Şartlandırmalar ve Önemi
SU ŞARTLANDIRMANIN ÖNEMİ:
Su hayatımızın her aşamasında; ısıtma, soğutma,
beslenme ve sanayide önemli bir yer tutmaktadır.
Su; doğada hiçbir zaman saf olarak bulunmaz. Elde
edildiği kaynaklara göre farklı yapılara ve özelliklere sahip olarak karşımıza
çıkar. Su çok güçlü bir çözücü olduğundan; bulunduğu ortamda karşılaştığı
tuzları çözerek bünyesine alır. Suyun bünyesine giren Ca, Mg, silis, Fe,
sülfat, klorür gibi iyonların varlığı, suyun sertliğini belirler.
İçinde sertlik yapıcı maddeler ve çözünmüş gazlar
ihtiva eden su; ısıtma ve soğutma sistemlerinde kireçlenmeye ve oksitlenmeye
neden olur.
Kaynağı ne olursa olsun su; kullanımının her
aşamasında şartlandırma işlemine tabi tutulmalıdır.
ISI
TRANSFERİ SİSTEMLERİNDE SU ŞARTLANDIRMA:
Isı transferi, ısıtma ve soğutma sistemlerinde
kullanılacak suyun sisteme ilave edilmeden önce mutlaka şartlandırılması
gerekir.
Su; içindeki tortu, çamur ve kaba pisliklerden
arıtılmak için fiziki kum filtrelerinden geçirilir. Daha sonra ısı transfer
sisteminin özelliğine göre su; yumuşatma, demineralizasyon ve reverse osmosis
gibi sistemlerden geçirilerek istenilen karakterde yumuşak su veya demineralize
su özelliklerinde ısıtma ve soğutma sistemine gönderilir.
Buhar kazanlarında; kazan işletme basıncı ne kadar
yüksek, birim yüzey üzerindeki buharlaşma ne kadar fazla ise, korozyon ve kireç
taşı oluşma problemleri o kadar çok önem kazanır.
Soğutma sistemlerinde ve soğutma kulelerinde ise
soğutulacak sudan alınacak ısının yüksek olması, aynı oranda kireçlenme ve
korozyon riskini arttırır.
Su şartlandırmanın seçiminde esas amaç sadece buhar
kazanı ve soğutma sistemini korumak değil; aynı zamanda sistemden alınacak
verimi arttırmak, sağlıklı çalışmasını sağlamak ve bütün yardımcı ekipmanlarını
korumaktır.
ISI TRANSFER YÜZEYLERİNDE KIŞIR:
Sıcak su, kaynar su, buhar kazanları, soğutma
üniteleri, eşanjörler, boyler ve bilumum ısı değiştirme cihazlarında ısı
transferlerini sağlayan suların gösterdiği ortak özellik kışır ve korozyon
yapmasıdır.
Buhar kazanlarında ve soğutma suyu sistemlerinde kışır
oluşumu; besi suyunun yeterli derecede şartlandırılmaması ve sistem suyu
mineral konsantrasyonunun doyma noktasını
geçmesi ile oluşur.
Kışır oluşumunu önleyici kimyasal katkı malzemesi
kullanılmaması sonucu; kızgın kazan boruları üzerinde bulunan mineralli su
tabakası, su buharı, karbondioksit, oksijen ve benzeri gazların uzaklaşması
sonucunda mineralleri üzerinde depo ederek pişirip sertleştirir. Bu sertleşmiş
tabaka kışır veya kireç taşı olarak adlandırılır.
Kireçlenme ve korozyon sonucunda belirli ölçüde kalın
bir kireç taşı tabakası oluşur. Oluşan bu kireç taşı kuvvetli bir izolasyon
tabakası oluşturarak ısı transferini engeller.
Bu izolasyon tabakası aşırı yakıt sarfiyatı ve verim
düşüşüne neden olarak ısı transfer yüzeylerinde sıcaklığı arttıracaktır. Isı
transfer yüzeylerindeki yüksek sıcaklık sonucunda metallerde termal gerilmeler,
yanmalar ve malzeme deformasyonu meydana gelmektedir.
ISI TRANSFER YÜZEYLERİNDEKİ KİRECİN YAKIT SARFİYATINA
ETKİSİ:
Suyun içindeki mineraller ısı transfer yüzeylerinde
çökerek kışır oluşturmaktadır. Kışır kalınlığı belli boyutlara ulaştığında önce
yakıt sarfiyatı artmakta sonra metal deformasyonu daha sonra da delinme ve
patlama gibi tehlikeli boyutlara ulaşmaktadır. Yapılan incelemelerde:
kaybına neden olmaktadır.
Buhar kazanlarında
yavaş yavaş termal gerilmelerle konstrüksiyon zorlanmakta, aynalar ve borular
arasında gevşemeler meydana gelmektedir. Çünkü metali örten kışır tabakasının
ısı iletkenliği ve gerilmesi metalden farklıdır. Bu nedenle kazanda ayna-boru
bağlantılarında sızdırmalar başlayacaktır. Kışır kalınlığı arttıkça sızdıran
boru sayısı da doğal olarak artacaktır.
Kışır kalınlığı
bozulacağından ve sertleşme meydana geleceğinden kazan sistemi güvenilir
olmaktan çıkacaktır. Külhan çökmesi, boru patlaması, ayna çatlakları gibi
tehlikeler her an beklenecektir.
Ayrıca kışır sebebi ile boru çeperinin daralması,
hacim küçülmesi, verim düşüşü, tahliye pompalarının zorlanması gibi problemler
de meydana çıkacaktır.
Bütün bu problemlerden kurtulmanın yolu, buhar
kazanlarında, eşanjörlerde, boylerlerde kimyasal su şartlandırması uygulanarak
kışır oluşumuna engel olmaktır.
Kışır oluşmuş sistemlerde mutlaka kimyasal temizlik
yapılması gerekir.
BUHAR
KAZANLARINDA BİRİKİNTİ:
Kazanlarda sert birikinti oluşumuna (taş bağlanmasına)
suyun içerdiği bazı safsızlıklar ile korozyon ürünleri neden olur.
Sert birikinti oluşturan başlıca su safsızlıkları
olarak çözünmüş kalsiyum, magnesyum klorür, sülfat ve silisyum bileşiklerini,
korozyon ürünlerine olarak ise demir ve bakır bileşiklerini sayabiliriz.
Kazana su safsızlıkları, kondense kaçaklarından ve
katma suyundan (make-up); korozyon ürünleri ise, korozyon sonucu oluştuğu gibi
ayrıca kondense ve besleme sularından gelir.
Basit sert birikintiler, suyun içerdiği kalıcı sertlik
veren maddeler de ısının etkisi ile oluşur. Birikinti oluşumu basınç ve
sıcaklığın yükselmesi ile hızlanır. Ayrıca katma suyunun, kondense suyuna oranı
ile kazan işletme programını, birikinti oluşumunu etkileyen diğer önemli
etkenlerden biri olarak sayabiliriz.
Birikintiler kazanda yakıt israfına, az da olsa verim
düşüşüne, daha da önemlisi aşırı ısınma sonucu metalin kavlanmasına ve boru
patlamalarına neden olmaktadır. Birikintinin en büyük sorun yarattığı kazan
bölgesi, yanma odasında yakıcılar dolayındaki buharlaştırıcı borularıdır.
BİRİKİNTİ (TAŞ) ÇEŞİTLERİ:
Kazanlarda rastlanan taş tiplerinin meydana geliş
sebebi; besleme suyunun kimyasal bileşimidir.
Kalsiyum Karbonat: En çok rastlanan taş tipidir. Oluşumunun sebebi,
bikarbonatların varlığına bağlıdır. Bikarbonatlar, kazandaki ısının etkisiyle
karbonatlara dönüşürler.
2HCO3 → CO3– + H2O
Eğer besleme suyunda fazla miktarda kalsiyum varsa derhal bir kalsiyum
çökeltisi meydana gelir. Çünkü bu tuzun çözünürlüğü çok azdır. Sonuç olarak,
kazanlarda rastlanan taşların sebebi, besleme suyuyla gelen çeşitli tuzların
çözünürlüğüne bağlıdır. Ayrıca, özellikle sıcaklık ve konsantrasyon miktarı
gibi kazan çalışma şartlarının da etkisi vardır.
Kalsiyum Sülfat: Kalsiyum sülfatın çözünürlüğü sıcaklıkla
azalır ve ısı akımı ne kadar önemli ise çökme o kadar çabuk başlar. Kalsiyum
sülfat kazanın en sıcak bölgelerinde, çıplak alev yüzeyinde oluşur.
Silis: Silisin çözünürlüğü pH’ın bir fonksiyonudur.
Kazan pH’ı yeterli değilse, silis taşlarının meydana gelme olasılığı fazladır.
Silis diğer bileşiklerle birleşerek taşlar meydana getirir.
Serpantinler (3 MgO, 2 SiO2, 2H2O)
Analsit
( Na2O, Al2O3, 4SiO2, 2H2O)
Belli bir konsantrasyondan sonra buhar basıncı 60 bar’ı geçerse silis
çözünür. Buharda çözünmüş olan silis sonradan çökebilir. (Elektrik
santrallerinde türbin kanatları üzerinde silis çökmesi)
Fosfat Taşları: Daha evvel kireçle saflaştırılmış ve
trisodyum fosfat ilave edilmiş kazan sularında sert ve kalıcı trimagnezyum
fosfat veya hidrosiapatit -Ca5(PO4)3OH-
çökebilir.
Magnezyum ve magnezyum taşları: Sadece magnezyum bileşiklerinden meydana gelmiş taş
yoktur. Magnezyum oranı %20 ‘ yi geçmez. Birikim genellikle yalnızca magnezyum
veya onun silisle birlşmesinden meydana gelir.
Alümin: Alüminyum taşlarının beraberinde Alumin’e
rastlanır. Bunun sebei, killi asıltılar (süspansiyon) veya alüminyum sülfatla
koagüle edilmiş sonradan iyi filtre edilmemiş sulardır.
Demir oksitler: Destek (make-up) suyundan gelebilirler.
Derin kuyudan gelen, iyi havalandırılmamış ve Fe++ içeren bir su,
havada yükseltgenerek Fe(OH)
ü verir.
Demir oksitler genellikle kazanlarda ve kondens devrelerinde korozyon
ürünüdür.
BİRİKİNTİLERİN ETKİLERİ:
Termik iletkenliğin azalması: Meydana gelen taşlar kötü ısı ileticilerdir ve
çeşitli iletkenlik değerlerinin gösterdiği gibi izole edici görevi görürler.
Oluşan kışır-kireç tabakası, buhar kazanının sağırlaşmasına ve buhar eldesinin
azalmasına neden olur. Ayrıca, oluşan kışır-kireç tabakası, akıt sarfiyatını
arttırarak buhar eldesinin birim maliyetini yükseltir.
Metal cidarında sıcaklık birikmesi: Taşla kaplanmış olan
bir cidar, ısı transferini engellediği için cidarın sıcaklığı yükselir. Bu
olaya aşırı ısınma denir ve metal, mekanik özelliklerinden bir kısmını (elastikiyet
vs. ) kaybedebilir. Bunlar lokal şekil bozuklukları meydana getirip, boru
patlamalarına sebep olurlar.
BUHAR KAZANLARINDA BİRİKİNTİ-KIŞIR OLUŞUMUNUN ÖNLENMESİ:
Buhar kazanlarında birikinti-kışır-kireç oluşumunun önlenmesi için ;
-inorganik fosfatlar (polifosfatlar-ortofosfatlar)
-çelantlar
-doğal organik maddeler
-organik fosfatlar
(fosfonatlar ve fosfat esterleri) kullanılır.
İnorganik fosfatlar: İnorganik
fosfatlar basınçları ne olursa olsun bütün buhar kazanlarında, kazan
basıncı ve besleme suyu pH’ sına uygun olarak değiştirilerek rahatlıkla
kullanılırlar.
İnorganik fosfatların başlıca görevleri şu şekilde sıralanabilir.
· kazan suyu kaleviliğini azaltmak ve yükseltmek
· ısı transfer yüzeylerinde metali pasifize ederek korozyona karşı korumak
· besleme suyuyla birlikte kazana gelen karbonat, sülfat ve silikatların
sert birikinti-kireç taşı oluşturmalarını önleyererek, buhar kazanı için daha
az izole edici kalsiyum ve magnezyum fosfatları oluşturmak
Kazan suyunda kışır-kireç oluşumunu önlemek için daima fosfat fazlası
bulundurmak gerekir.
Çelantlar: Çelantlar buhar kazanlarında kışır-kireç oluşumunu
önlemek ve daha önceden oluşmuş kışırı temizlemek amacıyla kullanılır. En çok
kullanılan çelantlar, EDTA (etilendiamin tetra asetik asit) ve NTA
(nitrilotriasetik asit) tir. Kazan besleme suyunda sertliğin olması halinde
EDTA 10 ppm, NTA 5 ppm civarında olmalıdır.
Besleme suyunda sertlik yoksa, kazan suyunda 2 ppm çelant olması
yeterlidir.
Doğal organik maddeler: Patates nişastası, tanen, sülfonat lignin gibi
doğal organik maddeler kalsiyum ve magnezyum kristallerinin yapısını
değiştirerek kışır-kireç oluşumunu önler.
Organik fosfonatlar: Çok düşük konsantrasyonlarda kışır-kireç oluşumunu
önlemeleri nedeniyle su şartlandırma uygulamalarında fosfonatlar kullanılır.
Fosfonatların kendine has özellikleri aşağıdaki şekilde sıralanabilir.
· Fosfonatlar, stokiyometrik konsantrasyonlarda kullanıldıkları takdirde,
metal iyonlarıyla kompleks yaparak kışır oluşmasını önlerler.
· Fosfonatlar, poliakrilik asitlerle belirli kombinasyonlarda kullanıldığı
takdirde askıdaki katı maddeleri dispers ederler ve kristal büyümeyi bozarlar.
Böylece çamur yapısı değişikliğe uğrar, kireç-kışırdan meydana gelen çamurun
dibe ve metal yüzeylerine çökmesi önlenir.
· Sulu çözeltilerle yüksek sıcaklıklarda ve geniş pH aralıklarında
parçalanmaya karşı yüksek direnç gösterirler.
· Suda yüksek çözünürlüğe sahiptirler.
· Alüminyum ve çelikte korozyonu
önleme özelliğine sahiptirler.
· Fosfonatlar, diğer kışır ve korozyon inhibitörleri ile birlikte
kullanıldıklarında sinerjistik etki gösterirler.
Fosfonatlar çevre korumaca kabul edilmiştir. Özellikle şeker gibi bazı
gıda maddeleri içinde direkt olarak kullanılırlar.