Enerji santrallerinde korozyon takibi için bulanıklık ölçümü

0

BEĞENDİM

ABONE OL

News

0

Swan Türkiye Satış Mühendisi Mehmet Nafiz Çıkıntıoğlu

Günümüzde korozyon ürünlerine yönelik trendlerin belirlenmesi, şebekelerde yenilenebilir enerji kaynaklarının artan kullanımına bağlı olarak sayısız çevrim santralinin kurulmasıyla daha da önemli hale gelmiştir.

Tam çözülmemiş parçacıklar olarak su buhar çevrimi içerisinde bulunan korozyon ürünlerinin doğru ve eksiksiz belirlenmesi, yalnızca karmaşık ve zaman alıcı yöntemlerle gerçekleştirilebilir. Yeni tip kapalı çevrim santrallerinde laboratuvarda yapılan bu analitik yöntemler çok faydalı olmayabilir. Çünkü hızlı gerçekleşen salınımlar ve ani sıçramalar verimli bir şekilde izlenemez.

Kuşkusuz,laboratuvar ölçüm yöntemlerinin sağladığı güvenilirlik online ölçüm sistemleri ile tamamen karşılanamaz. Ancak, mevcut bazı online parametrelerin kullanımı trendleri izlemek adına faydalı olabilir.

Bulanıklık ölçümünün tekniğine baktığımızda, partiküler korozyon ürünlerinin takibi için yeni bir metot olarak kullanılmasının uygun olduğunu görebiliriz.

BULANIKLIK ÖLÇÜMÜ NEDİR?

Işık saçılması, bulanıklığın tespiti için kullanılan en önemli fiziksel yöntemdir. Işık saçılımı teorisi oldukça karmaşıktır, çünkü saçılma farklı fiziksel parametrelere bağlıdır:

– Partikül büyüklüğü, şekli ve dielektrik özellikleri (emilim, kırılma …),

– Kaynaktan çıkan ışık demetinin dalga boyu spektrumu ve polarizasyonu,

– Aydınlatma ve algılama yönü.

Işık kaynağından çıkan ışınlar, eğer numune içerisinde askıda bir halde madde bulunuyorsa bu maddelere çarparak saçılırlar. Bu saçılımın en az 90 derece ile olması beklenmektedir. Bu durumda iletilen ışığa 90 derece açıyla olacak şekilde bir algılayıcı sensör bulunmaktadır. Bu sensör ışık kaynağından çıkıp yansıyan ışınları algılayarak ölçüm birimine göre değer verir. Kısacası kaynaktan çıkan 100 ışının tamamı eğer partikül yoksa kırılmayacağı için sensöre ulaşmayacaktır. Bu durumda sensör ışın algılamayacak ve bulanıklık tespit edilmeyecektir. Ancak eğer partikül varsa kırılan ışınlar sensöre ulaşacak ve ulaşan ışık miktarına göre oranlanan bir değer bulanıklık değeri olarak tanımlanacaktır.

Bulanıklık ölçümü için EPA ve ISO, sırasıyla ISO 7027 Standart Yöntemler EPA 180.1 ‘i yayınlamıştır. Tüm bu yöntemlerde ortak olan özellik az önce bahsettiğimiz nefelometrik ölçüm prensibidir.

Bir türbidimetrenin ölçüm hassasiyeti, özgün tasarımına ve ölçüm yöntemine bağlıdır. Hassasiyet eğrisi, farklı konsantrasyonlarda hazırlanan bir dizi formazin standart çözeltisi ölçülerek belirlenir.

IŞIK KAYNAĞININ DEMİR ÖLÇÜMÜNE ETKİSİ

Bu konuyla alakalı yapılan deneyde, ortalama partikül boyutu dağılımı 1 µm olan demir (II, III) oksit tozu, numune akışına enjekte edildi. Değer, aynı tasarımlı olan ancak farklı ışık kaynaklarıyla donatılmış iki bulanıklık ölçer ile ölçüldü. Bunlardan biri Tungsten Lamba benzeri bir ışık kaynağı, diğeri ise 860nm dalga boyunda bir ışık kaynağı kullanıyordu.Aşağıdaki şekilde görülen siyah çizgianalizörünTungsten Lamba benzeri bir ışık kaynağı (Beyaz LED), kırmızı çizgi ise 860nm’de bir ışık kaynağıile verdiği tepkidir. Enjekte edilen demir (II, III) oksit tozu miktarı,50 ppb konsantrasyonunda partiküler demirdi.Aynı numune için, iki ışık kaynağının ölçüm değerleri Tungsten Lambası kullanan analizörde 0.054 FNU, 860 nm ışık kaynağı kullanan analizörde 0.181FNU olmuştur.

Buradan anlaşıldığı üzere Tungsten Lambası ile donatılmış analizörler içme suyundaki askıda katı maddeleri ayırt etmede çok başarılı olsa da sudaki demirin tespit edilmesinde aynı oranda başarılı değildir. İçme sularında istenmeyen safsızlıklar genellikle beyaz ve açık renkli olduğundan içme suyunda kullanımı uygundur. Metal oksit partikülleri ise genellikle koyu renkli olduğundan Tungsten ışık kaynakları bu ışınları yansıtmak yerine emerler. Ancak bu durum kızıl ötesi ışık kaynakları için geçerli değildir.

Nefelometrik yöntemin bu sebepten partiküler korozyon takibinde verimli olmadığı düşüncesi, deneyde de görüldüğü gibi 860 nm ışık kaynağı kullanıldığında çürütülmektedir. Kızıl ötesi bir ışık kaynağının, demir oksit partikülleri üzerindeki etkisi Tungsten ışık kaynağından farklıdır. Deneysel veriler bu teoriyi desteklemektedir.

Siyah renkli demir (II, III) oksit tozunun ölçümü için, sadece ISO 7027 (860 nm)’ye göre bir dalga boyu uygundur.

PARÇACIK BÜYÜKLÜĞÜNÜN ÖLÇÜME ETKİSİ
Soldaki resimde benzer demir konsantrasyonunaancak farklı partikül boyutuna sahip iki ürün ayrı şişelerde görülmektedir. Birinci şişede demir tozları 0.95 µm, ikinci şişede ise 50 nm’den büyük olmayan partiküllere sahiptir. Aynı konsantrasyona sahip fakat farklı partikül boyutlarında olan çözeltilerin bulanıklık farkları gözle ayırt edilebilir şekilde görünmektedir. Bu durumda parçacık boyutunun tespit edilmesi demir-bulanıklıkkorelasyonu için büyük önem taşımaktadır. Parçacık boyutları her tesis için farklılık gösterebilir. Bu nedenle her tesis için ayrı ayrı parçacık boyutu tespiti yapılmalı ve buna uygun olarak bir korelasyon oluşturulmalıdır. Zira A tesisindeki demir-bulanıklık korelasyonu ile B tesisindeki korelasyon kesinlikle farklı olacaktır.

SAPTAMA LİMİTİ VE PARTİKÜL BOYUTUNUN DEMİR/BULANIKLIK KORELASYONU İÇİN ÖNEMİ

İçme suyu endüstrilerinde içme suyunun kalitesi, formazin ile yapılan kalibrasyon açısından standart bulanıklık birimi olan FNU (Formazin Nephelometric Units) ile tanımlanır. Böyle bir birimin su-buhar çevriminde kullanımı yoktur. Ancak bulanıklık, numunedeki demir konsantrasyonuyla ilişkili olduğundan bulanıklık terimini somut bir konsantrasyona çevirmek mantıklı olacaktır.

Partikül büyüklüğünün demir-bulanıklık korelasyonunu nasıl etkilediğini, farklı partikül büyüklüğüne sahip iki demir (II, III) oksit tozu ile saptamalimitini ölçerek görebiliriz. 1 µm parçacık boyutuna sahip demir (II, III) oksit tozu için, 0.5 ppbFe’lik bir saptama limiti tespit edildi. 50 nano metre aralığında partikül büyüklüğü ile ise 15 ppbFe’lik bir saptama limitine ulaşıldı. Bu durumda partikül boyutu arttıkça hassasiyetin arttığı sonucuna ulaşabiliriz. Eğer bulanıklık ölçüm cihazlarının hassasiyetini karşılaştırmak istersek parçacık boyutu bilinmeden demir konsantrasyonu için belirtilen saptama limiti hiçbir anlam ifade etmez.

KARŞILAŞTIRMALI YÖNTEMLER

IAPWS Teknik Rehber Dokümanı’na göre (Fosil ve Kombine Çevrim Santralleri için Korozyon Ürünü Örnekleme ve Analizi), ‘korozyon ürünleri’ ile ilgili üç madde aşağıda tanımlanmıştır.

– Çözünmüş korozyon ürünleri: İyonize form (Bu kısım bulanıklık ölçümü ile tespit edilemez.)

– Partiküler korozyon ürünleri:Askıda korozyon ürünleri (Bu kısım bulanıklık ölçümü ile tespit edilebilir.)

– Toplam korozyon ürünleri: Çözünmüş ve partiküler korozyon ürünlerinin toplamı

Buna göre numune içerisindeki askıda katı maddeler bir süzgeç ile toplanır. Bu kısım ‘partiküler korozyon ürünleri’ olarak tanımlanır. Süzgeçten geçen her şey ise ‘çözünmüş’ kısım olarak tanımlanır. Yani süzgeçten geçen nano metre aralığındaki partiküller de aslında çözünmemiş olmalarına rağmen ‘çözünmüş’ olarak tanımlanmaktadır. Ancak bulanıklık ölçümü ile nano metre aralığındaki katı maddeleri tespit edebiliriz.

Çözünmüş korozyon ürünü, partiküler korozyon ürünü ile karşılaştırıldığında önemsiz ise bu durumda bulanıklık toplam korozyon ürünü ile de ilişkilendirilebilir.

SU BUHAR ÇEVRİMİ TESİSLERİNDE TOPLAM DEMİRİN ÖNEMİ

Eskiden tesislerin çoğu ya baz yükte ya da çok nadir ve düzgün yük değişimleri ile çalıştırıldığı için toplam demir analizlerinin sıklıkla yapılması gerekli değildi. (günde maksimum 1 kez, genellikle haftada sadece 3 kez) Çünkü bu koşullarda güçlü dalgalanmalar beklenmiyordu.

Şimdi ise durum tamamen değişti.Baz yük santrallerinin artmasıyla daha çok duruş ve yük değişimleri yaşanmaya başlandı.Bu durumda sürekli olarak toplam demirin trendi hakkında ayrıntılı bilgi sahibi olmanın önemi büyük ölçüde artıyor.

Laboratuvarın analiz ve değerlendirmesinden geçen manuel grabsample işlemleri bu verilerin elde edilmesindeki ihtiyacı tam olarak karşılayamaz. Çünkü tesislerin çoğunda bu işlemi gerçekleştirebilmek için daha fazla zamana ve kimyasal personele ihtiyaç vardır. Pek çok kimyasal analizin yapıldığı laboratuvarlarda sık bir şekilde partiküler korozyon ürünü tayini yapılması mümkün olmayacaktır. Ancak online ölçümler laboratuvar ölçümleri kadar kesin sonuçlar vermese de anlık olarak numunedeki partiküler korozyon ürünleri hakkında trend bilgisi verebilecektir.

Bu trendler ve veriler olmadan, karşı önlemlerin veya en azından bakım stratejilerinin geliştirilmesi imkansızdır ve pahalı sürprizlere yol açabilir. (partikül erozyonu, tortu problemi, parçacık çarpması, kontrol vanalarında aşınma ve yıpranmanın çok artması gibi)

Yukarıdaki tabloda da göründüğü üzere yükün sürekli ve hızlı değişiminde bulanıklık analizörünün verdiği tepki görülmektedir. Dalgalanmalara oldukça hassas bir tepki vermesi trend monitörü olarak kullanılmasını oldukça mantıklı kılmaktadır.

Yukarıdaki tabloda ise değerler hassas bir grabsample izleme programıyla paralel olarak ilerlemiştir. Daha önce de belirtildiği gibi birbirlerine kıyasla değerler biraz farklı olabilir, ancak genel seviye ve trendler her zaman uyumludur.

Bu trendler, aynı zamanda, sabit yük koşullarında sadece grapsample işlemlerine güvenmenin yanlış sonuçlara yol açabileceğini ve operatörü yanlış yönlendirebileceğini açıkça göstermektedir.

SONUÇ

Bulanıklık ölçümü, su buharı çevriminde partiküler korozyon ürünlerinin trend izlenmesi için uygun bir yöntemdir. Analizör, ISO 7027 (860 nm) ‘e uygun bir ışık kaynağı ile donatılmış olmalıdır. Partikül büyüklüğü dağılımı her tesis için ayrıdır ve zaman içinde değişebilir. Sonuç olarak, bulanıklık ölçümü her zaman uygun bir laboratuvar analizinin yerini alamayabilir ve bulanıklıktan konsantrasyona dönüşüm bazen bir hata payına neden olabilir. Ancak burada önemli olan husus şudur; bulanıklık takibi ile yaklaşık konsantrasyon seviyeleri takip edilir. Bu sayede korozyon ürünlerinin nerelerde biriktiği ve nasıl dağıldığınıtespit edebilmeimkanı sağlar. Bu da tesisin verimi için uygulanabilir stratejileri destekleyecektir.