Besi suyunu n kazan işletme verimine etkisi

Buhar kazanının "ısıl verim"den söz edilirken bu kazanın alev bölümünden su ve buhar bölümüne geçen ısının oranı anlatılmak istenir.

Isıl verim hesabında çoğu zaman önemli bir husus unutulur. Kazan suyunun iletkenliğinin düşük tutulması maksadı ile kazandan yapılan "sıcak su blöfü" aynı zamanda yüksek miktarda ısı blöfü ve ısı telefi sayılır. Kazan blöfü miktarı besi suyu kalitesi ile orantılı olduğundan, besi suyu kalitesi kazanın isletme verimini etkiler. Buhar kazanının sağlıklı işletilmesi için buhar kazanı içindeki "kazan suyu"nun iletkenliğinin en çok 6000 microsiemens/cm sınırları içinde olması istenir. Kazandan buharlaşan suyun içindeki mineral miktarını sıfıra yakın kabul edebiliriz. Besi suyu ile beraber kazana yeni mineraller yüklenir. Kazan suyu içindeki mineral miktarını ve dolayısı ile suyun iletkenliğini belli bir sınır içinde tutmak için kazandan besi suyu miktarına orantılı bir miktar su blöf edilir.

Demek ki, besi suyunun iletkenliği yüksek ise kazandan yapılacak blöf de aynı oranda yüksek olacaktır. Kazandan blöf edilen suyun içindeki ısı miktarı yüksek olduğundan bu ısı miktarının kazanın işletme verimi hesabında yer alması doğru olur.

Bu nedenle besi suyu kalitesinin buhar kazanının isletme verimini etkilediğini kabul edilmelidir.

Özellikle, proses gereği "açık buhar" kullanan işletmelerde (buharın kondens olarak kazana geri gelmediği proseslerde) besi suyu miktarı çok yüksek olur. Kazana verilen besi suyu içindeki minerallerin oranı yüksek olduğunda kazan suyu iletkenliği de kısa zamanda yükselir ve blöf miktarı çok olur.

Besi suyunun iletkenliğine göre blöf miktarının tayini aşağıdaki şekilde hesaplanır: Blöf miktarı = 100 /nc

nc (İletkenliğe göre konsantrasyon no) = (Kabul edilen kazan suyu iletkenliği) / (Besi suyu iletkenliği)

Blöf miktarı için ikinci önemli ölçüt su içindeki silikat miktarıdır, silikata göre de benzer şekilde blöf miktarı tespit edilir. Kazan suyunun blöfü tam otomatik çalışan cihazlar ile yapılabilir. Bu cihazlar belli aralıklar ile kazan suyu örneği alarak iletkenlik ölçerler ve kazan suyu iletkenliği ayarlanan değerin üzerine çıktığında bir miktar kazan suyunu dışarı atarlar.

Bu işlem çoğu işletmede, işletici teknisyen tarafından yapılır. Ancak bu teknisyenin çok iyi eğitilmesi ve kaliteli cihazlar ile teçhiz edilmesi gerekir.

2.4.3.6. Kazanda korozyonun önlenmesi

Buhar kazanları karbon çeliği tabir edilen korozyona müsait çelik türleri ile imal edilirler. Bu nedenle kazan içinde suyun oluşturacağı korozyonun önlenmesi için önlemler alınması gerekir. Korozyon aşağıda belirtilen kimyasal olayların tümüdür: - "Kimyasal çözünme " diye adlandırılabilen, demir iyonlarının (Fe) suda çözünmesi şeklindeki korozyon. Yumuşatılmış sular ve saf sular tabiatı gereği eritkendir ve demiri çözerler.

- Suyun iletkenliğinin çok yüksek olması durumunda (deniz suyunda olduğu gibi), pil olayı gibi, "Elektro-Korozyon" olarak adlandırılan metalin elektroliz yolu ile çözünmesi şeklindeki korozyondur.

- Suda yüksek miktarda klorür (Cl) iyonunun bulunması sonucunda oluşan korozyon (Klorür iyonuna has bir kimyasal özeliktir).

- Su içinde çözünmüş olan oksijenin demiri paslandırması şeklinde meydana gelen korozyon.

- Sudaki minerallerin kazan saçları üzerinde kristal (taş) oluşturması sonucu olan korozyon.

Kazan içinde olabilecek korozyonun önlenmesi için alınacak tedbirler aşağıda sıralanmıştır.

- En önemli önlem kazan besi suyunun iyi hazırlanmasıdır. İletkenliği ve klorür miktarı yüksek olan suların yalnızca yumuşatılarak kazana verilmesi yerine bu suları minerallerinden arındırdıktan sonra kazana vermek yukarıdaki üç korozyon nedenini ortadan kaldırır. Kazan içindeki suyun iletkenlik değerinin 6000 mikroS/cm değerini aşmayacak şekilde blöflerin yapılması ile Elektro-korozyon ihtimali ile taş oluşması riski en aza iner.

- Yumuşatılmış su ve saf su korozif olsalar dahi kazan besi suyu olarak kullanılmalarında çok yarar vardır. Bu suların korozifliğinin azaltılması için kazan suyunun pH değeri yüksek tutulur. Ayrıca kazana "Korozyon İnhibitörü" olarak adlandırılan kimyasal verilerek suyun korozifliği giderilir.

- Tabiatı gereği her su içinde oksijen çözünür, su soğukken oksijeni çözünme kabiliyeti yüksektir, su ısındığında içindeki oksijeni atar. Oksijenin sudan alınması için, besi suyu kazana verilmeden önce su "Termik Degazör" içinden geçirilir, burada 100° C üzerinde ısıtılan sudaki oksijen miktarı en aza iner. Su içinde çok az kalan oksijenin kazan içindeki etkisinin yok edilmesi için kazana "Oksijeni Bağlayıcı" bir kimyasal verilir.

Buradaki önlemler alındığında kazanda metal korozyonu en aza iner ve kazan çok uzun ömürlü olur.

2.5. Kızgın Yağlı Sistemler

2.5.1. Kızgın yağın tarifi

2.5.1.1. Giriş

Su ısı transferi için bilinen ve yaygın olarak kullanılan en iyi akışkandır. 0–100 ºC arasında en ideal ısı taşıyıcıdır. Bu sıcaklıklar arasında özelikleri diğer akışkanlarla karşılaştırıldığında, çok uygun bir akışkandır. Ayrıca su, diğer akışkanlara göre ucuz, kokusuz ve zehirsizdir.

Tablo 2.4 Suyun karakteristik özellikleri

Atmosferik basınçla buharlaşma sıcaklığı: 100 ⁰C

Donma sıcaklığı: 0"C

Özgül ısısı: 4200J/kgK

Isı iletim katsayısı: (diğer akışkanlara göre büyük) 0,6 W/m.K 20 "C 'de Kinematik viskozite (diğer akışkanlara göre küçük) 10^-6 m²/s

Su kullanan sistemlerde 100 ºC sıcaklığının üzerine çıkıldığında, ısı taşıyıcı devresinin basınçlandınlması gerekir. Bu durumda 200 ºC sıcaklığındaki bir ortam için sistemin en az 16 bar basınca dayanıklı olarak dizayn edilmesi lazımdır. Bu durum ise bazı ilave emniyet şartlarının da yerine getirilmesini gerektirdiğinden maliyet önemli ölçüde artar.

Suyun buharlaşma ısısının yüksek oluşu (100 ºC sıcaklığında; 2257,3 kJ/kg = 539 kcal/kg) ve büyük kapasitede ısı taşınımımın gerektiği hallerde genellikle 150 ºC sıcaklığının üzerinde su yerine kondens devrelerinin de kullanımı gerekmesine rağmen buhar kullanımı tercih edilmektedir.

Oysa doğada tamamen saf vaziyette su bulunmadığından sulu ve buharlı sistemlerde korozyon, katı madde çökelmesi ve kireç taşı oluşumu gibi problemler su hazırlama tesisi kurulmasını ve kullanılmasını gerektirir.

Diğer taraftan, suda çözünen oksijen (O2) ve karbondioksit (CO2) gibi gazlar korozyonun başlıca sebebidir. Suyun içinde bulunan kalsiyum (Ca) ve magnezyum (Mg) gibi tuzlar ise özellikle 100 ºC sıcaklığının üzerine çıkıldığında kireçtaşı oluşturup, borularda akış kesitini daraltırlar ve ısı transferini zorlaştırırlar. Suyun içindeki bu tuzların miktarı suyun sertliğini belirler.

2.5.1.2. Organik ısı taşıyıcılar

Yukarıda bahsedilen su ve buhara ait sakıncalardan dolayı 0–400 ºC sıcaklıkları arasındaki uygulamalarda organik ısı taşıyıcıları (kızgın yağ) yaygın olarak kullanılırlar. Bu tip akışkanların, su ve buhara göre başlıca üstünlükleri şunlardır: - Atmosferik basınçta yüksek kaynama sıcaklığına sahip oluşları dolayısıyla 350 ºC sıcaklığa kadar "basınçsız" tesisler kurmak mümkündür.

- Korozyon ve taşlaşma eğilimi olmadığından ısı taşıyıcının ön-hazırlama tesisine ihtiyacı yoktur.

- Katılaşma esnasında hacmi artmadığından donmanın vereceği zararlar söz konusu değildir.

Kızgın yağdan istenen özelikler:

- Atmosferik basınçtaki kaynama sıcaklığı yüksek olmalıdır. - Katılaşma (donma) sıcaklığı düşük olmalıdır.

- İyi bir ısıl kararlılığa sahip olmalıdır.

- Tüm sıcaklıklarda (hatta ilk çalıştırma anında bile) düşük viskoziteye sahip olmalıdır.

- Isı transfer özelikleri iyi olmalıdır.

- Buhar olarak kullanıldığında, buharlaşma gizli ısısı yüksek olmalıdır. - Kullanıldığı cihazların malzemeleri için korozyon eğilimi düşük olmalıdır. - Kokusuz ve zehirsiz olmalıdır.

- Yabancı maddelere karşı hassasiyeti düşük olmalıdır (örneğin oksijene karşı). - Sistemin sızdırması durumunda çevreye vereceği zarar riski minimum olmalıdır. - Yangın riski minimum olmalıdır.

- İmha (yok etme) imkânları kolay olmalıdır. - Fiyatı ucuz olmalıdır.

Isı transfer tesisinin emniyetli çalışabilmesini temin etmek için ısı transfer akışkanının spesifik özeliklerinin göz önüne alınması gerekir. Su, buhar veya ısı transfer yağı (kızgın yağ), özel uygulama limitlerine göre, üstünlük ve sakıncalara sahiptir.

Isı transfer yağları içindeki hidrokarbonların kimyasal yapısına bağlı olarak şu sakıncalara sahiptir:

- Yanma ihtimali - Oksitlenme ihtimali - Isıl bozulma ihtimali.

Bu durumda tasarımı yapılacak bir kızgın yağ tesisinde bu üç kriterin göz önüne alınması gerekir;

- Yanma ihtimaline karşı tesisin, kazanın, tankların ve boruların sızdırmazlığını iyi temin edilmesi gerekir.

- Oksitlenme ihtimaline karşı sistemin atmosferle temasını önlememiz gerekir. - Isıl bozulma ihtimaline karşı izin verilen maksimum akış sıcaklığını aşmamak ve kazanın tasarımına özel bir önem verilmesi gerekir.

Böylece en uygun konstrüksiyon; - Mümkün olduğunca kaynaklı,

- Asal gaz (saf azot) ile yastıklanmış bir genleşme tankına sahip, - İstenen akış debisi sağlanmış

bir tasarımda yapılandır. Bu şekilde planlanmış bir kızgın yağ tesisi yıllarca, ısıl kararlılık limitlerinde olsa bile, emniyetli ve problemsiz bir şekilde çalışabilir.

2.5.2. Kızgın yağ sistemi elemanları

Şekil 2.6’da görüldüğü gibi, bir kızgın yağ tesisatı çeşitli elemanlardan meydana gelir. Bu elemanlara ait ayrıntılı bilgi aşağıda sunulmuştur.