رسوبات اکسید آهن از نظر شکل ظاهریمتفاوت هستند. مانند رسوب سفت با سطحصاف و هموار، زبر ناهموار و متخلخل ورنگهای خاکستری تیره، قهوهای متمایل بهخاکستری، خرمایی تیره، قهوهای تیره، مشکی که این تفاوتهای ظاهری، ناشی ازنحوه شکلگیری رسوبات است. مکانیسمنشست اکسید آهن بر روی سطوح فلزی که
به صورت ذرات کلوییدی و درشت پراکنده درداخل آب قرار دارند، با روندهای کریستالیزه شدن مواد محلول واقعی و نظر بهکاهش قابلیت حل شوندگی آنها، با رشددرجه حرارت تفاوت دارد.
معلوم شده است که ذرات کلوئیدی ومیکروسکوپی، ناخالصیهای پراکنده بر رویسطح لولههای تحت گرما ایجاد میکنند وچسبیدن آنها به این سطوح بستگی بهشارژهای الکتریکی مختلف دارد. ذراتاکسید آهن در محیط قلیایی به طور کاملشارژ میشوند.
به وجود آمدن غلظت بسیار زیادالکترونها، یعنی قسمتهای شارژ شده منفیسطح فلز، بستگی به انتقال حرارت دارد.
با توجه به این که تناسب بین فرمهایمحلول واقعی، کلوییدی و درشت پراکنده اکسیدهای آهن در انواع مولدهای بخار،متفاوت است، شکلگیری رسوبات اکسید آهن به تغییرات درجه حرارت وفشارماده سیال و تغییرات کیفیت آب بستگی دارد.
شکلگیری جرمهای اکسید آهن در هر نوع بار حرارتی، جریان دارد، ولی سرعتاین روند با رشد بار حرارتی به شدت افزایش مییابد. در صورتی که مقداراکسیدهای آهن در ماده سیال، بیشتر از میزانقابلیت حلالیت آنها باشد، سرعت شکلگیریرسوبات اکسید آهن به غلظت آهن بستگیپیدا میکند. لذا خرابی لولههای واترول داخلمولدهای بخار درامدار نظر به تشکیلجرمهای اکسید آهن قاعدتٹ در قسمتهایی کهدارای بیشترین بارهای حرارتی موضعی است(پایینترین و بالاترین کمربند مشعلها) حاصل میشود. هر قدر که غلظت مواد ناشی از خوردگی داخل آب تغذیه بیشتر باشد وبخصوص هر قدر که نامساوی بودنجریانهای حرارتی در سطوح تشعشعیحرارت بیشتر باشد، صدمات وارده بیشترخواهد بود.
رسوبات مسی نیز با وجود قابلیت خوبهدایت حرارتی مس به علت ساختار
خاص خود و همراهی با اکسیدهای آهن وترکیبات کلسیم و منیزیم از هدایت حرارتیکمی برخوردارند. عامل مهم در شکلگیریرسوبات مسی، تغییرات بار حرارتی است و غلظت مس در شکلگیری، تاثیر چندانیندارد.
به منظور کاهش تشکیل جرمهای اکسید آهن، مقدار مواد حاصل از
خوردگی آهن در داخل آب تغذیه مولدهایبخار، تحت محدودیت بسیار شدیدی قرار میگیرد. برای اجرای موازین مربوط بهکیفیت آب تغذیه از حیث مواد ناشی ازخوردگی، باید کار دستگاههای هوازدایی راکنترل و تنظیم و کیفیت آب تغذیه را باآمونیاک و هیدرازین در حد مناسبی کنترل کرد. همچنین فضای بخار هیترها راگاز زدایی کرد و با ایجاد لایههای
ضد زنگ، مخازن، *****ها و لولهها ودیایتورها راتحت حفاظت قرار داد، اکسیدهای آهن را توسط *****های یونی جداو تخلیه و میزان اکسیژن محلول را در حداقل ممکن، کنترل کرد.
اکسیدهای آهنی که در آب تغذیه وسیکل وجود دارند تحت تاثیر درجه حرارت، PH آب و پتانسیل اکسید و احیا کنندههایسیستم قرار دارند. در آب تغذیه و آب بویلرمولدهای بخار درام دار، غلظت اکسیدهای آهن معمولا از میزان قابلیتحلالیت این ترکیبات سخت حل شونده،بیشتر میشود به همین دلیل قسمت اعظماکسیدهای آهن به صورت فاز جامد درمیزانهای مختلف پراکندگی قرار دارند. ذراتمگنتیت نسبت به ذرات هماتیت راحتتر بر روی سطوح حرارتی چسبیده و باقی میمانند. با توجه به تاثیر متقابلهیدرازین با اکسیدهای آهن و مس و احیای
اکسیدهای آهن تا حد آهن فلزی که ذرات آنبه صورت لجن در حجم آب باقی میماند وقابل دفع توسط سیستم تخلیه مداوم یامتناوب (Blow Down) در بویلرهای درام دارهستند میتوان با در نظر گرفتن میزان هیدرازین مورد نیاز برای حذف اکسیژن،مقداری هیدرازین مازاد برای انجام واکنشهای احیای اکسید آهن و مس بهسیستم افزود.
علاوه بر درجه حرارت، PH ماده سیالنیز تاثیر زیادی بر سرعت واکنشهای فوقدارد. گاز نیتروژن همراه با ناخالصیهای فرار،هنگام تخلیه کندانسور و دی اریتور و هیترهااز گاز، خارج میشود. با در نظر گرفتن غلظتمواد موجود در آب تغذیه بر حسب میلی گرم در کیلوگرم طبق فرمول زیر میزان هیدرازین درورودی به اکونامایزر را بین 50 تا 100میکروگرم در لیتر کنترل میکنند:
CN2H4 = 2Co2 + 0.5CFe+ 0.5CNo2 + 0.5Ccu
هیدرازین نه تنها بر روی آن قسمت ازمواد ناشی از خوردگی آهن که در حالت معلقدر آب دیگ قرار دارند موثر است، بلکه بر روی اکسیدهایی که روی سطوح تجهیزاتمسیر تغذیه و سطوح حرارتی مولد بخار نیز وجود دارند، تاثیر میگذارد. هر قدر کهاکسیدهای آهن بر روی این سطوح بیشترباشند به همان نسبت تزریق هیدرازین نیز باید بیشتر باشد. در موقع تزریق هیدرازین بهداخل آب تغذیه در صورت وجود اکسیدهایآهن، خروج اکسیدهای آهن از مسیر لولههایتغذیه به مولد بخار، افزایش مییابد. لذا برایکاهش غلظت ناخالصیهای حاصل باید ازتخلیه آب درام (Blow Down) استفاده کرد.تخلیه آب بلودان به دو صورت انجام میشود:
1- تخلیه مداوم، که از طریق تعویض قسمتیاز آب داخل مدار به طور دایم انجام میشود.
2- تخلیه متناوب، که با تخلیه قسمتی از آببا فواصل زمانی صورت میگیرد.
برای زدودن لجن همراه با آب تخلیه(بلودان) از مولد بخار، علاوه بر استفاده از روشمداوم، روش متناوب نیز توسط کلکتورهایزیرین واتروالها انجام میشود. تعداد دفعاتبلودان متناوب بستگی به غلظت مواد ناشی ازخوردگی دارد. زدودن ناخالصیهای غیر فرارموجود در سیکل آب و بخار از طریق بلودانپیوسته انجام میشود. برای خارج کردن ذراتدرشتتر و بهبود عمل تخلیه ناخالصیها، بهتراست بلودان پیوسته و متناوب به طور تلفیقیانجام شود.
با توجه به این که تخلیه مداومناخالصیها با فراریت کم از سیکل، همیشه وبه طور کامل، میسر نیست لذا برای زدودنرسوبات قابل شستوشو با آب، عملشستوشوی آبی یا آبی - بخاری تجهیزاترا انجام میدهند. نظیر شستوشوی توربینبه وسیله بخار مرطوب در زیر بار و برایزدودن رسوبات غیرقابل شستوشو با آب ازشستوشوی شیمیایی استفاده میکنند.
در صورت افزایش تعداد دفعات ذوب شدنلولههای واتروال با نمونهبرداری و اندازهگیریمیزان رسوب، تصمیم به شستوشویشیمیایی مولد بخار میگیرند. روش معمولشستوشوی شیمیایی به صورت واحد
در حال توقف است. ولی روشهای جدیدشستوشوی شیمیایی برای واحدهای در حال کار نیز تهیه شده و در حال تکمیل شدن است.
نیمی از موارد حوادث بویلر که منجر بهخروج آن از مدار میشود مربوط به خوردگیسمت آب است و رسوب گذاری از سمت داخلعلاوه بر کاهش بازده بویلر باعث فعال شدنمکانیزمهای مختلف خوردگی میشود. تنهاعاملی که سبب محافظت لولههای واتروال ازسمت آب میشود تشکیل لایه نازک مگنتیتاست.
توانایی استفاده از فولادهای کربنی و کم آلیاژ در تماس با آب در دما و فشار بالا، به دلیل تشکیل لایه محافظ اکسید آهناست.
حال اگر به دلیل رشد بیش از حد و لایه لایه شدن و بروز پدیده SCC یا عواملشیمیایی خارج از کنترل، نظیر تغییرات PHدر خارج از محدوده مجاز، پوسته محافظ، صدمه ببیند همراه با جریان آب تغذیه، واردمسیر سیکل آب و بخار میشود. رشد بیش ازحد لایه میتواند سبب کاهش انتقال حرارتشده و دمای جداره لوله را بالا ببرد، اما مشکلجدیتری که ایجاد میشود افزایش سایشذرات جامد در تجهیزات بخصوص توربیناست. زیرا وقتی که اکسید محافظ، لایه لایهمیشود از سطح لوله، کنده شده و به داخلتوربین حمل میشود. لایه لایه شدن اکسیدها به تنشهایی که به دلیل اختلاف درانبساط حرارتی بین اکسید و فلز وجود داردنسبت داده میشود. هر چه تغییرات دمایی سیستم به ویژه روشن و خاموش کردنهای آنبیشتر باشد، این تنش بیشتر شده و لایه لایه شدن اکسیدها نیز افزایش مییابد.
لذا با توجه به حوادث رخ داده و امکاناتموجود، نمونه هایی از لولههای واتروال، ری هیتر و سوپر هیتر برای آنالیز، انتخاب وارسال شد. این نمونهها به روشهایمتالوگرافی با میکروسکوپ نوری و الکترونی(SEM) و آنالیز EDAX، سختی سنجی،ضخامت سنجی، کوانتومتری و آنالیز شیمیترمورد بررسی قرار گرفتند. بعضی از نتایج برایتحلیل شرایط لولههای بویلر و منشا احتمالیاکسیدهای آهن استفاده شد. با توجه به نتایجآزمایشها و میزان رسوب در واحد سطح کهmg/Cm2 60/58 اندازهگیری شده بود وتکرار حوادث لولههای واتروال در بویلر واحد یک، تصمیم به اسید شویی بویلر اینواحد گرفته شد.
با استناد به سابقه مشکل در هیترهایفشار قوی و با بررسی لاگ شیتهای مربوط بهدرجه حرارت آب ورودی و خروجی هیترها،ثابت بودن دمای نقاط مزبور در بعضی ازهیترها، احتمال جدا شدن و صدمه دیدن صفحه مجزا کننده ورودی و خروجی را تقویت میکرد. لذا طی بررسی و بازدید ازتمام هیترها مشخص شد که در بیشتر آنهاصفحات جداکننده یا افتاده و یا پیچهاینگهدارنده آنها دچار خوردگی بسیار شدید شده است.
با در نظر گرفتن شرایط کاری هیترهای فشار قوی و متفاوت بودن جنس اجزایتشکیل دهنده آنها، مشخصات طراحیهیترها مورد توجه قرار گرفت و لازم بود دراین میان اثر عوامل حایز اهمیتی چون دما،فشار، سرعت سیال، جنس تجهیزات، موادشیمیایی تزریقی، کیفیت شیمیایی آبتغذیه، منابع احتمالی ورود و تشکیل اکسید آهن به آب تغذیه و... به طور مفصلمورد بررسی و مطالعه قرار گیرد. افت فشار
آب تغذیه در گرمکنها به دلیل اصطکاکجریان در لولههای طویل و کم قطر، معمولابالاست. برای طراحی پمپهای چگالش و آبتغذیه باید چنین افت فشارهایی را محاسبه کرد.
نویسنده : بابک محیط