1. معالجة المياه الصناعية المحاضرة الثالثة معالجة مياه الغلايات
معالجة المياه الصناعية المحاضرة الثالثة معالجة مياه الغلايات
إعداد
د.محمد فكري شعبان
Ph.D. Organic Chemistry

2. مقدمة يعتبر استخدام المياه في الغلايات البخارية المستخدمة لغرض التسخين او توليد الماء المقطر من الاستخدامات الرئيسية للماء في الصناعة غير ان هذا النوع من الاستخدام يواجه العديد من المشاكل والصعوبات التي قد تؤدي الي كوارث صناعية كما هو الحال عند انفجار المراجل البخارية او الانابيب وذلك بسبب الترسيبات الكالسية التي تؤدي الي ظاهرة فوق التسخين(Over heating) حيث تترسب كربونات الكالسيوم او الماغنسيوم علي الجسم الداخلي وكذلك انابيب اللهب عند تعرضها للحرارة والضغط كما بالمعادلة: Ca(HCO3)  CaCO3 + H2O +CO2 ويؤدي ذلك الي انسداد شبكة الانابيب الناقلة المستخدمة في التبادل الحراري كليا اوجزئيا اضافة الي ذلك خفض كفاءة التبادل الحراري.

3. وقد تتكون ترسيبات اخري غير كربونات الكالسيوم مثل التراكيب القشرية المتكونة من كبريتات الكالسيوم وبزيادة سمك الطبقات القشرية المترسبة تقل قابلية التوصيل الحراري (التسخين) وللحصول علي نفس الكمية من البخار يلزم رفع درجة الحرارة مما يعني زيادة غير ضرورية في استهلاك الوقود. والمواصفات العالمية لتشغيل المراجل البخارية يتم زيادة استهلاك الوقود بواقع 10% سنويا اذا كانت طبقة الترسيبات تصل الي 1 مللي فقط وتزداد بالتالي استهلاكات الوقود في حالة زيادة سمك هذة الطبقة. ومن المشاكل العديدة للترسيبات هي زيادة التآكل في المواسير الداخلية للغلاية فيما يعرف بالتآكل في طبقة ماتحت الترسيبات Under deposit ) corrosion)

4. Scheme of a Boiler System
Cooling Water
Consumer
Return Condensate
Condenser
Steam
Make-up Water
De aeration
Feed water
Blow-down
Filtration Unit
Boiler feeding Pump
e.g Reservoir
Ion Exchanger, of Feed water
Reverse Osmosis
Softeners
Steam Boiler
Falcon Egypt for
WATER TREATMENT
SYSTEMS
Chemical Dosing

5. Falcon Egypt for
WATER TREATMENT
SYSTEMS

6. مراحل معالجة الغلاية وتنقسم الي مرحلتين:
المرحلة الأولية- مرحلة ماقبل الدخول للغلاية
وتجري عليه مراحل التنقية المختلفة مثل الترشيح والتيسيير وذلك لان اي تسريب للملوثات قد يؤدي الي مشاكل الترسيبات.
وفيها تتم دخول المياه اليسرة كما في المعادلة التالية:
داخل الغلاية الميسر
Ca (HCO3)  2Na HCO Na2CO3 ذائبة +H2O+CO2
وبالتالي ففرصة تكوين ترسيبات من كربونات الكالسيوم ستكون منعدمة وذلك لان كربونات الصوديم ستظل ذائبة في الماء حيث ستتحول بدورها الي صودا كاوية داخل الغلاية
Na2CO3 ----NaOH +H2O+CO2 ذائبة

7. المرحلة الثانية – وتتم علي مياه التغذية داخل الغلاية, وذلك لان المعالجات الخارجية قد تكون غير كافية لمنع مشاكل التآكل والترسيبات داخل الغلاية.
وفي هذا الجزء سنهتم بدراسة المرحلة الثانية من مراحل معالجة المياه المغذية للغلاية.
ومعالجة مياه الغلاية تنقسم الي ثلاثة أقسام:
1-منع تكوين القشور داخل الغلاية:
2-منع حدوث التآكل داخل الغلاية.
3-منع حدوث التآكل داخل خطوط البخار.

8. Scale Problem (In Boiler )
Falcon Egypt for
WATER TREATMENT
SYSTEMS

9. Scale After Treatment
Falcon Egypt for
WATER TREATMENT
SYSTEMS

10. 1- منع تكوين الترسيبات داخل الغلاية
يتم منع تكوين الترسيبات داخل الغلاية إما بإستخدام بعض الاملاح وضبط الاس الهيدروجيني أو عن طريق اضافة مواد كيميائية اما ان تتفاعل مع الاملاح المسببة للقشرة مكونة مركبات معقدة ذائبة في الماء وتعرف بالمواد المخلبية ذات القاعدة العضوية Chelant)) او أن تجعل أيونات هذة الاملاح المسببة للعسر غير مؤثرة عن طريق تكوين مركبات معقدة معها وتعرف بالمواد ذات الاساس الغير عضوي(Sequesterant).

11. طرق منع ترسيب الاملاح المسببة للعسر داخل الغلاية بالترسيب
ويتم ترسيب القشور داخل الغلاية باستخدام الكربونات والفوسفات وذلك عن طريق ضبط جرعات المواد المستخدمة والتي تعمل علي ترسيب المركبات الغير مرغوب فيها كالتالي:
أ-الترسيب باستخدام الكربونات
وفي هذا النوع يتم التحكم والحفاظ علي قلوية الغلاية وبالتالي يتم تحويل املاح الكالسيوم علي هيئة كربونات والماغنسيوم علي هيئة هيدروكسيد أو سيليكات لماغنسيوم
(1) Ca (HCO3)2 + Na2CO  CaCO3 + 2NaHCO3
(2) 2NaHCO3 + Heat  Na2CO3 + H2O + CO2
(3) MgCl2 + 2NaOH  Mg(OH)2 + 2NaCl

12. 2-الترسيب باستخدام الفوسفات
وفي هذة الحالة تترسب املاح الكالسيوم علي هيئة فوسفات اما املاح الماغنسيوم فتترسب علي هيئة هيدروكسيدات او سيليكات في وجود ايونات الاخير.
3Ca (HCO3)2 + 2Na2PO Ca3(PO4)2 +
3Na2CO3+3H2O +3CO2
3Ca SO4 +2Na2PO Ca3(PO4)2+3NaSO4
Na2CO3 + H2O  2NaOH + CO2
MgCl2 +2NaOH  Mg(OH)2 + 2NaCl
ويراعي ان فوسفات الماغنسيوم عبارة عن حمأة لزجة لذا يجب منع تكوينها بالمحافظة علي تركيز القلوي الي الفوسفات في الوسط المناسب

13. طرق ازالة العسر بدون ترسيب
في هذة الطرق يتم التخلص من املاح العسر عن طريق والاتحاد معها وتكوين مركبات ذائبة في الماء بالمواد المتشابكة (Chelants) او جعل ايونات املاح العسر اقل فاعلية عن طريق التفاعل معها وتكوين مركبات ذائبة في الماء وتعرف بالمواد المخلبية (Sequesterant).
المواد المخلبية العضوية (Chelants)
وهي مواد عضوية مثل اثيلين ثنائي الامين الرباعي لحمض الخليك(EDTA) ومادة نيترو ثلاثي حمض الخليك (NTA)وهذة المواد لها القدرة علي تكوين مركبات معقدة مع املاح العسر وتكون ذائبة في الماء وهي ثابتة عند الضغوط العالية.
ولكي تعمل هذة المواد جيدا لابد وان لا تتجاوز نسبة العسر الداخلة 1.5 جزء/مليون والضغط لا يتعدي 90 بار.وتقدير الجرعة المناسبة شئ في منتهي الاهمية حيث ان زيادة الجرعة عن الحد المناسب سيتسبب في مشاكل التاكل داخل الغلاية ونقصها سيؤدي الي تكوين ترسيبات داخل الغلاية.

14. المواد المخلبية الغيرعضوية(Sequesterants)
وهي مواد غير عضوية تعمل علي جعل ايونات املاح العسر غير مؤثرة عن طريق التشابك معها وتكوين مركبات معقدة تجعلها معلقة في الماء وهي مناسبة في حالة تركيز العسر حتي 10 جزء/مليون وضغط حتي 40 بارومن امثلتها البولي اكريلات و عديد الفوسفات وعديد حامض الماليك.
ومن الطرق الاخري لمنع الترسيبات المحافظة جعل قيم الاملاح الذائبة الكلية في المعدلات المطلوبة مثال لايجب تخطي 3500جزء/مليون في حالة التغذية بمياة نيل يسرة .

15. ثانيا –منع التآكل داخل الغلاية
ينتج التآكل من تفاعل الأوكسجين الذائب في المياه مع الاسطح المعدنية للغلاية (بيت النار ومواسير اللهب)
Fe >Fe e -
2e- + 1/2 O >2 OH-
2e - + 2H >H2

16. O2 Fe2+ Fe(OH)3 ANODE Falcon Egypt for WATER TREATMENT SYSTEMS
ANODE REACTION
Fe° = Fe e-
CATHODE
CATHODE REACTION
½ O2 + H2 O + 2 e- = 2OH-
OH-
WATER
ELECTRON FLOW
Falcon Egypt for
WATER TREATMENT
SYSTEMS

17. أسباب التآكل # إرتفاع درجة الحرارة.
# وجود الاكسجين الذائب بالمياه وتأثيره
# ارتفاع نسبة الأس الهيدروجينى (pH ) أو انخفاضه. ( ارتفاع القلوية أو الحمضية)
# إرتفاع درجة الحرارة.
# نوعية مياه التعويض.
# الاملاح العالقة
Falcon for
WATER TREATMENT
SYSTEMS

18. Pitting Corrosion Inside Boiler
Falcon Egypt for
WATER TREATMENT
SYSTEMS

19. Pitting corrosion
Falcon Egypt for
WATER TREATMENT
SYSTEMS

20. High pH Caustic corrosion
Falcon Egypt for
WATER TREATMENT
SYSTEMS

21. Surface Corrosion + Sludge
Falcon Egypt for
WATER TREATMENT
SYSTEMS

22. Falcon Egypt for
WATER TREATMENT
SYSTEMS

23. Corrosion in steam line
Falcon Egypt for
WATER TREATMENT
SYSTEMS

24. 1- التخلص من الاكسوجين حراريا:
حيث يتم مرور الماء المذاب به الاكسوجين علي جهاز نزع الهواء او (Dearator) وذلك بواسطة الحركة العكسية للماء القادم من أعلي الي اسفل والبخار الصاعد من اسفل الي أعلي من خلال فوهات صغيرة تسمي الفواني ويؤدي مرور البخار خلال المياه الي كسر التوازن الديناميكي لمعدات ذوبان الغازات في الماء وخروج الغازات من الماء كما بالشكل
وفي معظم الحالات فأن قدرة نازع الغازات تصل من % من كمية الاوكسجين الموجودة بالماء.

25. DEAERATOR
Falcon Egypt for
WATER TREATMENT
SYSTEMS

26. Falcon Egypt for
WATER TREATMENT
SYSTEMS

27. 3- نزع الاكسوجين كيميائيا
ويتم التخلص من الاكسوجين الزائد بعد المعالجة الحرارية بواسطة نازع الغازات مواد كيماوية:
عضوية: مثل الهيدرازين والتانين علما بأن الأول تم منعه من الاستخدام وتحريمه.
غيرعضوية : مثل سلفيت الصوديوم Na2SO3.

28. اولا- المعالجة بالمواد العضوية
تشكل المعالجة باستخدام مادة التانين Tannin وهو عبارة عن Pyrogallic acid حيث يعمل علي اقتناص الاكسوجين ومنعه من التفاعل مع الحديد كما انه يعمل علي تهيئة الحمأة المتكونة من المبخر ومنع ترسيبها. واملاح التانين سهلة الاستعمال والاختبار فيمكن تحديد تركيز التانين داخل مياه الغلاية عن طريق اللون حيث يفضل ان يكون تركيزه داخل الغلاية مابين جزء/مليون.
ومن مميزات التانين انه كمادة عضوية فهو لا يزيد من قيمة الاملاح الذائبة TDS داخل الغلاية علي عكس ماتفعله المواد الغير عضوية.
ثانيا- المعالجة بالمواد العضوية
وتستخدم مادة كبريتيت الصوديومSodium Sulphite كمادة مقتنصة للاوكسوجين
2Na2SO3 + O  2Na2SO4
ويستلزم اضافة 10 جزء /مليون من السلفيت لكل 1 جزء /مليون من الاكسوجين الداخل للغلاية.
ويوضح الجدول التالي نسبة الاكسوجين وعلاقتها بدرجة الحرارة. °

29. العلاقة بين الاكسجين الذائب في المياه و درجة الحرارةO2 C°
8.11 25
7.53 30
7.04 35
6.59 40
6.10 45
5.57 50
5.20 55
4.76 60
4.30 65
3.70 70
3.40 75
2.89 80
2.20 85
1.63 90
0.80 95
0.1
100
Falcon for
WATER TREATMENT
SYSTEMS

30. Corrosion Of Steel VS Boiler Water pH
Falcon for
WATER TREATMENT
SYSTEMS

31. التحليل الكيميائى لمياه التعويض
نوع التحليل
CITY WATER
SOFTENED WATER
DEIONIZED WATER pH
7.5
7.6
Ca -H
عسر الكالسيوم 90
M -ALK
القلوية الكلية
140
<10
TDS
الاملاح الذائبة
250
TEMP.
درجة حرارة 25
Corrosion Rate
3.2 MPY
30 MPY
60 MPY
Falcon Egypt for
WATER TREATMENT
SYSTEMS

32. مميزات المواد العضوية عن الغير عضوية
انها لا تزيد من قيمة الTDS داخل الغلاية فا تزيد من مشاكل الترسيبات.
في حالة توقف الاضافة فتعمل المادة العضوية (التانين) علي حماية الغلاية لمدة 48 ساعة في حين ان السلفيت يفقد قدرته علي حماية الغلاية بعد نصف ساعة من توقف الاضافة.
التانين مادة يسهل اذابتها في حين السلفيت صعب الاذابة.
الا انه من مميزات السلفيت عن التانين هي تحمله لدرجة الحرارة والضغوط العالية حتي 69 بار في حين ان التانين لا يتحمل اكثر من 25 بارا فقط حيث يحدث تكسير في المركب.
المواصفات الدولية المطلوبة لمياه الغلايات.

33. مقاومة التآكل ضبط pH ترشيح جيد للمياه لإزالة الأملاح العالقة.
CORROSION PROTECTION
ضبط pH
ترشيح جيد للمياه لإزالة الأملاح العالقة.
إزالة الاكسجين ميكانيكيا ( بالتسخين ).
ضبط الأملاح الكلية ( TDS )
المعالجة الكيميائية
Falcon Egypt for
WATER TREATMENT
SYSTEMS

34. شكرا لحسن استماعكم
أسئلة