کنترل رسوب و خوردگی در بویلرهای صنعتی

کنترل رسوب

رسوبات موجود در بویلرها می توانند مربوط به آلودگی آب خوراک و محصولات خوردگی حاصل از سیستم کندانسه و آب خوراک باشند. آلودگی آب خوراک ممکن است مربوط به وجود نواقص در سیستم پیش تصفیه یا آلودگی آب خام کندانسه باشد.

رسوبات به عنوان عایق کننده ها عمل نموده و روند انتقال حرارت را کند می سازند. اثر عایق کنندگی رسوبات منجر به افزایش دمای فلز شده که به علت گرم شدن بیش از حد فلز موجبات تخریب آن را فراهم می سازند. تجمع بالای رسوبات بر روی بوبلر می تواند روند انتقال حرارت را به حدی تقلیل دهد که منجر به کاهش راندمان بویلر شود. با این حال از آنجا که تجمع رسوبات اغلب بر روی سطوح با پیشترین انتقال حرارت روی می دهد تاثیر این پدیده برروی راندمان بویلر حائز اهمیت خواهد بود.

تصفیه شیمیائی آب مصرفی به منظور کنترل رسوب با روشهایی نظیر افزودن یک ماده درمان کننده جهت ممانعت از رسوبگذاری مواد آلاینده یا انجام تصفیه به گونه ای که ماده رسوبگذار را بتوان بسهولت توسط زیر آب زنی تخلیه نمود انجام میپذیرد.

به کمک عوامل کی ليت کننده می توان از رسوبگذاری گونه های عامل سختی در آب بویلر ممانعت نمود. در مواردی که روش تصفیه با فسفات بر درمان با ماده کی ليت کننده برتری دارد، آب بویلر به گونه ای بهسازی می شود که عوامل سختی موجود در آن در مطلوبترین فرم رسوبگذاری نمایند.

بی دردسر ترین فرم رسوبی برای آلودگی کلسیمی، هیدروکسی آپاتیت {₂(3Ca₃( PO4 )₂ , Ca(OH} است. بهترین فرم رسوبی جهت آلودگی منیزیمی، سرپنیت {2MgSiO₃ , Mg (OH )₂ .H₂O} می باشد.

لازمه تشکیل رسوبات فوق ، وجود قلیائیت هیدروکسیدی در آب بویلر می باشد. اگر نتوان قلیائیت آب بویلر را در حد مطلوب نگهداشت، آنگاه آلودگی های ناشی از سختی به فرم فسفات تری کلسيم ₂(Ca₃(PO4 ایجاد خواهند شد.

این رسوب تمایل به چسبندگی بر روی سطوح لوله را داشته و نمی توان آنرا با زیر آب زنی به آسانی تخلیه نمود. اگر مقدار اضافی فسفات در آب بویلر حفظ نشود، آنگاه کربنات کلسیم، سولفات کلسیم و در فشارهای بالا رسوبات هیدروکسیدی کلسیم بر روی سطوح تبادل حرارت تشکیل خواهند شد.

این رسوبات به شدت چسبنده بوده و خاصیت عایق کنندگی بالایی دارند. آب تغذیه آلوده به منیزیم و حاوی مقدار اندک سیلیس قابلیت رسوبگذاری فسفات منیزیم {₂(Mg₃(PO₄} را دارا می باشد. عمل حذف این رسوب با روش زیر آب زنی موثر نخواهد بود.

در بویلرهایی که تحت فشار Psi 600 یا کمتر کار می کنند، افزودن سیلیس به آب بویلر می تواند از رسوبگذاری فسفات منیزیم جلوگیری کند. در بویلرهایی که در فشارهای بالاتر از Psi 600 کار می کنند، باید منیزیم آب را با انجام روشهای پیش تصفیه حذف نمود.

حتی اگر رسوبات تشکیل شده در بویلر در مطلوبترین فرم خود باشند، حذف کامل آنها به روش زیر آب زنی غالبا به دشواری انجام خواهد پذیرفت. این مساله مخصوصا در مواردی صدق می کند که رسوبات حاوی محصولات خوردگی آهن و مس ورودی از سیستم ما قبل بویلر و آلودگی های آلی حاصل از برگشتی های کندانسه باشند.

بهبود دهنده های لجن روند حذف رسوبات از بویلرهای صنعتی را بهبود می بخشند. بهبود دهنده های لجن پلیمرهای آلی بوده که با عوامل رسوبگذار ترکیب شده و بارهای الکتریکی روی سطح ذرات را افزایش می دهند. بروز این پدیده موجب می شود که ذرات پخش شده و حذف آنها با روش زیر آب زنی تسهیل گردد.

کنترل خوردگی

فولاد به لحاظ ترمودینامیکی در حضور آب ناپایدار است. لذا اگر فولاد در معرض آب داغ قرار گیرد، خورده خواهد شد. فولاد کربن استیل به دلیل ایجاد لایه نازک اکسیدی محافظ که آب قابلیت نفوذ به آن را ندارد و به این طریق فولاد در قبال یورشهای بعدی آب محافظت می نماید، مناسبترین ماده برای لوله های بویلر است. در دماهای پایین فولاد مطابق واکنشهای زیر خورده می شود:

Fe + 2H₂O → Fe (OH)₂ + H₂
4Fe(OH)₂ + H₂O → 4Fe(OH)+ H₂O

به کمک یون هیدروکسیدی می توان به طور موثر از انجام واکنش اول ممانعت نمود.

به همین علت برای ممانعت از انجام خوردگی فولاد در دماهای پایین، وجود قلیائیت هیدروکسیدی ضروری می باشد.

در دماهای بالاتر از حدود 400°F ، بر طبق واکنش زیر خوردگی فولاد به وقوع می پیوندد:

3Fe + 4H2O → Fe₂ -O₂ + 4H₂

در صورتی که آب بویلر از جنبه های دیگر خورنده نباشد و دمای فلز لوله بویلر چندان زیاد نباشد، آنگاه معادله بالا تنها از طریق گسترش پوشش مگنتیتی محافظ ایجاد شده بر روی سطح فلز لوله پیش خواهد رفت.

هیچ کدام از یونهای هیدروژن یا هیدروکسیدی محصولات واکنش فوق نیستند.

این نکته مبین آن است که تنها با در نظر گرفتن خوردگی، بالا نگهداشتن قلیائیت آب بویلر برای بویلر هایی که در فشارهای بالای Psi 250 کار می کنند، مفید نخواهد بود (در سطور بعدی حالت ویژه مربوط به درمان با ماده کی ليت کننده مورد بررسی قرار خواهد گرفت). با توجه به نوع روش پیش تصفیه وجود قلیائیت هیدروکسید سدیم در حد چندین صد mg/L می تواند اجتناب ناپذیر باشد.

در بویلرهایی که تحت فشار های کمتر از Psi 1000 مورد بهره برداری قرار می گیرند، این سطح از قلیائیت مشکلی ایجاد نخواهد کرد. با این حال در شکافها، زیر رسوبات متخلخل یا در لوله های شیب داری که در آنها آبکشی به طور ناقص انجام می پذیرد، امکان دارد قلیائیت آب بویلر بر اثر تغلیظ به شدت افزایش یابد.

افزایش غلظت یون هیدروکسید به ترتیب نامبرده ، می تواند به طور غیر مستقیم خوردگی فولاد بویلر را سبب شود.

در صورتی که غلظت هیدروکسید سدیم به حد کافی برسد، لایه منگنتیتی محافظ تخریب خواهد شد. به محض تخریب لایه مگنتیت، فولاد بویلر در معرض آب بویلر قرار گرفته و مطابق واکنش فوق خوردگی صورت خواهد گرفت. اثر تخریبی ماده شیمیائی تغلیظ شده غالبا به صورت خراشهای قلیایی نمود می یابد و از آنجا که ساختار فلز در ناحیه صدمه دیده دست نخورده باقی می ماند، پدیده فوق منجر به ایجاد آسیبهای شیاری شکل می شود.

در صورتی که آب بویلر توسط اسید آلوده شود، این اسید می تواند لایه مگنتیتی محافظ را حل نموده و به عنصر فولادی بویلر حمله ور شود.

Fe + 2H⁺ → Fe²⁺ + H₂

هیدروژن حاصل از خوردگی می تواند به فولاد رخنه نموده و با کربن موجود در فولاد واکنش نماید.

C+ 2H₂ → CH₄

همان قدر که هیدروژن قادر به نفوذ به درون فولاد می باشد، متان تشکیل شده حاصل از واکنش کربن با هیدروژن چنین امکانی را ندارد. متان به دام افتاده بین دانه های فلزی اعمال فشار نموده و فلز را تضعیف می نماید. غالبا به این فرم از تخریب، عبارت “تخريب هیدروژنی ” اطلاق می گردد. تخریبهای حاصله از نوع تخریب شکننده می باشد زیر فلزی که متحمل تخریب هیدروژنی می گردد. عملا می شکند.

هیدروژن محصول واکنش تهاجم ماده شیمیائی تغلیظ شده است. بنابراین می توان انتظار داشت که این فرم از اثر تهاجمی موجب خسارات ناشی از شکنندگی شده و این مساله به دفعات تکرار شود. بنابراین پدیده تخریب هیدروژنی می تواند در محیطهای قلیایی یا اسیدی به وقوع پیوندد.

با این حال خوردگی می تواند با فراهم آوردن فضای مساعد برای تشکیل هیدروژن، روند تخریب هیدروژنی را سرعت بخشد. برای حل مشکلات مربوط به تشکیل رسوب و خوردگی آب بویلر روشهای متعددی جهت تصفیه آب بویلر ابداع شده است.
ممکن است یک روش تصفیه ای بهترین شیوه برای دستیابی به هدفی خاص باشد و در این حال روش دیگر نتواند آن هدف خاص را تامین نماید. بنابر این انتخاب روش تصفیه ای آب بویلر نیاز به بررسی دارد.
عواملی که بایستی در انتخاب روش تصفیه ای بویلر مد نظر قرار گیرند، عبارتند از:

• فشار
• مشخصه های طراحی بویلر
• نوع روش پیش تصفیه
• قابلیت آلوده شدن آب خوراک