27 Kasım 2012 | TEKNÄ°K MAKALE 52. Sayı (Kasım 2012)

Yazar: Wolfgang Hater, BK Giulini GmbH Çeviri: İpek Öztürk, BK Giulini Kimya A.Ş.
Özet / Kazan besi suyu şartlandırmasında film yapıcı aminler
Buhar çevrimli kazanların besleme suyu için iyi bir şartlandırma programı yapılması, buhar jeneratörlerinin düzgün çalışmasında çok önemlidir. Hatalı şartlandırma işlemleri tesisler için beraberinde yüksek maliyetler doğuracak zararlar verebilir. Konvansiyonel şartlandırma programlarında üç bileşen vardır: Oksijen tutucular, nötrleştirici aminler ve fosfat. Film yapıcı aminlerin (FYA) esas olduğu bir şartlandırma programında FYA’lar, oksijen tutucunun ve fosfatın görevlerinin her ikisini birden üstlenir. FYA’lar oksijenin metalle temas etmesini önlemek için metal yüzeyleri üzerinde ince, kompakt bir hidrofobik film tabakası oluşturarak korozyonu önler.
Oksijen tutucuların aksine film yapıcı aminler, oksijenle reaksiyona girerek tükenmezler. Buna ek olarak, FYA’ların yüksek uçuculuğu, örneğin sülfit gibi bazı oksijen tutucuların aksine buhar çevrimi sisteminin komple korunması anlamına gelmektedir. FYA esaslı programlar tümüyle organiktir ve bu nedenle kazan suyu iletkenliğini hemen hemen hiç artırmamaktadırlar. Fosfat ve sülfite kıyasla kazanlarda daha yüksek konsantrasyon çevrimleri gerçekleştirilebilir. Bu da blöf suyu miktarının düşmesine ve bu yolla enerji kayıplarında ciddi bir azalma sağlanmasına neden olur. FYA’larla yapılan yeni çalışmalar, fosfat şartlandırması kullanıldığında ısıtma borularından su fazına ısı transfer katsayılarının anlamlı bir şekilde daha yüksek olduğunu göstermiştir. Bunun bir sonucu olarak, egzoz gazı sıcaklıklarının daha düşük olması ve dolayısıyla da enerji kayıplarının azalması beklenebilir. FYA’lar gerçek uygulamalarda yıllardır başarıyla kullanılmaktadır. Konvansiyonel şartlandırma programlarının tatmin edici sonuçlar sağlamada başarısız olduğu bazı durumlarda bile gayet iyi sonuçlar elde edilmiştir. Kompleks bir buhar jeneratörü uygulamasında yapılan bir vaka çalışması, geleneksel şartlandırma programından FYA esaslı programa geçişle önemli ölçüde tasarruf sağlandığını göstermektedir.

Giriş
İmalat sektöründeki birçok firma, prosesleri gereği veya buhar ve enerji ihtiyaçlarını karşılamak amacıyla farklı türde ve kapasitelerdeki buhar jeneratörlerini işletmektedirler. Kazanların düzgün ve ekonomik bir biçimde çalışması için kazan besleme suyuna şartlandırma yapılması gereklidir. Korozyon veya kireçlenme nedeniyle tesisteki parçaların zarar görmesini veya tesisin verimliliğinin düşmesini önlemek için ham su genellikle şartlandırmaya tabi tutulur. Kimyasal şartlandırma maddelerinin eklenmesi şeklinde uygulanan bu işlem sonucunda şartlandırılmış kazan besi suyu elde edilir.
Bu çalışmada, kazan besi suyu şartlandırması için yenilikçi bir teknoloji olan modern film yapıcı aminler (FYA) açıklanmaktadır. Teknolojinin özellikleri ve pratik avantajları genel olarak değerlendirilmekte ve kaynak tüketiminin ve buhar jeneratörlerindeki emisyonların azaltılması için sunduğu fırsatlar açıklanmaktadır. Son olarak, bir vaka çalışması incelemesiyle elde edilen tasarrufa ilişkin daha spesifik bilgiler sunulmaktadır.

1. Kazan Suyu Şartlandırma Prensipleri
Kazan suyu şartlandırmasının, başta korozyon ve kireç birikmesi olmak üzere sudaki maddelerle tesis yüzeyleri arasındaki reaksiyonlar nedeniyle ortaya çıkan sorunları önlemesi gereklidir. Tesis yüzeylerinde maddelerin sudan ayrıldığı durumlarda buhar jeneratörlerinde kireçlenme meydana gelebilir. Tesis yüzeylerindeki birikintiler korozyon ürünlerinin suyla devir daim ettirilmesi sonucunda da meydana gelebilir; bu ise korozyonun ikincil bir etkisidir. Buhar jeneratörlerindeki birikintilerin temel bileşenleri arasında kalsiyum karbonat, kalsiyum fosfat, silikat, demir oksit ve demir hidroksit bulunmaktadır.
Kazan taşı, zayıf bir ısı iletkenidir ve bu nedenle ısı aktarımını engeller. Bu durum, noktasal aşırı ısınmalara neden olarak termal stres altındaki parçaların zarar görmesine ve beraberinde getireceği maliyetle birlikte tesis verimliliğinin düşmesine neden olur.
Buhar kazanlarında temelde iki korozyon mekanizması vardır. Birincisi, besleme suyuyla veya kondens bölgesindeki bir sızıntıyla sisteme giren oksijenin sebep olduğu korozyon; diğeriyse su içindeki karbondioksitten oluşan karbonik asidin yol açtığı korozyondur. Karbondioksit esas olarak kazan içindeki karbonatların termal dekompozisyonuyla oluşur.Korozyon, arzu edilen bir durum olan pasivasyon tabakasının oluşumuyla (manyetit tabakası oluşumu) karıştırılmamalıdır. Ancak, aşırı kalın bir manyetit tabakası oluşumu da beraberinde düşük ısı iletimini getireceği için bu istenmeyen bir durumdur.
Kireç oluşumu ve korozyon riski, ham suyun hazırlık işleminden geçirilerek (tam demineralizasyon ve gazsızlaştırma) şartlandırılması ve elde edilen besleme suyuna çeşitli kimyasalların eklenmesiyle minimize edilir. Şekil 1’de besi suyu şartlandırması ve şartlandırma kimyasalları dozajlama sistemine sahip bir buhar jeneratörüne ait basitleştirilmiş blok diyagramı gösterilmektedir. Şartlandırma kimyasalları besleme suyunun kalitesine, işletme koşullarına ve tesis düzenine bağlıdır.

1.1. Sertlik İnhibitörleri
Suyu sertleştiren iyonların sisteme girmesi engellenemiyorsa, bir sertlik inhibitörü eklenmesi tavsiye edilir. Fosfat, sertlik yapan iyonları kazanda taşlaşmayan ve blöfle birlikte periyodik olarak tahliye edilen kalsiyum fosfat çamuru gibi formlarda bağlar. Polikarboksilatlar ve fosfonatlar, kristal büyüme sürecine müdahale ederek doymuş kalsiyum karbonat çözeltisi oluşumunu geciktirir. Bu maddelerin dispersant etkisi, çözünmeyen katıların sedimantasyonunu engeller ve yüzeylerin temiz kalmasını sağlar. Şelatlaştırıcı ajanlar, katyonları kompleks yapısında tutarak birikim yapmalarını önler.

1.2. Korozyon İnhibitörleri
Korozyon inhibitörleri iki temel gruba ayrılır. Örneğin sülfit, dietilhidroksilamin (DEHA) ve hidrazin gibi oksijen tutucular, oksijenle reaksiyona girerek sudaki oksijeni uzaklaştırır; bunun sonucunda metal yüzeylerde çok düşük bir düzeyde aşınma meydana gelir. DEHA ve hidrazin manyetit tabaka oluşumunu desteklemektedir.
Film yapıcı inhibitörler, ince bir geçirimsiz katman oluşturarak korozyona neden olan maddelerin yüzeylerle temas etmesini önler. Dolayısıyla, korozyon reaksiyonu oluşamaz. Film yapıcı inhibitörler, kimyasal tepkimelere girerek tükenmezler. Bu nedenle, yalnızca koruyucu film tabakasının devamını sağlamak için gerekli olan miktarda eklemek yeterlidir.
Buhar ve kondens sistemlerinde oksijen korozyonunun yanı sıra karbondioksitin neden olduğu korozyon da ciddi olabilir. Buhar volatilitesi yüksek, nötrleştirici aminler kondensin pH düzeyini yükselterek korozyonu önler. Malzeme, uzunluk ve kondens sistemin karmaşıklığı, kullanılacak olan aminin seçiminde etkili faktörlerdir. Nötrleştirici aminler volatilite, alkalinite ve termal stabilite açısından farklılıklar göstermektedirler. Bu maddelere örnek olarak amonyak, sikloheksilamin, morfolin, dietilaminoetanol ve aminometilpropanol verilebilir.

2. Film yapıcı aminler
Konvansiyonel kazan suyu şartlandırma programlarının genellikle üç bileşeni vardır: Oksijen tutucular, fosfat/fosfonat ve nötrleştirici aminler: Buna karşılık, FYA esaslı şartlandırma programlarının temelinde film oluşturan bir bileşenin nötrleştirici aminlerle birarada kullanılması yatmaktadır. Her iki şartlandırma konseptine de ilaveten bir polikarboksilat eklenebilir.

2.1. Film Yapıcı Aminlerin Kimyası
Pek çok yerde poliaminler ya da yağ aminleri olarak da anılan FYA’lar, oligoalkilamino yağ aminleri ailesine ait kimyasal maddeler olarak tanımlanmaktadır. Genel kimyasal formül R1-[NH-(R2)-]n-NH2 şeklinde olup, n, 0 ila 7 arasında bir tam sayı, R1 12-18 karbon atomuna sahip dallanmamış bir alkil zincir, R2 ise kısa zincirli bir alkil grubudur. Grubun en basit temsilcisi çok sayıda çalışmada [1, 2] incelenmiş olan oktadesilamindir (n = 0, R1= C18H37). Oktadesilaminin temel dezavantajları arasında, formülasyona uygunluğunun düşük olması ve bu nedenle asetik asit ilavesi gerektirmesi [3] ve belirgin doz aşımı duyarlılığı sayılabilir. Modern şartlandırma programlarında genellikle oleil amin (n = 1, R1 = C18H35) ya da oleil propilen diamin (n = 1, R1 = C18H35, R2 = C3H6) kullanılır. FYA’lar kazan suyu ve kondensin pH değerini ayarlamak ve formülasyonlara gerekli depolama kararlılığını kazandırmak için daima nötrleştirici aminlerle birarada kullanılırlar.

2.2. Film Yapıcı Aminlerin Özellikleri
FYA esaslı şartlandırma programları devreye alınırken, bu maddelerin kendilerine has özelliklerinin ve bu özelliklerin uygulamaya getireceği sonuçlarının bilinmesi gereklidir. Çeşitli önemli özellikler aşağıda açıklanmaktadır.

2.2.1. Metal Yüzeye Çekim
FYA’lar, örneğin polikarboksilatlarda olduğu gibi antiskalant olarak adlandırılmamaktadır. Ancak, FYA’lar metal yüzeye olan yüksek çekimleri nedeniyle, kristalizasyon sürecinin başlangıcında oluşan kireç mikrokristalleri tarafından adsorbe edilerek, bunların büyümesini engellemektedirler. Bu sayede amorf, birikim yapma özellikleri düşük yapılar (Şekil 2) oluşur.   
FYA’ların metal yüzeylere karşı çok yüksek bir çekimi söz konusudur. Film oluşum süreci elektrokimyasal empedans spektroskopisi [4-6] ve fotoelektron spektroskopisi [7] başta olmak üzere çeşitli yollarla ayrıntılı bir biçimde incelenmiştir. Empedans spektrumlarından elde edilen polarizasyon direnci değerleri [8 ve 9], demirin kaplama tabakanın gözenekleri içinde çözünmesinde, yük aktarımına karşı gösterilen direncin bir ölçüsüdür. Oleil propilen diamin ve oleil amin ile polarizasyon direnci ve buna bağlı olarak da film stabilitesi azami noktasına ulaşır.
Film tabakası, oksijen ve karbondioksit veya karbonik asit gibi korozif maddelere karşı bir bariyer görevi görür. Koruyucu film tabakası bir kez oluştuktan sonra dozaj ayarı değiştirildiğinde de bozulmadan kalır. Dolayısıyla dozajlamanın kısa bir süreliğine gerekli seviyenin altına düşmesi ya da dozajlamanın kesintiye uğraması halinde bile tabaka, doğrudan bir zarar görmeden sağlam kalır. Güçlü yüzey çekimi nedeniyle FYA’lar, kalsiyum tabakaları veya manyetit gibi yüzeye gevşek tutunan demir oksitleri gibi katmanları da zaman içinde temizler (Şekil 3).

2.2.2. Manyetit Koruyucu Tabakanın Sağlamlaştırılması
Buhar jeneratörlerinde kompakt, ince ve pürüzsüz manyetit katmanlarının oluşması, arzu edilen bir durumdur. Pürüzlü, kaba yapılı ve gözenekli tabakalar özellikle termal stresler doğuran yük değişikliklerinin meydana gelmesiyle birlikte parçalanarak sıvı veya buhar fazına küçük parçacıklar veya büyük taneler şeklinde karışma eğilimi gösterirler.
Rostock Üniversitesi’nde yürütülen bir araştırma projesi kapsamında [10], test jeneratörlerinde önceden belirlenmiş şartlar altında borularda manyetit katmanları oluşturulmuş ve oluşan tabakalar yüzey analizine tabi tutulmuştur. FYA ile şartlandırma yapılan borulardaki katmanların geleneksel trisodyum-fosfat bazlı şartlandırma programı uygulanan borulardakine kıyasla çok daha düzgün ve homojen bir yüzeye sahip olduğu görülmüştür. Şekil 4’te, boruların konfokal lazer tarama mikroskopisi (CLSM) yardımıyla elde edilen görüntüleri verilmiştir. Fosfatlı şartlandırmadan ve FYA esaslı şartlandırmadan sonra ölçülen mikro pürüzlülük değerleri sırasıyla 2.25 µm ve 1.45 µm’dir.
Projenin temel amacı, FYA’nın farklı şartlandırmalara tabi tutulan buhar jeneratörü borularının termal davranışı üzerindeki etkisini belirlemektir. Manyetit katman üzerindeki çok ince film, ısı iletimi üzerinde önemli bir pozitif etki sağlamıştır. Endüstriyel olarak buhar kazanlarını ilgilendiren aralıkta, FYA ile şartlandırma yapılan borulardaki kaynama eğrileri fosfat şartlandırması yapılan borulara ait kaynama eğrilerinin üzerindedir. FYA şartlandırma sonrasında deneme boyunca (işletme süresi 430 saate kadar çıkmıştır) istikrarlı bir biçimde yüksek ısı iletim katsayıları ölçülmüştür.
Şekil 5’te, fosfat şartlandırması sonrasında analiz edilen borulardaki net iyileşme gösterilmektedir. FYA ile çıplak metal yüzeylere sahip borularda yapılmış testlerde ısı iletim katsayısında yüzde 90 ila 150 arasında bir nispi iyileşme elde edilmiştir. İlk başta fosfatla şartlandırma yapılıp sonradan FYA şartlandırmasına geçilen (PO4 → FYA) borularda da yüzde 40 ila 90 arasında iyileşme elde edilebilmiştir.
Bu etki Şekil 6’da, fosfat esaslı programla ve FYA esaslı programla şartlandırma yapılan bir borudaki kaynama davranışını yansıtan bir karşılaştırmada çok net bir biçimde görülmektedir. FYA şartlandırma programına geçişten hemen sonra bariz şekilde yoğunlaşmış bir kaynama gerçekleştiği görülebilir [11]. Bunun bir sonucu olarak, besleme suyuna FYA şartlandırması yapıldığında egzoz gazının sıcaklığının daha düşük olması beklenir. Bu durum buhar jeneratörünün verimliliğini artırır, dolayısıyla CO2 emisyonlarını azaltır. İşlemlerin karmaşıklığı nedeniyle beklenen etki için kantitatif bir hesaplama yapılamamaktadır.

2.2.3. Buhar Volatilitesi
Bir buhar jeneratörü kondensindeki FYA’ların buhar volatilitesi, nitel analiziyle ortaya konabilir. Buhar volatilitesi kantitatif olarak dağılım dengesiyle ifade edilmektedir ve bu madde sınıfını temsil eden çeşitli maddeler için belirlenmiştir [12].
FYA, buhar volatilitesi sayesinde tesisi tamamıyla korur; çünkü buhar jeneratörünün her noktasında korozyona engel olan film oluşumu gerçekleşir. Şekil 7’de, kazan tesisinin kondens sistemine takılan metal kuponlarıyla yaklaşık doksan günlük uygulama sonrasında korozyona karşı korumadaki iyileşme gösterilmektedir. Sülfit, fosfat ve nötrleştirici aminlerden oluşan geleneksel şartlandırma programı yapılan kazandan gelen numunede oksijen korozyonu açıkça görülebilir. Öte yandan FYA ile şartlandırma yapılan kazandan gelen numunede ise yalnızca ıslak kuponların çıkarılmasından sonra üzerinde hafif, ani paslanma görülmektedir.

3. Film Yapıcı Aminlerin Dozajlanması
Geleneksel şartlandırma programlarında olduğu gibi FYA esaslı bir üründe de dozajlama, en iyi taze besleme suyu hacmi esas alınarak kontrol edilen bir dozaj pompası vasıtasıyla besleme suyuna verilerek kontrol edilebilir. Ticari ürünler dozajlamaya hazır çözeltiler şeklinde teslim edilmektedir. FYA esaslı bir ürün kullanıldığında, toz ürünlerden şartlandırma solüsyonu hazırlama ve istenen şartlandırma sonucunu elde etmek için değişik bileşenlerin miktarlarını ayarlama gibi hataya açık bir prosese ihtiyaç kalmamaktadır.
Dozajlama sisteminde kesinlikle Viton malzemeden üretilmiş kısımlar bulunmamalıdır. Çünkü film yapıcı bileşenler bu malzemeye zarar vermektedir. Sızdırmazlık malzemesi olarak EPDM, membran malzemesi olarak da Teflon tavsiye edilir.
FYA ölçümüne dayalı ürün dozajlama sistemlerinde, genellikle yoğuşma suyunda (kondensat), besleme suyunda ve kazan suyunda çok az miktarda FYA tespit edilebilecek kadar ürün dozajlanması esasına dayanan bir tasarım kullanılmaktadır. FYA varlığının tespit edilebildiği düzey yeterlidir. Uzun süre boyunca sürekli ve aşırı dozajlama yapılması filtre, pompa ve eşanjör gibi sistem parçalarına yapışmaya neden olabilir.
Şartlandırma, tüketilen ürün ve taze besleme suyu miktarlarının dengelenerek dozaj miktarının belirlenmesiyle, düzenli olarak izlenmelidir. Besleme suyundaki, kazan suyundaki ve özellikle de kondensattaki pH değeri ve FYA konsantrasyonunun yanı sıra kazan besleme suyundaki ve kondensattaki demir miktarının da analiz edilmesi gereklidir.
Ürünler genel itibariyle düşük toksisite sahip olmakla birlikte (LD/LC 50 > 2000 mg/kg), kimyevi maddelerle çalışılırken alınması gerekli önlemlere dikkat edilmelidir. Ürünün doğrudan cilde veya gözlere temas etmesinden veya solunmasından, yutulmasından kaçınılmalıdır.
Biyobozunurluk testlerinde ürünlerde bulunan organik bileşenlerin toplam biyobozunurluk oranı yüzde 60 BOD/COD ya da CO2 salımı veya yüzde 70 DOC düşüşü değerlerine ulaşılmaktadır. Dolayısıyla, kesin biyobozunurluk için eşik değerlere erişilmektedir (örneğin; 301 AF OECD metotlarına göre) ve ürünlerin iyi derecede biyobozunur olduğu kabul edilebilir.
Suda yaşayan organizmalara karşı toksisite, ürün tipinin bileşimine bağlı olarak değişmektedir. Genel olarak bir atıksu arıtma tesisine (AAT) deşarj yapılması tavsiye edilir. Avrupa Topluluğu standartlarına uygun gerçekçi bir en kötü durum senaryosunun esas alındığı genel bir risk değerlendirmesi, doğru uygulama yapıldığı takdirde AAT ve alıcı ortamdaki canlı topluluklarının biyolojisi üzerinde ihmal edilebilecek bir etki olacağını göstermiştir.

4. Analiz
Şartlandırma konseptinin kilit bileşeni olarak FYA’nın belirlenmesi halinde anlamlı sonuçlar elde edilebilmesi için özel kurallara dikkat edilmelidir.
FYA sadece su fazı içinde, serbest haldeyken analitik olarak tespit edilebilir. Metal yüzeylere bağlanmış FYA tespit edilemez. FYA’nın adsorpsiyonu metal yüzey alanına, sıcaklığa ve su fazındaki aşırı FYA miktarına bağlıdır. Dolayısıyla, eklenen FYA miktarıyla su içinde kararlı serbest FYA miktarı arasında bir ilişki yoktur.
FYA, numune kaplarının iç yüzeyleri de dahil olmak üzere hemen hemen her türlü yüzeyde adsorbe edilir. Yalnızca çok iyi temizlenmiş plastik numune kapları kullanılmalı ve FYA miktarı tespiti ya yerinde yapılmalı veya numune alındıktan sonra çok kısa bir süre içinde gerçekleştirilmelidir. FYA, katyonik yüzey aktif madde şeklinde (bulaşık yıkama deterjanlarının kullanımı nedeniyle hesaplamada karışma söz konusu olabilir) veya özel bir boya vasıtasıyla kompleks olarak tespit edilir. “Bengal Rose” yönteminin hassasiyet sınırı 0.1 ppm civarındadır [13].

5. Vaka Çalışması: Bir Ahşap Üretimi Tesisinde Kazan Suyu Şartlandırmasında FYA’ya Geçiş
Dünyanın en büyük lamine ahşap üreticilerinden biri, maliyetlerini azaltmak ve tesisin çevre üzerindeki etkisini en aza indirmek için imalat sürecini optimize etme kararı almıştır. Üretici, su ve enerji tüketiminin en önemli kaynağının proses dahilindeki ısıtma ve kurutma için gerekli buhar üretim olduğunu gözlemlemiştir. Kazanlarda sülfit, fosfat ve nötrleştirici aminlere dayalı geleneksel şartlandırma yapılmaktadır.
Şekil 8’de kompleks bir buhar üretimi sisteminin basitleştirilmiş akış şeması gösterilmektedir.
Sistem, dört kazandan oluşmaktadır: her biri 16.5 ton/saat (36.4 X 103 pph) buhar kapasitesine sahip iki adet gaz yakıtlı alev borulu kazan, bir adet 33 ton/saat (72.8 x 103 PPH) buhar kapasitesine sahip su borulu, gaz türbinine ait atık ısı kazanı ve odun ve üretim atıklarının yakıldığı bir adet 8 ton/saat buhar kapasitesine sahip yakma fırını. Kazanların çalışma basınçları 21 ve 23 bar (305 ve 334 psi) arasındadır. Tüm kazanlar ekonomizer ve buhar kızdırıcı ile donatılmıştır. Kızgın buhar sıcaklığı 260°C’dir (500°F). Dört buhar jeneratörünün hepsine tek bir tanktan su beslemesi yapılmaktadır. Besleme suyu için deaerasyon işlemi ortak buhar kazanının sıcak buharıyla termal olarak yapılmaktadır. Besleme suyu tankına beslenen ham su, beslemeden önce filtre edilip yumuşatılmaktadır. Dört kazanın ürettiği kızgın buharın tamamı ana buhar odasında toplanmaktadır. Bu buhar üretim sürecinde kullanılmakta ve kondensatın bir kısmı ilave temizleme yapılmadan besleme suyu tankına döndürülmektedir.
Su/buhar çevrimi için yürütülecek her türlü şartlandırma programı için karşı karşıya kalınan en büyük güçlük, kazanların sürekli çalışıyor olmamasıdır. Alev borulu kazanlardan bir tanesi rezerv olarak sıcak şekilde tutulmaktadır, gaz türbini genel olarak bir yıl boyunca sadece 5 ila 6 ay civarında işletmede kalmaktadır. Toplam yıllık buhar üretimi genellikle 100.000 t/y (25,700 pph) civarındadır. Konvansiyonel şartlandırma programında kondens pH kontrolü zayıftır. Bu durum demir düzeyinin yüksek olmasına yol açarak döndürülebilen kondens miktarını sınırlamaktadır, dolayısıyla kondensat dönüş oranı yaklaşık yüzde 50’dir.
Yeni şartlandırma konsepti çerçevesinde, FYA ve nötrleştirici amin (Cetamine V211) bazlı tamamen organik ve uçucu ürün, standart bir membran pompasıyla taze besleme suyunda 75 g/m3 dozajla besleme suyu tankına verilmektedir. Ayrıca, uzun bekleme dönemlerinde kazanlara DEHA dozajlaması yapılmaktadır.
Yeni şartlandırma konseptinin devreye sokulmasından bir yıl sonra her iki şartlandırma programı için temel performans göstergelerine (KPI) ilişkin detaylı bir analiz yapılmıştır (Tablo 1). Toplam buhar üretimi hemen hemen aynı kalmaktadır: sırasıyla 105,000 ton ve 107,000 ton.
FYA programıyla elde edilen sonuçlar çok çarpıcıdır: Yeni şartlandırma sayesinde kondens kalitesinde çok keskin bir iyileşme elde edilmiştir. Kondensatın pH değeri sürekli bir biçimde 8.3’ün üzerinde tutulmuştur, işletme süresinin yüzde 90’ında ise pH değeri 9.1 olarak muhafaza edilebilmiştir. Demir düzeyi genel olarak düşmüş ve 0,2 ppm ile 0,5 ppm arasında tutulmuştur. Bunun sonucunda sistemden tahliye edilmesi gereken kondensat miktarı azalmıştır, kondensat dönüş oranı yüzde 50’den yaklaşık yüzde 70 düzeyine çıkartılabilmiştir.
Ortalama çevrimin yükselmesi sayesinde, blöf miktarı yüzde 60 oranında azaltılabilmiştir. Buna bağlı olarak ise taze besleme su miktarı yaklaşık yüzde 40 oranında düşürülmüştür. Son olarak, buhar üretimin durdurulduğu hizmet dışı sürede yüzde 36 oranında belirgin bir kısalma elde edilebilmiştir. Bazı buhar kondansatörleri, operatörler tarafından kontrol edilmiş ve metal yüzeylerin çok iyi bir görünüşe sahip olduğu ve yüksek kaliteli bir pasifleştirici tabakanın varlığı dile getirilmiştir.
Su/buhar çevrimindeki yukarıda açıklanan iyileşmeler sayesinde yılda 150.000 € üzerinde bir tasarruf elde edilebilmiştir. Taze besleme suyu ihtiyacının azaltılması yılda 45.000 € tutarında bir tasarruf getirirken, buhar üretiminin kesildiği sürenin kısaltılması da 56.000 € düzeyinde bir tasarruf sağlamıştır. Elde edilen tasarrufun 62.000 € büyüklüğündeki en önemli kısmı ise blöfün azaltılması, ısı transferinde iyileşme ve degazör için gereken buhar tüketiminin azaltılması yoluyla sağlanan enerji tasarrufundan kaynaklanmıştır. Tasarrufların detaylı analizleri Tablo 2’de verilmiştir. 153.000 €/yıl tutarındaki toplam tasarruf, buhar jeneratörleri için uygulanan şartlandırmanın yaklaşık 25.000 €/yıl düzeyindeki toplam maliyetini karşılamaktadır.

5. Sonuçlar
FYA esaslı modern şartlandırma programlarının geleneksel şartlandırma programlarına kıyasla birçok avantajı vardır:

• FYA’lar tesisin her noktasını korozyona karşı korur. FYA’lar uçuculuklarından ötürü buhar fazına geçebildikleri için tesisteki tüm parçaların yüzeyleri üzerinde koruyucu film oluştururlar. Oksijen tutucuların kullanıldığı programların aksine film oluşturan bileşenler kimyasal reaksiyonlara girerek harcanmazlar.
• FYA şartlandırma programlarında yalnızca iletkenliğin çok küçük düzeyde artışına neden olan organik maddeler kullanılmaktadır. Daha yüksek konsantrasyon çevrimlerine ulaşılabilir, bu da su ve enerji tüketimini (blöf) azaltarak tasarruf sağlar.
• Kullanılan maddeler insanlar için çok düşük toksisiteye sahiptir. Bu sayede, örneğin hidrazinin gerektirdiği çok yoğun iş sağlığı ve güvenliği önlemlerinin alınmasına ihtiyaç kalmaz.
• Tesis içinde çok düzgün ve homojen manyetit tabakalar oluşur. Isı transfer katsayılarının iyileştirilmesi, buhar jeneratörünün verimini artırabilir ve enerji tüketimini konvansiyonel fosfat esaslı şartlandırma yöntemlerine kıyasla daha düşük bir seviyeye çekebilir.
• Film oluşturan aminlerin kullanılmasıyla başta türbin olmak üzere tesisteki tüm kritik parçaların daha temiz kalması sağlanabilmektedir.

FYA’lar enerji santrallerinde ve endüstriyel buhar kazanlarındaki kazan suyu şartlandırmasında [14,15], konvansiyonel şartlandırma programlarının kimi zaman tatmin edici sonuçlar veremediği durumlar [16] da dahil olmak üzere yıllardır başarıyla kullanılmaktadır. Bir ahşap üretim tesisinde yapılan vaka çalışması, geleneksel şartlandırma programından FYA esaslı modern bir programa geçişle ciddi yararlar elde edilebileceğini göstermiştir. Şartlandırma kalitesinin iyileşmesinin yanında hatırı sayılır bir tasarruf da elde edilebilmiştir. Tasarruf, taze besleme suyu ihtiyacının azalması ve buhar üretiminin kesildiği sürelerin azalması ve daha düşük enerji kullanımı şeklinde gerçekleşmektedir.

Kaynaklar

1. Petrova, T. I.; Furunzhieva A. V.: Effect of Acetic Acid on Mass Transfer of Corrosion Products in Fossil Power Plant Cycle. Proceedings of the 14th International Conference on the Properties of Water and Steam, Kyoto, Japan.
2. Bäßler, R.; Uhlemann, M.; Mummert, K.: Inhibiting Effect of Octadecylamine on Pitting Corrosion Behaviour of Stainless Steel Type 1.4571 up to 250°C. Materials and Corrosion 50 (1999), 146.
3. Schutz vor Korrosion durch heißes Wasserdampfkondensat. Richtlinie II-9-301 J 1525/81 Zentralstelle für Korrosionsschutz, Dresden.
4. Banica, C.-E.; Czempik, E.; Vogt, C.;Schneider, F.: Influence of Hot Water Conditioning on the Corrosion Behavior of Carbon Steel. Materials and Corrosion 53 (2002), 256.
5. Ochoa, N.; Moran, F.; Pébère, N.; Tribollet, B.: Influence of Flow on the Corrosion Inhibition of Carbon Steel by Fatty Amines in Asociation with Phosphonocarboxylic Acid Salts. Corrosion Science 47 (2005), 593.
6. Foret, C.; Stoianovici, G.; Chaussec, G.; de Bache, A.; zum Kolk, C.; Hater, W.: Study of Efficiency and Atability of Film Forming Amines (FFA) for the Corrosion Protection of the Carbon Steel in Water Circuits; EUROCORR 2008, Edinburgh.
7. Ochoa, N.; Baril, G.; Moran, F.; Pebere, N.: Study of a Multi-component Inhibitor used for Water Treatment in Cooling Systems. J. appl. Electrochemistry 32 (2002), 497.
8. Duprat, M.; Lafont, M.-C.; Moran, F.; Dabosi, F.: Study of the Corrosion and Inhibition Process of a Carbon Steel in a low Conductivity Medium by Electrochemical Methods; Electrochim.Acta, 30 (1985), 353.
9. Jüttner, K.; Lorenz, W. J.; Kending, M. W.; Mansfeld, F.: Electrochemical Impedance Spectroscopy on 3-D Inhomogeneous Surfaces; J.Electrochem. Soc., 135 (1988), 332.
10. Topp, H.; Steinbrecht, D.; Hater, W.; zum Kolk, C.: The Influence of Film-Forming Amines on Heat Transfer during Saturated Pool Boilin; PowerPlant Chemistry 2010 12(7), 388.
11. Topp, H., Hater, W., de Bache, A., zum Kolk, C.: Film-Forming Amines in Shell Boilers; PowerPlant Chemistry 2012, 14(1), 38.
12. Hater, W.; Voges, N.: Distribution Ration and Average Surface Coverage of Film forming Amines; PPCHem 2010, 12(3), 132.
13. Stiller, K., Wittig, T., Urschey, M.: The Analysis of Film-Forming Amines-Methods, Possibilities, Limits and Recommendations; Power Plant Chemistry 2011, 13(10), 602.
14. Hater, W.; Olivet D.: The Chemistry and Properties of Organic Boiler Feed Water Additives Based on Film-forming Amines, and Their use in Steam Generators; Proceedings of 15th ICPWS 2008, Berlin.
15. Allard, B.; Chakraborti, S.: Controlling Corrosion and Scaling with Aliphatic Amines in Steam Generating Systems. Svensk Papperstidning 18 (1983), R186.
16. Van Lier, R.; Janssen, G.; Savelkoul, J.: Three Years of Experiences with Polyamines in the High Pressure System of a Naphtha Cracker. PowerPlant Chemistry 10 (2008), Nr. 12, 696.

 

---

R E K L A M