در اين نوشتار پس از معرفي سيستمهاي مختلف CPP، با توجه به مزايا و معايب اين‌سيستمها، سيستم با CPP مناسب (كاتيوني – مخلوط) با رزين قابل احيا، انتخاب شده وبراساس آن چگونگي طراحي، ساخت و نصب پايلوت CPP زرين قابل احيا به موازات‌سيستم CPP نيروگاه طوس، 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 باتوجه به نتايج حاصل، مشخص شده جايگزيني سيستم CPP موجود در نيروگاه طوس باسيستم انتخابي در نظر گرفته شده، مناسب است.
در سالهاي اخير به‌دليل نياز به بويلرهاي‌فشار بالا، تصفيه كندانسيت، مورد توجه‌بيشتري قرار گرفته است. از آن‌جا كه‌كندانسيت 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، به‌مساله تصفيه كندانسيت توجه زيادي‌نمي‌شد ولي امروزه با توجه به اين‌كه‌بويلرهاي جديد، داراي درجه حرارت، فشارو ظرفيت بالايي هستند، مقادير جزيي املاح‌و مواد معلق نيز مشكل آفرين است. درچنين حالتهايي صرفا تصفيه آب جبراني‌كافي نبوده و بايد آلودگيهاي كندانسيت‌بازگشتي به بويلر نيز به حداقل مقدار ممكن‌برسد. با ظهور انرژي هسته‌اي به ويژه كاربردراكتورهاي آب جوشان و راكتورهاي باخنك‌كن گاز، نياز به تصفيه كندانسيت قبل ازورود به بويلر، افزايش پيدا كرده است.
حدود 50 درصد يا بيشتر از آب تغذيه‌بويلر، كندانسيت تشكيل شده در كندانسوراست 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 اين‌رسوبات مي‌توانند موجب بروز اورهيت‌شده يا به ديواره لوله‌هاي قسمتهاي مختلف‌آسيب برسانند. همچنين در نتيجه‌ناخالصي‌هاي موجود در آب جبراني،احتمال بروز پديده حمل قطرات
(Carry Over) افزايش يافته كه موجب پايين‌آمدن كيفيت بخار و در نهايت كاهش بازدهي‌توربين 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 كندانسيت‌به‌گونه‌اي است كه كيفيت استاندارد آب‌بويلر/ آب تغذيه در صورت ورود هرگونه‌ناخالصي به كندانسيت، ثابت نگه داشته‌شود. انواع مختلفي از سيستمهاي CPPوجود دارد كه بخش اصلي تصفيه همه آنهاشامل بستر مخلوط است. انواع سيستمهاي‌متداول تصفيه كندانسيت شامل اين موارداست:
– بسترهاي مخلوط
– رزين پودري رPowdex بسترهاي مخلوط
– بسترهاي مخلوطر رزينهاي پودريPowdex
– واحدهاي كاتيوني‌ر بسترهاي مخلوط-فيلترهار بسترهاي مخلوط
– فيلتر با پوشش كاتيوني‌ر بسترهاي‌مخلوط
– واحدهاي كاتيوني، واحد آنيوني‌ر واحدكاتيوني
انتخاب سيستم CPP مناسب با رزين قابل‌احيا در نيروگاه طوس
در يون زدايي كندانسيت با استفاده ازرزينهاي پودري، لايه نازكي از رزينهاي‌كاتيوني و آنيوني (دانه بندي رزين حدود30mm) بر روي سطح خارجي استوانه فلزي‌ميان تهي قرار گرفته است. استفاده از تا اين‌رزينها در رزين CPP اشباع كامل ظرفيت يارسيدن به افت فشار مشخص، ادامه دارد. درپايان اين مرحله با عبور آب درجهت عكس‌جريان بهره‌برداري، رزين اشباع شده از سطح‌استوانه، جدا مي‌شود.
مزاياي اصلي اين سيستم عبارتند از:
الف) به مقدار قابل ملاحظه‌اي از مهاجرت‌محصولات خوردگي به بويلرهاي LPجلوگيري مي‌كند.
ب) تعويض رزينهاي كاركرده آسان است.
مهمترين معايب اين سيستم عبارتند از:
الف) هزينه بهره‌برداري آن بالاست چون‌رزينها 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، براي‌اولين مرحله تصفيه، از فيلتر استفاده مي‌شد.فيلترهاي پريكوت، يكي از انواع اين‌فيلترهاست كه گرانقيمت بوده اما فضاي‌نسبتا كمي اشغال مي‌كنند. اين فيلترهاعموما با بازدهي بالايي، آهن معلق دركندانسيت را حذف مي‌كنند اما دفع پريكوت‌اشباع شده از سطح استوانه‌ها، همواره كامل‌نبوده و اين امر باعث مي‌شود تا پريكوت‌بعدي 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 به‌دليل كنترل شديد درشرايط شيميايي و نصب نيروگاههايي CPPكه آب تغذيه با كيفيت عالي مورد نظر است،ادامه پيدا نكرد.
بسترهاي مخلوط واحد CPPساختاري‌مشابه با واحدهاي آنيوني و كاتيوني تصفيه‌آب جبراني دارند. بسترهاي مخلوط در CPPبايد داراي امكانات احياي خارجي باشندچون تداخل رزينهاي كاتيوني و آنيوني درفصل مشترك دو نوع رزين باعث كاهش‌بازده احياي بستر مي‌شود. اولين ضرورت دركاهش آلودگي رزينها با محلولهاي احيا كننده‌اين است كه اين رزينهاي كاتيوني و آنيوني‌بايد داراي دانه‌بندي و دانسيته مناسب باشندتا جداسازي خوبي در شست‌وشوي‌معكوس به‌وجود آيد. البته در حالت ايده‌آل،رزين آنيوني با دانه‌بندي كوچك و دانسيته‌پايين، بهترين شرايط جداسازي را فراهم‌مي‌كند. اگر چه ساير عوامل از قبيل افت فشار، قدرت فيزيكي، ظرفيت بهره‌برداري ورفتار سينتيكي نيز بايد رضايت بخش باشد.
اگر يك واحد كاتيوني (به شكل‌هيدروژني) قبل از بستر مخلوط قرار گيردنسبت رزين كاتيوني به آنيوني در بسترمخلوط حدود 1:1 خواهد بود و در غياب‌بستر كاتيوني فوق، اغلب نسبت بالاتركاتيون به آنيون، يعني حدود2:1 استفاده‌مي‌شود. از نظر تبادل يون، سيستم كاتيون-مخلوط نسبت به سيستم بستر مخلوطارجحيت دارد.
مزاياي اصلي سيستم كاتيون – مخلوطعبارتند از:
الف) آب با كيفيت بالاتري توليد مي‌شود.
ب) از جزء آنيوني بستر مخلوط، ظرفيت‌بالاتري را مي‌توان به‌دست آورد.
ج) سيستم، توانايي بيشتري براي تطبيق باتغييرات pH كندانسيت دارد.
د) انعطاف پذيري بيشتري در نسبت‌كاتيون/آنيون مورد استفاده در بستر مخلوطحاصل مي‌شود.
س) تعداد دفعات احياي بستر مخلوطكاهش يافته و در صورتي كه نشتي كندانسوروجود نداشته باشد مي‌توان پس از هر پنج‌بار احياي بستر كاتيوني، يك بار بسترمخلوط را احيا كرد. با كاهش تعداد دفعات احياي بستر مخلوط، ميزان سولفات ورودي‌به سيستم نيز كاهش مي‌يابد.
ش) امكان فيلتراسيون اضافي فراهم شده كه‌در نتيجه از رزينهاي بستر مخلوط محافظت‌مي‌كند.
از مهمترين معايب سيستم كاتيون – مخلوطعبارت است از: افزايش افت فشار درسيستم و نياز به فضاي بزرگتر و صرف‌هزينه‌هاي بيشتر.
با توجه به مطالعات انجام شده، سيستم‌تبادل يون كاتيون – مخلوط با رزين قابل‌احيا به‌عنوان سيستم مورد نظر براي‌جايگزيني سيستم CPP موجود در نيروگاه‌طوس انتخاب شد.
طراحي، ساخت و نصب پايلوت CPP
با توجه به شرايط عملياتي ، پايلوت CPP انتخابي شامل يك‌بستر كاتيوني و يك بستر مخلوط، طراحي‌شد. پس از تهيه مشخصات فني، فلودياگرام ونقشه‌هاي ساخت تجهيزات اصلي پايلوتCPP، تصميم گرفته شد. كار ساخت پايلوت‌به قسمت شيمي نيروگاه طوس واگذار شود. با ساخت تجهيزات اصلي پايلوت، اين‌تجهيزات در زير طبقه همكف محل استقرارسيستم اصلي CPPواحد يك آن نيروگاه‌نصب شد. همان‌طوركه ازاين شكل استنباط مي‌شود پايلوت CPP درمسير By Passاز سيستم اصلي CPP وبه‌صورت موازي با آن نصب شده است.
نتايج آزمايشهاي پايلوت CPP
به‌منظور ارزيابي عملكرد و كارايي بهينه‌پايلوت CPP انتخابي، اثر دما، دبي آب،غلظت و نوع يون و زمان كاركرد بر كارايي‌پايلوت CPP در قالب آزمايشهايي بررسي‌شد كه به‌صورت خلاصه تشريح مي‌شود:
الف: اثر دما بر عملكرد و كارايي‌پايلوتCPP
بررسيهاي انجام شده نشان مي‌دهد كه‌كارايي رزينهاي كاتيوني در بستر كاتيوني درحداكثر درجه حرارت 72 درجه سانتي‌گرادبعد از 26 ساعت كاركرد، معادل49/88 درصد و كارايي مخلوط رزينهاي آنيوني و كاتيوني در بستر مخلوط در دماي 70 درجه‌سانتي‌گراد بعد از 26 ساعت كاركرد،23درصد بوده است.
ب) اثر دبي آب بر عملكرد و كارايي پايلوتCPP
بررسيهاي انجام شده نشان‌مي‌دهد كه با افزايش دبي آب، كنداكتيويته آب خروجي از بستر كاتيوني شديدا كاهش‌يافته و رزين كاتيوني اين بستر در حداكثردبي 25m3/hr معادل 49/88 درصد، كارايي‌دارد. همچنين در حداكثر دبي آب،كنداكتيويته آب ورودي به بستر مخلوطms/cm 1/3 بوده و كنداكتيويته آب خروجي‌از بستر مخلوط تا 1ms/cm كاهش مي‌يابد كه‌نشان دهنده 23 درصد كارايي رزين انتخاب‌شده براي دبي فوق است.
ج) اثر غلظت و نوع يون بر عملكرد و كارايي‌پايلوت CPP
بررسيهاي انجام شده مطابق شكل (4) نشان‌مي‌دهد كه يونهاي آهن و آمونياك به نحومطلوبي توسط پايلوت CPP حذف شده‌اندولي يون سيليس كاهش كمتري داشته است.همچنين هر قدر غلظت يونهاي آمونيوم وآهن بيشتر باشد تبادل آن به‌وسيله رزينهاي‌كاتيوني محسوس‌تر است. در پايلوت‌طراحي شده به‌دليل بار كاتيوني قابل‌ملاحظه ناشي از يونهاي آمونيوم و آهن و نيزپايين بودن بار آنيوني، علاوه بر منظور كردن‌بستر كاتيوني قبل از بستر مخلوط، نسبت‌رزين كاتيوني به آنيوني در بستر مخلوط2به1 درنظر گرفته شده است.
ج) اثر زمان بر عملكرد و كارايي پايلوتCPP
بررسيهاي انجام شده مطابق شكل (5) نشان‌مي‌دهد كه با افزايش زمان بهره‌برداري 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 مطابق شكل (6) نشان‌مي‌دهد كه با افزايش دبي آب، pH در آب‌خروجي از بستر كاتيوني، افزايش و در آب‌خروجي از بستر مخلوط، كاهش مي‌يابد.
نتيجه‌گيري
– از مهمترين مزاياي فني و اقتصادي‌سيستم جايگزين نسبت به سيستم موجوداين است كه در سيستم موجود رزينهاي‌پودري در دوره‌هاي زماني كوتاه، اشباع‌مي‌شوند و به‌دليل عدم امكان احيا بايدتعويض شوند ولي با بكارگيري سيستم‌مناسب (كاتيون – مخلوط) با رزينهاي قابل‌احيا، به‌دليل قابليت احياي مجدد و همچنين‌طولاني شدن دوره زماني احياي بسترمخلوط، از مصرف مواد شيميايي نظير اسيدو سود و اتلاف رزين و در نتيجه از خروج‌ارز، جلوگيري مي‌شود.
– از معايب فني سيستم موجود بالا بودن‌كنداكتيويته و آمونياك آب ورودي بهCPP، است كه زمان اشباع رزينهاي پودري رادر سيستم موجود كوتاه مي‌كند ولي درسيستم جايگزين با بكارگيري بستر كاتيوني،اين نقص برطرف مي‌شود.
– استفاده از رزين كاتيوني Lewatit S 100به‌دليل مقاومت حرارتي بالا و حفظ ظرفيت‌تبادل يون در شرايط طراحي نيروگاه طوس،مناسب بوده ولي رزينهاي آنيوني LewatitM 500به‌دليل اين‌كه در محدوده دمايي 60 تا72 درجه سانتي‌گراد و حداكثر دبي m3/hr25 از نظر دانه‌بندي رزين و ظرفيت تبادل‌يوني تغييراتي داشته و ضمن خرد شدن‌رزين، ظرفيت آن كاهش يافته است لذابه‌جاي رزينهاي آنيوني فوق بايد از سايررزينهاي آنيوني نظير Lewatit MP 500 MB/BGاستفاده شود.
– سيستم جايگزين به‌لحاظ زيست محيطي‌نيز بر سيستم موجود برتري دارد چرا كه درسيستم موجود، انتقال رزينهاي پودري درزمان اشباع آن به شبكه پساب صنعتي،سيستم تصفيه پساب را با مشكل مواجه‌كرده و در نهايت باعث آلودگي محيط زيست‌مي‌شود در صورتي كه در سيستم جايگزين‌اين وضعيت وجود ندارد.
– نتايج به‌دست آمده از مطالعات تجربي‌انجام شده بر روي پايلوت CPP در نيروگاه‌طوس نشان داد كه كاربرد سيستم CPP بارزين قابل احيا به‌عنوان جايگزين سيستم CPPموجود، امكان‌پذير است.ث
مهندس ناصر فلاح – مهندس ميرفريد عطارچي
منابع:
1-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 تحقيق دزمينه‌جايگزيني سيستم CPP نيروگاه طوس، مركزتحقيقات نيرو، فروردين 1376.
-4 ناصر فلاح، گزارشهاي مرحله دوم وسوم پروژه تحقيق در زمينه جايگزيني‌سيستم CPP نيروگاه طوس، شركت متن،بخش طرح ريزي فرايندهاي صنعتي، مهر1379.
ماهنامه صنعت برق