Kazan kondense sistemi aşağıda belirtilen bölümlerden oluşmaktadır.
A ) Su Tasfiye Sistemi ve İlave ( Katma- Make-up ) Su Pompaları
B ) Kondens Tankı ve Kondens Pompaları
C ) Ön Isıtıcıları
D ) Degazör ( Gaz Alıcı ) , Besi Tankı ve Kazan Besi Pompaları
E ) Ekonomizer
F ) Buhar Kazanları (Alev – Duman Borulu , Su Borulu )
G ) Kızdırıcılar
H ) Buhar Hatları ve Ekipmanları
I ) Ara ( Saf ) Kondens Tankları ve Kondens Dönüş Hatları
A ) SU TASFİYE SİSTEMİ ; Bir önceki bölümden hatırlanacağı gibi ham suyun , ilave ( katma ) suyu özelliklerine getirilmesi için çeşitli işlemlere ( filtrasyon , yumuşatma , reverse osmoz vs. ) tabi tutulduğu bölümlerdi.
Bu bölümlerde üretilen su bir depo sonrasında veya direkt olarak , kazan ve kondens sisteminde kaybolan ve / veya kullanılan su miktarlarını karşılamak amacı ile ilave ( katma , make-up ) su pompaları ile kondens takına verilir . Bu işlem genel itibari ile kondens tankındaki seviye kontrol ( şamandıra ) sisteminin otomatik kontrolü ile nadir olarak da manuel kontrol ile yapılır .
B ) KONDENS TANKI VE KONDENS POMPALARI ; Kondens tankı , sistemden geri dönen saf kondens dönüşlerinin ve ilave suyun toplandığı tanktır . Kondens tankı hem su tasfiye sisteminin hem de kondens dönüşlerinin bir aynasıdır. Şöyle ki kondens tankı iki kaynaktan su almaktadır bunlardan birincisi su tasfiye sistemlerinden alınan ilave su , ikincisi ise kondens dönüşlerinden gelen saf kondens dönüşleridir . Bu itibarla kondens tankındaki su özellikleri daimi olarak ilave su ve saf kondens dönüş suyu özelliklerinin arasında olmalıdır ( karışım yüzdesine bağlı olarak ) . Dolayısı ile kondens tankı su özellikleri kontrol edildiğinde su tasfiye sisteminde ve / veya saf kondens dönüşlerinde herhangi bir problem olup olmadığı anlaşılabilir.
İlave su ve saf kondens dönüş yüzdelerine bağlı olmakla beraber , kondens tankındaki su sıcaklığının 60 – 80 oC civarında olması , Degazörün daha rahat şekilde çalıştırılabilmesi açısından önemlidir.
Kondens tankındaki su , kondens pompaları vasıtası ile ön ısıtıcıya ( sistemde var ise ) daha sonrada degazörün üst tepsi kısmına , degazördeki su seviyelerine bağlı olarak basılır.
C ) ÖNISITICILAR ; Kondens tankındaki suyun degazöre girmeden önce biraz daha ısıtılması için k sistemlerdir . Ön ısıtıcılar da ısıtma işlemi genel olarak baca gazı kazan blöf suyu ve diğer atık ısı kaynakla kullanılarak yapılır . Buradaki temel amaç atık ısı ve enerjiden ekonomi sağlamaktır.
D ) DEGAZÖR ( GAZ ALICI ) , BESİ TANKI VE KAZAN BESİ POMPALARI ;
Önceki bölümlerde bahis edildiği gibi suyun içeriğinde Oksijen , Karbondioksit, Azot , Hidrojen Sülfür gibi bazı çözünmüş gazlar bulunmaktadır. Özellikleri Oksijen ve Karbondioksit Kazan ve kondense sistemindeki korozyon kontrolü açısından çok önemlidir. Su tasfiye işlemi esnasında bu gazlar ile ilgili hiç bir uygulama yapılamamaktadır.
Oksijen karbondioksitin ilave sudan mekanik olarak alınması işlemi Degazör cihazları sayesinde yapılmaktadır .Bu sebepten degazör cihazlarının diğer bir ismi de gaz alıcıdır.
Degazörde gazların mekanik olarak atılabilmesi işlemi , gazların sudaki çözünme sıcaklıklarından faydalanılarak ilave suyun ısıtılması işlemi ile yapılmaktadır. Kondens pompaları ile degazörün üst tepsisine verilen su degazör içerisindeki tepsiler ( tepsili tip degazör ) veya püskürtme nozulları ( püskürtmeli tip degazör ) sayesinde taneciklere ayrılır, bu tanecikler tepesinin alt kısmından verilen buhar ile ısıtılmak sureti ile suyun kaynama noktasının üzerine çıkılarak ( 102 – 105 oC ) sudaki çözünmüş Oksijen ve Karbondioksit
Mekanik olarak belirli bir miktara kadar atılmış olur Oksijenin ( max. 50 ppm ) ve Karbondioksitin ( max. 10 ppm ) bakiye kalan kısımları kimyasallar ile bertaraf edilecektir , bu konular ileriki bölümlerde anlatılmalıdır.
Degazörün iyi bir şekilde işletilebilmesi için üç ana nokta önemlidir.
1 ) Degazör sıcaklığı 102 – 105 OC civarında olmalıdır
2 ) Degazör çalışma basıncı 0,2 – 0,5 bar civarında olmalıdır.
3 ) Degazörde su ve buharın karşılaşması esnasında yeterli süre sağlanmalıdır . Minimum 20 dakika
4 ) Degazör kazan besi pompalarından 4 – 5 metre yukarda olmalıdır.Pompaların suyu rahat bir şekilde basabilmesi için.
Degazörde gaz atımı işlemi tamamlandıktan sonra , su besi tankına alınır . Besi tankından kazana verilen suya kazan besi suyu , besi suyunun hazır tutulduğu tanka da besi tankı denir. Kazan besi suyunu kazana basan pompalara kazan besi pompaları ( KBS ) denir. Bu pompalar ile besi suyu önce ekonomizere ( sistemde var ise ) oradan da kazana basılır . Kazan besi suyu pompaları , kazan çalışma basıncı , besi suyu debileri ve besi suyu sıcaklıkları göz önüne alınarak seçilmelidirler.
Kazan besi suyunun , kazanın ihtiyacı oranında kazana basılması kazandaki seviye şamandıraları önemlidir , az basılması halinde kazanın üst tarafındaki borularda aşırı ısınmadan kaynaklanan problemler . Çok basılmasında ise buhar sistemine ıslak buhar ve kazan suyu gitmesi gibi problemler meydana gelecektir.
E ) EKONOMİZERLER ; Ekonomizerler de ön ısıtıcılar gibi atık ısı ve enerjide fayda sağlamak amacı ile kurulan sistemdir. Kazan besi tankından kazana gönderilen besi suyu , ekonomizer borularına gitmesi sağlanır . Ekonomizer boruları yatay veya dikey kurulabilir . Baca gazı sıcaklığına , ekonomizer boru adetini , ekonomizerin yapısına ve besi suyu debisine bağlı olarak besi suyu sıcaklığını 10 ile 50 – 60 dereceye kadar yükseltile bilirler .
F ) BUHAR KAZANLARI ; Buhar kazanları çeşitli yakıtlar yakılarak sudan çeşitli sıcaklık ve basınçlarda buhar üretilmesini sağlayan sistemlerdir . Buhar kazanlarında üretilen buhar çeşitli sektörlerde ısıtma , makinelerin çalıştırılması , elektrik üretim vs . gibi amaçlar ile kullanılmaktadır .Buhar kazanlarının işletilmesi esnasında , kazan suyunun istenilen değerlerde tutula bilmesi amacı ile belirli periyotlarda belirli miktarlarda ( her iki saatte bir –10 sn gibi ) kazan suyunun dışarı atılması olayına blöf denir .Kazan sistemindeki blöf yüzey ( üst – köpük ) veya alt ( çamur ) blöfü olarak iki farklı şekilde yapılabilir .Kazanlara uygulanacak olan blöf rejimi kazan besi suyu kriterlerine kazan yapısına , kazanın buhar üretimine , çalışma basıncına , üretilecek olan buhar özelliklerine , kullanılan kimyasal özelliklerine ve bağımsız otorite kuruluşlarca ( ASME – CEOC ) belirlenen limitasyonlara bağlıdır
Buhar kazanları temelde iki başlık altıda toplanabilir
1 ) Skoç tipi alev – duman borulu kazanlar.
2 ) Su borulu kazanlar
1 )SKOÇ TİPİ ALEV DUMAN BORULU KAZANLAR ; Kazan içindeki boruların iç yüzeyinde alev – gazın , boruların dış yüzeyinde de suyun bulunduğu kazan tipidir .Alev – duman borulu kazanlar için su miktarı fazla olduğundan maximum 40 bar basıncına kadar buhar üretimi yapabilmektedirler.
2 ) SU BORULU KAZANLAR ; Bu tip kazanlarda su borularının içinde ısıtıcı ortam alev ve gaz ise boru yüzeyinin dışında bulunmaktadır. Su borulu kazanlardaki su miktarı az olduğundan daha yüksek basınç ve sıcaklıkta buhar üretimi yapabilme imkanları vardır. Ancak alev duman borulu kazanlara göre daha hassas bir ilave su ıslahı ile daha iyi bir kimyasal ıslahı uygulaması gereklidir. Su borulu kazanlarda fiziki yapılarına göre “A”, “O” ve “D” tipi diye adlandırırlar.
G ) KIZDIRICILAR; Kazanlarda üretilen doymuş buharı, kızgın buhara dönüştürmeye yarayan bölümdür. Yüksek basınç ve sıcaklıkta buhar isteyen buhar türbin sistemleri gibi sistemlerde kullanılırlar.
H ) BUHAR HATLARI VE EKİPMANLARI; Kazanda üretilen buharın kullanılacağı yere kadar olan borulama sistemidir. Buhar hatları üzerinde hem hatların fiziksel olarak korunması hem de buharın kullanılacağı yer istenilen saflıkta ve özelliklerde gitmesini sağlayan bazı ekipmanlar olmalıdır.
Bunlar sırası ile kazan buhar fazında ve buhar kollektörü girişine konulan ve kazan suyu ve buharın ayrışmasını sağlayan sisteme ıslak buhar gitmesini önleyen buhar separatörleri. Buharın kazan sonrasında toplanıp kullanılacağı bölgelere dağıtılmasını sağlayan buhar kollektörleri. Sabit basınçta üretilen buharı işletme içerisinde gerektiğinden daha düşük basınçlarda kullanılmasını sağlayan basınç düşürücüler. Buhar borularında ısınma-soğuma sonrasında meydana gelecek olan genleşme ve büzüşmeler sonrasında borular ve bağlantılarda oluşacak olan deformasyonları önleyecek olan kompansatörler. Islak buhardan ve hatlardaki ısı kayıplarından kaynaklanan yoğuşmalar sonucu buhar hatlarında oluşan suyun tahliye edilmesini sağlayan cepheler ve kondenstoplar olarak sıralandırılabilir.
I ) ARA (SAF) KONDENS TANKLARI VE KONDENS DÖNÜŞ HATLARI;
İşletmelere gönderilen buhar kullanıldıktan sonra belirli ölçüde ısısını ve basıncını kaybederek yoğuşmaya başlar ve tekrardan su fazına dönme eğilimi içine girer. Sistemdeki kondenstoplar sayesinde tamamıyla su fazına dönüşen saf kondens işletmedeki çalışma şartlarına göre ya kendi olağan akışı ile yada ara tanklardan toplanıp pompa vasıtası ile kondens tankına geri döndürülür.
Saf kondensin bu şekilde toplandığı tanklardan saf kondens tankı diye adlandırılır. Saf kondensin kondens tankına geri döndüğü boru hattına da kondens dönüş hattı denir.
KAZAN VE KONDENS SİSTEMİNDEKİ BUHAR ÜRETİMİ VE SU – BUHAR ÇEVRİMİ
Su tasfiye sisteminde üretilen su ve saf kondens dönüşleri kondens tanklarında toplandıktan sonra kondens tankları vasıtası ile degazöre basılır. Kondens tankı ile degazör arasında ön ısıtıcılar var ise su buradan geçirilerek ısınması sağlanarak degazördeki yük azaltılır. Degazörde 102-105 C0 sıcaklık ve 0,2 – 0,5 basınç altında min. 20 dak. Bekleme süresi sağlanarak kazan besi suyu içerisindeki çözünmüş oksijen (max. 50ppm) ve karbondioksit (max. 10ppm) alındıktan sonra kazan besi pompaları vasıtası ile kazana verilir. Degazör ile kazan arasında ekonomizer var ise besi suyu buradan geçirilmek sureti ile daha fazla ısınması sağlanarak ısı ve enerji tasarrufu yapılmış olur.
Kazana gelen besi suyu çeşitli yakıtlar (fuel-oil, doğal gaz, kömür vs. ) veya akıt ısı (baca gazı, egzoz gazı vs. ) kullanılarak istenilen basınç, sıcaklık ve safiyette buhar elde edilir.
Buhar kazanlarının işletilmesi esnasında kazanın hışır oluşumu ve korozyona karşı kullanılması ve istenilen nitelikte buharın üretilebilmesi için kazan suyu özelliklerini çeşitli otoritelerce belirlemiş olan değerlerde tutulması gerekmektedir.bu amaçla kazan suyunu belirli zaman ve belirli miktarlarda kısmi olarak boşaltılmasına (blöf yapılmasına ) gerek duyulur.
Üretilen buhar kollektörlerde toplanarak istenilen bölgelere dağıtılır. Buhar işletme içerisinde kullanılması ile sıcaklığı ve basıncı bir miktar düşmesi ve kondenstopların da buharın yoğuşmasını sağlayarak buhar-suya dönüştürülür. Ve oluşan saf kondens, kondens tankına geri döner.
Bu su-buhar çevriminde kullanılan bazı kavramlar ve aralardaki bağlantılar aşağıda belirtilmiştir.
İlave Su; Tüm kazan ve kondens sisteminde açık buhar kullanımında, buhar ve su kaçaklarında ve kazana uygulanan kısmi blöflerden kaynaklanan su kayıplarını tamamlamak için sisteme su tasfiye sisteminden verilen suya ilave su (make-up) denir.
İlave Su (make-up) = Blöf Suyu + Kayıplar ( Açık Buhar + Kaçaklar + Blöf )
Besi Suyu; Kazanın ürettiği buhar ve kazan blöf miktarlarını karşılamak için kazana beslenen suya kazan besi suyu denir. Kazan besi suyu miktarı saf kondens dönüşü ve ilava su miktarlarına da eşittir
Kazan Besi Suyu = Buhar Üretimi + Blöf Suyu
İlave Su + Saf Kondens Dönüşü
KAZAN VE KONDENSE SİSTEMİNDE SUDAN KAYNAKLANAN PROBLEMLER
Buhar üretimi ve kondens sistemlerinde meydana gelebilecek olan problemleri 4 ana başlık altında toplayabiliriz.
- Kışır oluşumu
- Oksijen korozyonu
- Düşük pH korozyonu
- Taşınma (Su Sürüklenmesi-Islak Buhar)
1 ) KIŞIR OLUŞUMU;
Kazan sisteminde kışır oluşumunun iki temel nedeni bulunmaktadır. Bunlardan birincisi suyun içerisinde bulunan çeşitli bileşiklerin kazanlardaki sıcaklığın etkisi ile çözünürlükleri azalarak daha az çözünür. Bileşikler oluşturması ve bu bileşiklerin boru yüzeyine yapışmasıdır. Buna en iyi örnek sudaki bikarbonatların (geçici sertlik) kazanlarda ısının etkisi ile kırılarak karbonat formuna ( kalıcı sertlik ) dönerek çekilmesi ile oluşan kireç (CaCO3) depozitleridir.
Ca(HCO3)2 + ISI CaCO3 + CO2 + H2O
Bunun yanı sıra besi suyunda toplam sertlik diye tabir edilen kalsiyum ve magnezyum iyonlarının çeşitli iyonlarla yapacağı kristal yapıdaki bileşiklerin çökerek metal yüzeylere yapışması ile oluşacaktır. Burada dikkat edilmesi gereken en önemli iyon silis olup kazan suyu ile ilgili tüm standartlarda silis için limitasyonlar bulunmaktadır.
Ca + SO4 CaSO4
Ca + SiO2 CaSiO3
Mg +2 OH Mg (OH)2
Mg + SiO3 Mg SiO3
Diğer bir kışır oluşumu ise kondens sistemindeki korozyon ürünlerinin kazanlarda birikmesi ile meydana gelen ;
4Fe(HCO3)2 + O2 + 2H2O 4Fe(OH)3 + 4CO2
4Fe(HCO3)2 + Isı Fe(OH)2 + CO2
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O 4Fe(OH)3
2Fe(OH)3 Fe2O3 + 3H2O
yukarıda belirttiğimiz tüm problemlerin yaşanmaması için öncelikle ön ıslah (yumuşatma, demineralize) işlemlerinin yanı sıra bakiye kirlilikler için kati suretle kimyasal kullanılmalıdır.
2 ) OKSİJEN KOROZYONU ;
Oksijen korozyonu hem kazan besi ve kazan hem de tüm buhar ve kondens hatlarında meydana gelen tüm sistemlerde istenmeyen zararlara yol açan bir korozyon türüdür. Oksijen korozyonuna pitting (çukurcuk) denir.
Fe Fe+2 + 2 e–
Fe+2 + 2OH Fe(OH)2
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O 4Fe(OH)3
2Fe(OH)3 Fe2O3 + H2O
buhar üretim sistemlerinde oksijen korozyonunu önlemek için degazör (gaz alıcı) sistemleri kurularak oksijen mekanik olarak 20-50ppm seviyelerine düşürülebilmektedir. Oksijenin mekanik olarak degazör sistemlerinden atılabilmesi için, daha önceki bölümlerde belirtilen degazör işletimi konularına özen gösterilmelidir. Ancak bakiye kalan için kimyasal oksijen tutucu kullanmak gerekmektedir.
3 ) DÜŞÜK pH KOROZYONU ;
Buhar üretim sistemlerinde düşük pH korozyonu kondense sisteminde etkili olmaktadır. Korozyonun oluşma mekanizması ise buhar fazına geçen karbondioksitin kondens hatlarında su buharı ile reaksiyona girerek karbonik asit oluşturması ve buna bağlı olarak kondens pH değerlerinin ideal pH olan min. 8,2 nin altına düşerek asidik korozyon olması ile meydana gelir.
Bu nokta da, sudaki karbondioksit degazörde tamamı atılabilse dahi, besi suyundaki alkaliteyi oluşturan bikarbonatlar kazanda yüksek ısı sonucunda kırılarak hidroksit ve karbondioksit kırılmaktadırlar. Bu kırılma sonrasında ortaya çıkan iyonlar kazan suyunda kalarak kazan suyu pH değerini yükseltirler. Karbondioksit ise buhar ile taşınarak buhar ve özelliklede kondens hatlarında aşağıdaki mekanizmalar ile korozyona sebebiyet verir. Düşük pH korozyonunun göstergesi boru et kalınlığının incelmesi şeklindedir.
2HCO3 + Isı CO3 + CO2 + H2O
CO3 + H2O + Isı 2OH + CO2
CO2 + H2O H2CO3
Fe + 2H + 2HCO3 Fe(HCO3)2 +H2
4Fe(HCO3)2 + O2 2Fe2O3 + 8CO2 + 4H2O
Bu tür korozyonun önlenmesi için sudaki çözünmüş karbondioksitin elimine edilmesi degazör sistemi ile sağlanır. Ancak sudaki bikarbonatlar herhangi bir şekilde alınmadığından ancak nötralize aminler kullanılarak oluşan karbonik asit nötralize edilebilir.
4 ) TAŞINMA (SU SÜRÜKLENMESİ – ISLAK BUHAR)
Kazan suyu taşınmalarının temel olarak iki ana başlıkta toplayabiliriz. Bunlar mekanik sebeplerden kaynaklanan taşınmalar ve kimyasal sebeplerden kaynaklanan taşınmalardır. Diğer bir taşınma türü ise volatile caryover ( uçucu taşınma ) diye tabir edilen ve daha çok yüksek basınçlı kazan ve türbin sistemlerinde dikkat edilmesi gereken taşınma türüdür.
A ) Mekanik Sebeplerden Kaynaklanan Taşınma;
- Kazan su seviyesi normalin üzerinde olup, kazandaki su ve buhar fazının ayrışması için yeterince yer olmamasından kaynaklanan taşınmalardır. Böyle bir durumda kazan su seviyesi normale indirilerek taşınma önlenebilir.
- Kazanın buhar üretim kapasitesinin üzerinde buhar ihtiyacı ve buhar çekimi olması durumunda kazan bu miktarı karşılayamayacağından kazanda bir vakum oluşur. Bu vakum sonucunda kazan suyu buhar ile beraber hatlara gider. Bu tür durumlarda kazan çalışma basıncında düşmeler gözlenmektedir. Bu tür bir taşınmada ise ya yedekte bir kazan var ise devreye alınmalı yada buhar ihtiyacı kazan kapasitelerine göre ayarlanmalıdır.
- İşletmede ani (pik) buhar çekişleri yapılıyor ise kazanlar buhar ihtiyacındaki bu ani artışı tolere edene kadar kazan suyu taşınmaları meydana gelir.bu tür taşınmaların önlenebilmesi içinde işletme içerisindeki ani çekişlerden olabildiği kadar kaçınmalı, ani çekişlerin daha çabuk tolere edilebilmesi için daha fazla kazanın devrede tutulması gibi önlemler alınabilir.
B ) Kimyasal Sebeplerden Kaynaklanan Taşınmalar;
Kimyasal sebeplerden kaynaklanan taşınmalarda en önemli unsur kazan suyu alkalite ve pH değeridir. Kazan suyu alkalite ve pH değeri öngörülen standartların üzerine çıktığında kazan suyu çok alkali hale gelir ve daha kaygan bir hal alarak köpüklenmeye başlar. Kazan suyu üst yüzeyinde oluşan bu köpükler buhar ile taşınarak ıslak buharın sisteme gitmesine sebebiyet verirler.
Bu tür bir taşınmada da kazan suyunun ön görülen limitasyonlarda tutulabilmesi için yeterli miktarlarda kazan blöfleri yapılmalıdır. Kazan üst tarafında bulunan yüzey (köpük) blöfü kullanılarak köpük dışarı atılabilir. Diğer bir yöntem ise kazan suyuna köpük kesici kimyasalların dozlanmasıdır.
Yukarıda belirtilen tüm bu taşınma problemlerinin önlenebilmesi için kazanlara ve buhar hatlarına buhar seperatörleri, kazan harici buhar domları, buhar hatlarına cep ve kondenstopların konulması faydalı olacaktır.
C ) Volatile Caryover (Uçucu Taşınma )
Bu taşınma türü daha yüksek basınçlı kazan sistemlerinde meydana gelen ve kazan suyundaki silisin yüksek basınç ve sıcaklık neticesinde uçucu hale gelmesi ile buhar ve kondens hatlarına gitmesi sonucu oluşmaktadır.
Bu taşınmanın önlenmesi için öngörülen kazan besi ve kazan suyu standartlarına uyulması uygulanabilecek olan yegane yöntemdir.
