Quy trình kiểm soát chất lượng nước lò hơi (nồi hơi)

I. Nước cấp lò hơi là gì?

Lò hơi (nồi hơi) là thiết bị sử dụng nhiệt năng để đun nước thành hơi được ứng dụng rộng rãi trong các nhà máy công nghiệp như nhà máy hóa chất, đường, rượu, bia, nước giải khát, thuốc lá, dệt, giấy, chế biến thực phẩm,… hơi nước phục vụ cho các quá trình công nghệ như đun nấu, chưng cất các dung dịch, cô đặc và sấy sản phẩm,…

Nước cấp lò hơi là nguyên liệu đầu vào để lò hơi nhận nhiệt truyền cho nước để sinh ra hơi.

II. Tại sao phải kiểm soát chất lượng hơi nước lò hơi?

Chất lượng nước cung cấp cho lò hơi rất quan trọng đối với việc vận hành lò hơi. Nó ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng hơi, độ ổn định, an toàn và hiệu suất của lò hơi.

Nếu chất lượng nước cấp không đảm bảo, lò hơi sẽ bị xảy ra các hiện tượng:

 - Cáu cặn sinh ra bám vào các thiết bị trao đổi nhiệt làm giảm quá trình trao đổi nhiệt. Dẫn đến giảm hiệu suất lò hơi (tốn nhiên liệu), nổ ống

 - Ăn mòn cho lò hơi. Đây là hiện tượng xuất hiện trên nhiều phần của lò hơi, nhưng ống nồi là mơi xảy ra quá trình trao đổi nhiệt mạnh nhất.

 - Làm nguồn nước bị nhiễm bẩn ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng hơi và sản phẩm sử dụng trực tiếp hơi đó.

III. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng nước lò hơi

Các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng nước bao gồm: 

 - Độ dẫn

 - Độ PH

 - Độ cứng

 - Độ kiềm

 - Silic

 - Sắt, mangan 

 - Các hợp chất hữu cơ

 - Các chất khí

1. Độ dẫn

Tổng của tất cả các chất hòa tan (dẫn điện) trong nước có thể được xác định thông qua độ dẫn điện (nhiệt độ lấy làm chuẩn là 25^oC).

Độ dẫn phụ thuộc vào nhiệt độ và độ dẫn tăng khi nhiệt độ tăng.

Độ dẫn điện của nước được quyết định bởi các chất hòa tan như muối, axit (kể cả axit cacbonic), bazơ và một số chất hữu cơ nhưng silic không có ảnh hưởng gì tới độ dẫn của nước.

Các chất hòa tan trong nước nói trên phần lớn đều phân li thành các ion có điện tích khác nhau phụ thuộc vào hóa trị của chúng. Các ion tích điện dương gọi là cation (như Na+ , Ca++ , Fe++) và tích điện âm gọi là anion (như Cl- , SO42- , PO43-). Thậm chí một phần rất nhỏ của nước cũng phân li thành cation H+ và anion OH-, vì vậy mà nước nguyên chất cũng có độ dẫn điện. Tại 25^oC, nước nguyên chất có độ dẫn khoảng 0,055 micro sent/cm.

Độ dẫn của nước ảnh hưởng tới ăn mòn, độ dẫn càng cao thì tốc độ ăn mòn càng lớn.

2. Độ PH

Độ phân li rất thấp của nước nguyên chất quyết định giá trị PH trung bình là 7, PH < 7 là đặc trưng của môi trường axit với độ axit tăng khi PH giảm về 0,

PH > 7 là đặc trưng của môi trường bazơ (hoặc kiềm) với độ kiềm tăng khi PH tăng đến 14. Cần lưu ý rằng mỗi một bậc PH là kết quả của sự thay đổi nồng độ gấp 10 lần.

Nước có độ kiềm vừa phải (PH 9 -12) là điều kiện lý tưởng để bảo vệ sắt khỏi ăn mòn.

Axit hoặc nước có tính axit sẽ hòa tan lớp magnetite bảo vệ và phá hủy sắt/thép.

3. Độ cứng

Độ cứng của nước (chủ yếu là hợp chất của canxi và magie) được phân loại thành độ cứng cacbonat và độ cứng phi cacbonat.

Độ cứng cacbonat (canxi, magie cacbonat) là độ cứng chỉ có thể tan được trong nước cùng với một lượng axit cacbonic (do CO₂ hòa tan trong nước).

Nếu lượng CO₂ này bị loại bỏ do đun sôi hoặc giảm đi do phun trong không khí hoặc đun nóng thì canxi cacbonat (đá vôi) sẽ kết tủa và tạo thành cặn cacbonat.

Các khu vực nhiệt đới và cận nhiệt đới thường có mưa to nên chỉ có ít đá vôi được tạo thành, vì vậy độ cứng cacbonat của nước thô tương đối thấp.

Độ cứng phi cacbonat (canxi, magie clorua, sunphat, nitrat ..) có thể hòa tan tốt trong nước, chỉ có canxi sunphat (thạch cao) tạo cặn nếu nồng độ của nó lớn hơn 2g/l = 2000 mg/l. Nước thô bị nhiễm bẩn bởi nước biển hoặc nước lợ có độ cứng phi cacbonat cao vì nước biển có hàm lượng NaCl rất cao, thậm chí cả CaCl₂ và MgCl₂ cũng nhiều.

Khi có silic trong nước (dạng axit silic, oxit silic) thì cả độ cứng cacbonat và phi cacbonat đều tạo cặn canxi/magie silicat (cặn silic) và làm giảm hệ số truyền nhiệt.

Con đường dễ dàng, an toàn và thông dụng nhất để khử độ cứng của nước là áp dụng thiết bị làm mềm nước, nó chuyển các hợp chất canxi và magie thành hợp chất của natri rất dễ tan trong nước.

4. Độ kiềm

Độ kiềm là thông số quan trọng trong quá trình vận hành lò hơi, nó cho phép xác định các thành phần khác nhau của nước bằng cách chuẩn độ với axit 0,1N khi xác định giá trị độ kiềm m/p dương và với bazo 0,1N khi xác định giá trị độ kiềm m/p âm. Độ kiềm được phân loại thành độ kiềm tổng, độ kiềm hỗn hợp, độ kiềm NaOH.

Độ kiềm tổng (độ kiềm m dương) là độ kiềm gây nên bởi bicacbonat (ví dụ từ độ cứng cacbonat hoặc natri bicacbonat (sản phẩm phản ứng của độ cứng cacbonat trong quá trình làm mềm nước), nó bao gồm cả độ kiềm hỗn hợp (độ kiềm p dương) và độ kiềm NaOH nếu có.

Nếu nước chỉ có độ kiềm m dương tức là nước chỉ chứa bicacbonat (như độ cứng cacbonat hoặc NaHCO₃), đây là đặc trưng cơ bản của nước thô hoặc nước sau khi làm mềm.

Nếu nước có độ kiềm m âm biểu hiện môi trường axit có PH thấp hơn 4,3 và được xác định bằng cách chuẩn độ với NaOH 0,1N.

Độ kiềm hỗn hợp được gây nên bởi tất cả các hợp chất có tính kiềm với PH>8,2 như cacbonat (soda), Na₃PO₄ và kiềm tự do (như xút ăn da NaOH) và nó thay thế phép đo độ kiềm NaOH. Độ kiềm hỗn hợp bao gồm cả độ kiềm NaOH.

Giá trj độ kiềm p âm (-p) chỉ thị PH< 8,2 và thể hiện môi trường có tính kiềm hoặc axit yếu, nó được xác định bằng cách chuẩn độ với NaOH 0,1N.

Độ kiềm NaOH chỉ cho biết hàm lượng kiềm tự do trong nước, nhưng nó cần xác định theo một quy trình đặc biệt trước khi chuẩn độ xác định độ kiềm p (chỉ thị phenolphtalein).

Chất chỉ thị được dùng khi xác định độ kiềm m là metyl da cam, nó chuyển màu tại PH = 4,3.

Chất chỉ thị được dùng khi xác định độ kiềm là p là phenolphtalein, nó chuyển màu tại PH = 8,2.

Điều này có nghĩa là nước chỉ có tính kiềm khi nó có giá trị kiềm p.

Đối với lò hơi nằm ngang cần phải kiểm tra độ kiềm hỗn hợp p và tổng kiềm của nước lò hơi.

5. Sillic

Những quốc gia thuộc khu vực nhiệt đới và cận nhiệt đới thường có mưa to, nước thô thường có hàm lượng silic (oxit silic) và hoặc silicat (hợp chất của silic với canxi, magie, nhôm ví dụ như nhôm silic, đất sét) từ trung bình đến cao đặc biệt là nước sông sau khi mưa to.

Cả silic và silicat đều có nguồn gốc từ các khoáng chất dưới lòng đất như granit, mica, đất sét, bazan .. bởi vì đá vôi gần như tan hoàn toàn trong nước mưa.

Silic và silicat có thể tồn tại ở dạng hòa tan hoặc bán hòa tan (keo) và rất khó loại trừ hoặc giảm bớt đi bằng cách xử lý nước.

Lọc nước cơ học và làm mềm nước không thể loại trừ được silic và silicat.

6. Sắt, mangan

Hợp chất của sắt và mangan luôn có trong nước mặt và nước giếng nếu hàm lượng oxy thấp.

Hiện tượng này xảy ra phần lớn ở trong lòng đất có các chất hữu cơ như bùn đáy sông, trong một số trường hợp có cả H₂S .

Các hợp chất của sắt và mangan có thể tạo lớp cặn trên đường ống có màu vàng nhạt. Sau khi tiếp xúc với oxy (không khí) nó sẽ tạo ra lớp cặn xốp màu nâu. Đây chính là nguyên nhân đóng cặn trên đường ống cũng như làm giảm hoạt tính của hạt nhựa làm mềm nước do tạp lớp màng màu nâu trên bề mặt nhựa làm mềm. Các muối sắt làm cho sợi vải bị ố vàng.

Vì thế trước khi tiến hành làm mềm nước cần xử lý nước giếng khoan và xử lý nước mặt.

7. Các hợp chất hữu cơ

Các chất hữu cơ trong nước thô có thể có nguồn gốc tự nhiên (như xác thực vật bị phân hủy, than bùn) hoặc từ sinh hoạt của con người hoặc từ công nghiệp (như nước thải, nước có nguồn gốc công nghiệp) thậm chí nước ngưng tụ tuần hoàn cũng có thể bị nhiễm bẩn bởi các sản phẩm hữu cơ (như sữa, dầu thực vật, dung môi). Nhiều hợp chất hữu cơ có khả năng tạo thành bọt trong nồi hơi lò hơi làm ảnh hưởng đến chất lượng hơi do bị lẫn nước nồi.

Một số chất hữu cơ như đường và rượu bị phân hủy thành axit hữu cơ và làm giảm PH của nước nồi.

Dầu và chất béo cũng có thể làm cho hệ thống điều khiển không thể hoạt động được, nó tạo một lớp màng trên bề mặt kính và có thể hình thành lớp cặn nguy hiểm. Hydro cacbon có nhiệt độ sôi dưới 130^oC thường không gây hưởng xấu tới lò hơi.

8. Các chất khí (oxy, nitơ, cacbon dioxit...)

Oxy, nitơ, cacbon dioxit luôn hòa tan trong nước nếu nước tiếp xúc với không khí. Độ hòa tan của tất cả các chất khí trong nước phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ.

Oxy gây nên ăn mòn oxy trên thép cacbon hoặc thép hợp kim nếu PH quá thấp hoặc nếu thép không tạo được lớp magnetite bảo vệ.

Nito không gây tổn hại đến sự vận hành lò hơi. Cacbon dioxit làm giảm PH và gây nên ăn mòn axit trên thép cac bon.

Oxy và nito trong nước có thể loại bỏ dễ dàng bằng cách đung nóng và ở điều kiện sôi hàm lượng của chúng gần như bằng 0.

Một số hóa chất như natri sunphit và hydrazin có khả năng khử oxy. Cacbon dioxit chỉ có thể loại bỏ bằng cách đun nóng với điều kiện PH của nước dưới 7-8 hoặc PH>8.

IV. Chỉ tiêu kiểm soát chất lượng nước lò hơi

1. Chỉ tiêu chất lượng nước cấp lò

Thứ tự	1	2	3	4
Chỉ tiêu	pH	TDS	Độ cứng tổng	Clorua
Đợn vị tính	...	mg/l	mg/l	mg/l
Tiêu chuẩn nước cấp cho lò	6.5 ÷ 8.5	< 500	< 3	< 250

2. Chỉ tiêu chất lượng nước lò

Thứ tự	1	2	3	4	5	6	7
Chỉ tiêu	pH	TDS	Độ cứng tổng	Sắt	Clorua	Photphat	Sunfit
Đơn vị tính	...	mg/l	mg/l	mg/l	mg/l	mg/l	mg/l
Tiêu chuẩn nước lò	10.5÷12	< 3500	< 5	< 4	< 300	30÷60	30÷70

Cáu cặn lò hơi

V. Giải pháp xử lý chất lượng nước lò

1. Xử lý nước đạt yêu cầu cấp cho lò hơi

Nguồn nước cấp cho lò hơi cần đạt các tiêu chuẩn sau:

- pH 6.5-8.5: Nếu pH thấp sẽ gây nguy cơ ăn mòn axit với thiết bị, pH cao gây nguy cơ ăn mòn kiềm.

- TDS < 500 mg/l. TDS cao gây tăng nguy cơ đóng cặn cho lò.

- Clorua < 250 mg/l. Clorua cao gây ăn mòn lò hơi.

- Độ cứng cấp vào lò phải < 3 mg/l. Độ cứng với thành phần chính là Ca và Mg là yếu tố chính gây cáu cặn trong lò hơi.

- Sắt tổng < 0.5 mg/l. Sắt tổng cao làm giảm hiệu quả trao đổi ion của hệ thống làm mềm.

2. Lắp đặt hệ thống làm mềm nước

Hệ thống làm mềm nước (gọi tắt là Softener) sử dụng các hạt nhựa để trao đổi ion. Bản chất của hạt nhựa là trao đổi ion dạng RNa, gốc Na+ rất linh động, nó sẽ trao đổi với ion gây độ cứng trong nước khi nước được dẫn qua hệ thống theo phản ứng: 2RNa (0) + Ca2+ → 2Na+ + R₂Ca.

Sau khi đi qua hệ thống làm mềm, độ cứng tổng trong nước cấp lò còn nhỏ hơn 3 mg/l.

Độ cứng là nguyên nhân chính đóng cáu cặn trong hệ thống lò hơi khi nguồn nước này được cấp cho lò hơi. Nếu kiểm soát độ cứng trong nước mềm không tốt, vượt chỉ tiêu cho phép (<3 mg/l) sẽ gây cáu cặn cho lò hơi, giảm tuổi thọ cho lò, tăng chi phí sửa chữa, hư hỏng.

Hệ thống làm mềm nước

Quý công ty cần kiểm tra định kỳ 1 lần/ca đối với độ cứng nước mềm bằng thuốc thử độ cứng của các đơn vị cung cấp hệ thống xử lý nước.

Các bước kiểm tra độ cứng nước mềm như sau:

- Bước 1: Lấy 10 ml mẫu nước mềm (nước sau softener).

- Bước 2: Cho 01 giọt thuốc thử độ cứng của Nam Việt vào mẫu nước mềm.

- Bước 3: Lắc nhẹ cho thuốc thử tan trong nước.

- Bước 4: Xem màu: Nếu nước màu đỏ là độ cứng không đạt, nước có màu xanh là độ cứng đạt.

Quy trình kiểm tra độ cứng nước mềm

Khi phát hiện nước không đạt về độ cứng thì tiến hành tái sinh hệ thống làm mềm. Đảm bảo cung cấp đủ muối để quá trình tái sinh hệ thống được hiệu quả.

3. Sử dụng hóa chất ức chế ăn mòn cáu cặn

- Để nâng cao hiệu quả hoạt động của lò hơi, quý công ty nên có sử dụng hóa chất để ức chế quá trình ăn mòn và cáu cặn xảy ra trong hệ thống, giảm sự hao phí nguyên nhiên liệu cũng như các sự cố hư hỏng lò hơi do nguồn nước không đảm bảo chất lượng gây ra.

- Lượng hóa chất bảo trì sử dụng hàng tháng tùy thuộc vào hiện trạng hệ thống lò hơi và chất lượng nguồn nước cấp cho lò.

Sử dụng hóa chất bảo trì kết hợp với chất lượng nước cấp lò được xử lý tốt sẽ dần đưa các chỉ tiêu sunfit, photphat, độ kiềm phenol, độ cứng về giới hạn kiểm soát, giúp tăng tuổi thọ cho lò hơi, giảm sự cố, rủi ro trong quá trình sản xuất, tiết kiệm nhiên liệu, giảm chi phí sửa chữa.

4. Kiểm soát chất lượng nước lò

- Duy trì kiểm soát độ cứng nước cấp cho lò hơi.

- Độ cứng nước lò cao cần kiểm soát chất lượng nước cấp vào lò (nước mềm), và duy trì sử dụng hóa chất.

- pH thấp hơn giới hạn kiểm soát cần sử dụng hóa chất nâng pH, kiểm soát trong giới hạn t 10.5-12. pH nước lò cao cần tăng cường xả đáy lò.

- Bổ sung hóa chất bảo trì để thành phần photphat và sunfit nằm trong giới hạn kiểm soát nhằm hạn chế tối đa khả năng bị cáu cặn và ăn mòn lò hơi.

+ Sử dụng hóa chất và kiểm soát nồng độ photphat 30-60 mg/l. Photphat sẽ ức chế cáu cặn theo phương trình:

10Ca²⁺ + 6PO₄^3-+ 2OH- → Ca₃(PO4)₂.Ca(OH)₂

(Canxi hydroapatit ở dạng cặn lơ lửng, khi xả đáy sẽ theo nước ra ngoài)

+ Sử dụng hóa chất BW9002 kiểm soát nồng độ 30-70 mg/l. Hàm lượng sunfit trong hóa chất sẽ phản ứng với oxi hòa tan và hạn chế ăn mòn do oxi theo phản ứng:

2Na₂SO₃ + O₂ →  2Na₂SO₄

- Mỗi ca cần kiểm soát 2 chỉ tiêu pH và TDS.

VI. Quy trình kiểm soát chất lượng nước lò hơi

1. Kiểm soát hàng ngày

Quý công ty thực hiện kiểm soát theo ca, 01 lần/1 ca làm việc theo biểu mẫu kiểm tra của các đơn vị cung cấp.

- Kiểm tra nước cấp bổ sung theo 2 chỉ tiêu PH và Độ cứng.

- Đối với nước lò: kiểm tra 02 chỉ tiêu pH và TDS.

2. Kiểm soát hàng tháng

Hàng tháng Quý khách lấy định kì mẫu nước và kiểm tra.

- Độ cứng tổng cao hơn giới hạn kiểm soát, cần kiểm tra chất lượng nước lò để độ cứng đảm bảo <5mg/l.

- pH thấp hơn giới hạn kiểm soát, cần sử dụng hóa chất nâng pH trong giới hạn 10.5-12. pH cao hơn giới hạn kiểm xoát, cần tăng cường xả đáy.

- Photphat thấp hơn giới hạn kiểm soát, sử dụng hóa chất BW 9001 và kiểm soát nồng độ photphat trong giới hạn kiểm soát 30-60 mg/l. Photphat cao hơn giới hạn kiểm soát, cần điều chỉnh lượng hóa chất cho phù hợp.

- Sunfit thấp hơn giới hạn kiểm soát, sử dụng hóa chất BW 9002 và kiểm soát nồng độ sunfit nằm trong giới hạn 30-70 mg/l. Sunfit cao hơn giới hạn kiểm soát, cần điều chỉnh lượng hóa chất cho phù hợp.

Dựa vào kết quả phân tích, Quý công ty nên kiểm soát, đảm bảo mọi chỉ tiêu theo đúng tiêu chuẩn cho phép kết hợp với quy trình xả đáy hợp lý để hệ thống hoạt động tối ưu nhất.

3. Tẩy rửa lò hơi mới

Trong lò hơi mới chứa nhiều thành phần: dầu mỡ tích tụ t quá trình bôi trơn và dầu mỡ chống oxi hóa ở các mối nối và đường ống.

Ngoài ra, trong lò hơi mới còn chứa nhiều các gỉ kim loại (Fe₂O₃, FeO, Al₂O₃, CuO…) được hình thành t việc oxi hóa của oxi trong môi trường và trong quá trình thi công tạo ra.

Không khí tác động lên bề mặt kim loại trong suốt thời gian lắp đặt lò.

Nếu các thành phần dầu mỡ và và gỉ kim loại này không được tẩy rửa trước khi lò hơi đi vào hoạt động thì sẽ gây ra các ảnh hưởng không tốt đến lò hơi và chất lượng hơi trong điều kiện làm việc với áp suất và nhiệt độ cao:

- Các gỉ kim loại có thể là các điểm diễn ra quá trình ăn mòn trong lò hơi.

- Các gỉ kim loại đóng bám trên bề mặt truyền nhiệt của lò hơi cũng làm giảm hiệu quả truyền nhiệt của thiết bị, gây tiêu tốn nhiên liệu.

- Các thành phần dầu mỡ nhẹ nổi lên trên mặt nước có thể bị cuốn theo hơi gây ra tình trạng nhiễm bẩn hơi và giảm khả năng bốc hơi của nước trong lò hơi, ảnh hưởng đến thiết bị và chất lượng của sản phẩm tiếp xúc trực tiếp với hơi nước.

Ngoài ra, nếu vận hành lò hơi có hàm lượng gỉ sắt cao sẽ làm nước lò hơi có màu đỏ và tốn thời gian cũng như chi phí để đưa chất lượng nước lò hơi nằm trong giới hạn kiểm soát.

Vì vậy, việc vệ sinh và tẩy rửa lò hơi mới ban đầu là cần thiết. Việc vệ sinh giúp lò hơi hoạt động an toàn và hiệu quả, tránh bị các sự cố liên quan đến chất lượng nước cũng như các gỉ kim loại trong nước gây ra.

Khi lò hơi hoạt động ổn định, Quý công ty nên lưu ý đến vấn đề xử lý nước và sử dụng hóa chất bảo trì lò hơi định kỳ hàng tháng để hạn chế ăn mòn và cáu cặn trong lò hơi, nhằm đảm bảo lò hơi hoạt động hiệu quả và kéo dài tuổi thọ của lò hơi.

Trên đây là những chia sẻ của chúng tôi về kinh nghiệm vận hành lò hơi trong nhiều năm qua và từ các nhà cung cấp dịch vụ xử lý nước lò hơi. Hy vọng sau bài viết này giúp lò hơi của các bạn luôn hoạt động an toàn, ổn định và mang lại hiệu quả cao nhất cho bạn.

Để phục vụ khách hàng ngày càng tốt hơn, chúng tôi rất mong muốn nhận được nhiều hơn nữa các ý kiến đóng góp quý giá  từ phía khách hàng.

Trân trọng cảm ơn!

Thông tin liên hệ:

CÔNG TY TNHH GEETECH

Địa chỉ: Số 11A Ngách 28 Ngõ 207 Bùi Xương Trạch, P. Khương Đình, Q. Thanh Xuân, TP. Hà Nội, Việt Nam.

Xưởng sản xuất: Phường Đồng Nguyên, TP. Từ Sơn, Bắc Ninh.
Điện thoại: 088 65 99989 – 091 146 3383.
Email: geetechboiler@gmail.com
Website: www.geetech.com.vn
MST: 031 585 3072