
– رزین‌ پودری‌ رPowdex بسترهای‌ مخلوط
– بسترهای‌ مخلوطر رزینهای‌ پودری‌Powdex
– واحدهای‌ کاتیونی‌ر بسترهای‌ مخلوط-فیلترهار بسترهای‌ مخلوط
– فیلتر با پوشش‌ کاتیونی‌ر بسترهای‌مخلوط
– واحدهای‌ کاتیونی‌، واحد آنیونی‌ر واحدکاتیونی‌

انتخاب‌ سیستم‌ CPP مناسب‌ با رزین‌ قابل‌احیا در نیروگاه‌ طوس‌
در یون‌ زدایی‌ کندانسیت‌ با استفاده‌ ازرزینهای‌ پودری‌، لایه‌ نازکی‌ از رزینهای‌کاتیونی‌ و آنیونی‌ (دانه‌ بندی‌ رزین‌ حدود۳۰mm) بر روی‌ سطح‌ خارجی‌ استوانه‌ فلزی‌میان‌ تهی‌ قرار گرفته‌ است‌. استفاده‌ از تا این‌رزینها در رزین‌ CPP اشباع‌ کامل‌ ظرفیت‌ یارسیدن‌ به‌ افت‌ فشار مشخص‌، ادامه‌ دارد. درپایان‌ این‌ مرحله‌ با عبور آب‌ درجهت‌ عکس‌جریان‌ بهره‌برداری‌، رزین‌ اشباع‌ شده‌ از سطح‌استوانه‌، جدا می‌شود.
مزایای‌ اصلی‌ این‌ سیستم‌ عبارتند از:
الف‌) به‌ مقدار قابل‌ ملاحظه‌ای‌ از مهاجرت‌محصولات‌ خوردگی‌ به‌ بویلرهای‌ LPجلوگیری‌ می‌کند.
ب‌) تعویض‌ رزینهای‌ کارکرده‌ آسان‌ است‌.
مهمترین‌ معایب‌ این‌ سیستم‌ عبارتند از:
الف‌) هزینه‌ بهره‌برداری‌ آن‌ بالاست‌ چون‌رزینها در دوره‌های‌ مشخصی‌ از بهره‌ برداری‌،باید تعویض‌ شوند.
ب‌) محدودیت‌ دمای‌ بهره‌برداری‌، وجوددارد.
ج‌) قابلیت‌ محدود برای‌ رفع‌ آلودگی‌کندانسیت‌.
در سیستمهای‌ CPP اولیه‌ نیروگاهها، برای‌اولین‌ مرحله‌ تصفیه‌، از فیلتر استفاده‌ می‌شد.فیلترهای‌ پریکوت‌، یکی‌ از انواع‌ این‌فیلترهاست‌ که‌ گرانقیمت‌ بوده‌ اما فضای‌نسبتا کمی‌ اشغال‌ می‌کنند. این‌ فیلترهاعموما با بازدهی‌ بالایی‌، آهن‌ معلق‌ درکندانسیت‌ را حذف‌ می‌کنند اما دفع‌ پریکوت‌اشباع‌ شده‌ از سطح‌ استوانه‌ها، همواره‌ کامل‌نبوده‌ و این‌ امر باعث‌ می‌شود تا پریکوت‌بعدی‌ دارای‌ کیفیت‌ مطلوب‌ نباشد. از دیگرانواع‌ فیلترها، فیلترهای‌ مغناطیسی‌ است‌.این‌ فیلترها ذرات‌ مواد فرومغناطیسی‌ و به‌مقدار محدود، اکسید مس‌ را حذف‌ می‌کنند. استفاده‌ از این‌ فیلترها به‌دلیل‌ کنترل‌ شدید درشرایط شیمیایی‌ و نصب‌ نیروگاههایی‌ CPPکه‌ آب‌ تغذیه‌ با کیفیت‌ عالی‌ مورد نظر است‌،ادامه‌ پیدا نکرد.
بسترهای‌ مخلوط واحد CPPساختاری‌مشابه‌ با واحدهای‌ آنیونی‌ و کاتیونی‌ تصفیه‌آب‌ جبرانی‌ دارند. بسترهای‌ مخلوط در CPPباید دارای‌ امکانات‌ احیای‌ خارجی‌ باشندچون‌ تداخل‌ رزینهای‌ کاتیونی‌ و آنیونی‌ درفصل‌ مشترک‌ دو نوع‌ رزین‌ باعث‌ کاهش‌بازده‌ احیای‌ بستر می‌شود. اولین‌ ضرورت‌ درکاهش‌ آلودگی‌ رزینها با محلولهای‌ احیا کننده‌این‌ است‌ که‌ این‌ رزینهای‌ کاتیونی‌ و آنیونی‌باید دارای‌ دانه‌بندی‌ و دانسیته‌ مناسب‌ باشندتا جداسازی‌ خوبی‌ در شست‌وشوی‌معکوس‌ به‌وجود آید. البته‌ در حالت‌ ایده‌آل‌،رزین‌ آنیونی‌ با دانه‌بندی‌ کوچک‌ و دانسیته‌پایین‌، بهترین‌ شرایط جداسازی‌ را فراهم‌می‌کند. اگر چه‌ سایر عوامل‌ از قبیل‌ افت‌ فشار، قدرت‌ فیزیکی‌، ظرفیت‌ بهره‌برداری‌ ورفتار سینتیکی‌ نیز باید رضایت‌ بخش‌ باشد.
اگر یک‌ واحد کاتیونی‌ (به‌ شکل‌هیدروژنی‌) قبل‌ از بستر مخلوط قرار گیردنسبت‌ رزین‌ کاتیونی‌ به‌ آنیونی‌ در بسترمخلوط حدود ۱:۱ خواهد بود و در غیاب‌بستر کاتیونی‌ فوق‌، اغلب‌ نسبت‌ بالاترکاتیون‌ به‌ آنیون‌، یعنی‌ حدود۲:۱ استفاده‌می‌شود. از نظر تبادل‌ یون‌، سیستم‌ کاتیون‌-مخلوط نسبت‌ به‌ سیستم‌ بستر مخلوطارجحیت‌ دارد.
مزایای‌ اصلی‌ سیستم‌ کاتیون‌ – مخلوطعبارتند از:
الف‌) آب‌ با کیفیت‌ بالاتری‌ تولید می‌شود.
ب‌) از جزء آنیونی‌ بستر مخلوط، ظرفیت‌بالاتری‌ را می‌توان‌ به‌دست‌ آورد.
ج‌) سیستم‌، توانایی‌ بیشتری‌ برای‌ تطبیق‌ باتغییرات‌ pH کندانسیت‌ دارد.
د) انعطاف‌ پذیری‌ بیشتری‌ در نسبت‌کاتیون‌/آنیون‌ مورد استفاده‌ در بستر مخلوطحاصل‌ می‌شود.
س‌) تعداد دفعات‌ احیای‌ بستر مخلوطکاهش‌ یافته‌ و در صورتی‌ که‌ نشتی‌ کندانسوروجود نداشته‌ باشد می‌توان‌ پس‌ از هر پنج‌بار احیای‌ بستر کاتیونی‌، یک‌ بار بسترمخلوط را احیا کرد. با کاهش‌ تعداد دفعات ‌احیای‌ بستر مخلوط، میزان‌ سولفات‌ ورودی‌به‌ سیستم‌ نیز کاهش‌ می‌یابد.
ش‌) امکان‌ فیلتراسیون‌ اضافی‌ فراهم‌ شده‌ که‌در نتیجه‌ از رزینهای‌ بستر مخلوط محافظت‌می‌کند.
از مهمترین‌ معایب‌ سیستم‌ کاتیون‌ – مخلوطعبارت‌ است‌ از: افزایش‌ افت‌ فشار درسیستم‌ و نیاز به‌ فضای‌ بزرگتر و صرف‌هزینه‌های‌ بیشتر.
با توجه‌ به‌ مطالعات‌ انجام‌ شده‌، سیستم‌تبادل‌ یون‌ کاتیون‌ – مخلوط با رزین‌ قابل‌احیا به‌عنوان‌ سیستم‌ مورد نظر برای‌جایگزینی‌ سیستم‌ CPP موجود در نیروگاه‌طوس‌ انتخاب‌ شد.

طراحی‌، ساخت‌ و نصب‌ پایلوت‌ CPP
با توجه‌ به‌ شرایط عملیاتی‌ ، پایلوت‌ CPP انتخابی‌ شامل‌ یک‌بستر کاتیونی‌ و یک‌ بستر مخلوط، طراحی‌شد. پس‌ از تهیه‌ مشخصات‌ فنی‌، فلودیاگرام‌ ونقشه‌های‌ ساخت‌ تجهیزات‌ اصلی‌ پایلوت‌CPP، تصمیم‌ گرفته‌ شد. کار ساخت‌ پایلوت‌به‌ قسمت‌ شیمی‌ نیروگاه‌ طوس‌ واگذار شود. با ساخت‌ تجهیزات‌ اصلی‌ پایلوت‌، این‌تجهیزات‌ در زیر طبقه‌ همکف‌ محل‌ استقرارسیستم‌ اصلی‌ CPPواحد یک‌ آن‌ نیروگاه‌نصب‌ شد‌. همان‌طورکه‌ ازاین‌ شکل‌ استنباط می‌شود پایلوت‌ CPP درمسیر By Passاز سیستم‌ اصلی‌ CPP وبه‌صورت‌ موازی‌ با آن‌ نصب‌ شده‌ است‌.

نتایج‌ آزمایشهای‌ پایلوت‌ CPP
به‌منظور ارزیابی‌ عملکرد و کارایی‌ بهینه‌پایلوت‌ CPP انتخابی‌، اثر دما، دبی‌ آب‌،غلظت‌ و نوع‌ یون‌ و زمان‌ کارکرد بر کارایی‌پایلوت‌ CPP در قالب‌ آزمایشهایی‌ بررسی‌شد که‌ به‌صورت‌ خلاصه‌ تشریح‌ می‌شود:
الف‌: اثر دما بر عملکرد و کارایی‌پایلوت‌CPP
بررسیهای‌ انجام‌ شده‌ نشان‌ می‌دهد که‌کارایی‌ رزینهای‌ کاتیونی‌ در بستر کاتیونی‌ درحداکثر درجه‌ حرارت‌ ۷۲ درجه‌ سانتی‌گرادبعد از ۲۶ ساعت‌ کارکرد، معادل‌۴۹/۸۸ درصد و کارایی‌ مخلوط رزینهای‌ آنیونی‌ و کاتیونی‌ در بستر مخلوط در دمای‌ ۷۰ درجه‌سانتی‌گراد بعد از ۲۶ ساعت‌ کارکرد،۲۳درصد بوده‌ است‌.
ب‌) اثر دبی‌ آب‌ بر عملکرد و کارایی‌ پایلوت‌CPP
بررسیهای‌ انجام‌ شده‌ نشان‌می‌دهد که‌ با افزایش‌ دبی‌ آب‌، کنداکتیویته ‌آب‌ خروجی‌ از بستر کاتیونی‌ شدیدا کاهش‌یافته‌ و رزین‌ کاتیونی‌ این‌ بستر در حداکثردبی‌ ۲۵m3/hr معادل‌ ۴۹/۸۸ درصد، کارایی‌دارد. همچنین‌ در حداکثر دبی‌ آب‌،کنداکتیویته‌ آب‌ ورودی‌ به‌ بستر مخلوطms/cm 1/3 بوده‌ و کنداکتیویته‌ آب‌ خروجی‌از بستر مخلوط تا ۱ms/cm کاهش‌ می‌یابد که‌نشان‌ دهنده‌ ۲۳ درصد کارایی‌ رزین‌ انتخاب‌شده‌ برای‌ دبی‌ فوق‌ است‌.

ج‌) اثر غلظت‌ و نوع‌ یون‌ بر عملکرد و کارایی‌پایلوت‌ CPP
بررسیهای‌ انجام‌ شده‌ مطابق‌ شکل‌ (۴) نشان‌می‌دهد که‌ یونهای‌ آهن‌ و آمونیاک‌ به‌ نحومطلوبی‌ توسط پایلوت‌ CPP حذف‌ شده‌اندولی‌ یون‌ سیلیس‌ کاهش‌ کمتری‌ داشته‌ است‌.همچنین‌ هر قدر غلظت‌ یونهای‌ آمونیوم‌ وآهن‌ بیشتر باشد تبادل‌ آن‌ به‌وسیله‌ رزینهای‌کاتیونی‌ محسوس‌تر است‌. در پایلوت‌طراحی‌ شده‌ به‌دلیل‌ بار کاتیونی‌ قابل‌ملاحظه‌ ناشی‌ از یونهای‌ آمونیوم‌ و آهن‌ و نیزپایین‌ بودن‌ بار آنیونی‌، علاوه‌ بر منظور کردن‌بستر کاتیونی‌ قبل‌ از بستر مخلوط، نسبت‌رزین‌ کاتیونی‌ به‌ آنیونی‌ در بستر مخلوط۲به‌۱ درنظر گرفته‌ شده‌ است‌.

ج‌) اثر زمان‌ بر عملکرد و کارایی‌ پایلوت‌CPP
بررسیهای‌ انجام‌ شده‌ مطابق‌ شکل‌ (۵) نشان‌می‌دهد که‌ با افزایش‌ زمان‌ بهره‌برداری‌ ازپایلوت‌، رزین‌ کاتیونی‌ ظرفیت‌ تبادل‌ خود راحفظ کرده‌ و رزین‌ آنیونی‌ بستر مخلوط،کاهش‌ ظرفیت‌ پیدا کرده‌ است‌.

ه‌) تغییرات‌ pH با دبی‌ آب‌
بررسیهای‌ انجام‌ شده‌ مطابق‌ شکل‌ (۶) نشان‌می‌دهد که‌ با افزایش‌ دبی‌ آب‌، pH در آب‌خروجی‌ از بستر کاتیونی‌، افزایش‌ و در آب‌خروجی‌ از بستر مخلوط، کاهش‌ می‌یابد.

نتیجه‌گیری‌
– از مهمترین‌ مزایای‌ فنی‌ و اقتصادی‌سیستم‌ جایگزین‌ نسبت‌ به‌ سیستم‌ موجوداین‌ است‌ که‌ در سیستم‌ موجود رزینهای‌پودری‌ در دوره‌های‌ زمانی‌ کوتاه‌، اشباع‌می‌شوند و به‌دلیل‌ عدم‌ امکان‌ احیا بایدتعویض‌ شوند ولی‌ با بکارگیری‌ سیستم‌مناسب‌ (کاتیون‌ – مخلوط) با رزینهای‌ قابل‌احیا، به‌دلیل‌ قابلیت‌ احیای‌ مجدد و همچنین‌طولانی‌ شدن‌ دوره‌ زمانی‌ احیای‌ بسترمخلوط، از مصرف‌ مواد شیمیایی‌ نظیر اسیدو سود و اتلاف‌ رزین‌ و در نتیجه‌ از خروج‌ارز، جلوگیری‌ می‌شود.
– از معایب‌ فنی‌ سیستم‌ موجود بالا بودن‌کنداکتیویته‌ و آمونیاک‌ آب‌ ورودی‌ به‌CPP، است‌ که‌ زمان‌ اشباع‌ رزینهای‌ پودری‌ رادر سیستم‌ موجود کوتاه‌ می‌کند ولی‌ درسیستم‌ جایگزین‌ با بکارگیری‌ بستر کاتیونی‌،این‌ نقص‌ برطرف‌ می‌شود.
– استفاده‌ از رزین‌ کاتیونی‌ Lewatit S 100به‌دلیل‌ مقاومت‌ حرارتی‌ بالا و حفظ ظرفیت‌تبادل‌ یون‌ در شرایط طراحی‌ نیروگاه‌ طوس‌،مناسب‌ بوده‌ ولی‌ رزینهای‌ آنیونی‌ LewatitM 500به‌دلیل‌ این‌که‌ در محدوده‌ دمایی‌ ۶۰ تا۷۲ درجه‌ سانتی‌گراد و حداکثر دبی‌ m3/hr25 از نظر دانه‌بندی‌ رزین‌ و ظرفیت‌ تبادل‌یونی‌ تغییراتی‌ داشته‌ و ضمن‌ خرد شدن‌رزین‌، ظرفیت‌ آن‌ کاهش‌ یافته‌ است‌ لذابه‌جای‌ رزینهای‌ آنیونی‌ فوق‌ باید از سایررزینهای‌ آنیونی‌ نظیر Lewatit MP 500 MB/BGاستفاده‌ شود.
– سیستم‌ جایگزین‌ به‌لحاظ زیست‌ محیطی‌نیز بر سیستم‌ موجود برتری‌ دارد چرا که‌ درسیستم‌ موجود، انتقال‌ رزینهای‌ پودری‌ درزمان‌ اشباع‌ آن‌ به‌ شبکه‌ پساب‌ صنعتی‌،سیستم‌ تصفیه‌ پساب‌ را با مشکل‌ مواجه‌کرده‌ و در نهایت‌ باعث‌ آلودگی‌ محیط زیست‌می‌شود در صورتی‌ که‌ در سیستم‌ جایگزین‌این‌ وضعیت‌ وجود ندارد.
– نتایج‌ به‌دست‌ آمده‌ از مطالعات‌ تجربی‌انجام‌ شده‌ بر روی‌ پایلوت‌ CPP در نیروگاه‌طوس‌ نشان‌ داد که‌ کاربرد سیستم‌ CPP بارزین‌ قابل‌ احیا به‌عنوان‌ جایگزین‌ سیستم‌ CPPموجود، امکان‌پذیر است‌.ث


مهندس‌ ناصر فلاح‌ – مهندس‌ میرفرید عطارچی‌


منابع‌:
۱-Water Treatment Handbook,Degremont, 1973.
2-British Electricity InternationalModern Power Station Practice,Chemistry and Metallurgy, Vol.E,
Chapter3,Central Electricity Generationof Board (CEGB), 1992
-3 گزارش‌ مرحله‌ اول‌ پروژه‌ تحقیق‌ دزمینه‌جایگزینی‌ سیستم‌ CPP نیروگاه‌ طوس‌، مرکزتحقیقات‌ نیرو، فروردین‌ ۱۳۷۶٫
-۴ ناصر فلاح‌، گزارشهای‌ مرحله‌ دوم‌ وسوم‌ پروژه‌ تحقیق‌ در زمینه‌ جایگزینی‌سیستم‌ CPP نیروگاه‌ طوس‌، شرکت‌ متن‌،بخش‌ طرح‌ ریزی‌ فرایندهای‌ صنعتی‌، مهر۱۳۷۹٫


ماهنامه صنعت برق

دیدگاه خود را بیان کنید

لطفا پیام خود را وارد نمایید
لطفا نام خود را در این قسمت وارد نمایید