وبلاگ تخصصی مهندسی مکانیک
وبلاگ تخصصی مهندسی مکانیک کتاب،مقالات،نرم افزار،آموزش نرم افزار،حلال،جزوات،فیلم،کاتالوگ،پروژه،مجلات،سایت،اخبار،استاندارد،هندبوک، مهندسی مکانیک ،مهندسی مکانیک،کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک،دکترا مهندسی مکانیک،مهندسی مکانیک، تلگرام ، تلگراموبلاگ تخصصی مهندسی مکانیک
وبلاگ تخصصی مهندسی مکانیک کتاب،مقالات،نرم افزار،آموزش نرم افزار،حلال،جزوات،فیلم،کاتالوگ،پروژه،مجلات،سایت،اخبار،استاندارد،هندبوک، مهندسی مکانیک ،مهندسی مکانیک،کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک،دکترا مهندسی مکانیک،مهندسی مکانیک، تلگرام ، تلگرامعلل خوردگی در سیکل آب و بخار ( بخش ۴ )
بخار دارای عوامل (پارامترهای) بالا وبسیار بالا در رابطه با اکسیدهای آهن همیشه‌محلول اشباع شده، است و ته نشین شدن‌اکسیدهای آهن از محلول بخار از مراحل اول‌توربین شروع می‌شود. با توجه به کاهش‌بسیار آهسته قابلیت حل شوندگی اکسیدهای‌آهن، عمل تجزیه باید بر حسب کاهش‌عوامل آنها ناحیه قابل ملاحظه‌ای از قسمت محوری (پره‌های) توربین را در برگیرد. دررابطه با Na2So4 و Na2Sio3 موجود در بخار، عوامل اولیه قاعدتا باید محلول اشباع شده ودر رابطه با NaCl محلول اشباع نشده، باشد.بنابراین Na2So4 و Na2Sio3 باید زودتر ازNaCl تجزیه شوند. با توجه به کاهش سریع‌قابلیت حل‌شوندگی املاح سدیم، عمل‌تجزیه آنها و تبدیل شدن به فاز جامدبرحسب افت عوامل بخار باید در قسمت‌محدودی از توربین گسترش یابد.
اسید سیلیسیک آزاد در بخار سوپرهیت‌دچار تغییراتی می‌شود و به صورت کوارتزکریستالیک و اسید سیلیسیک بی شکل(آمورف) نیز وجود دارد و تجزیه فاز جامدکوارتز زودتر از نوع بی شکل شروع می‌شود. در روسوبات حاصل در قسمت محوری(پره‌های) توربینهای فشارقوی تمام ناخالصیهای موجود در بخار سوپرهیت‌مشاهده می‌شود. درصد نسبی رسوبات باقابلیت حل شوندگی آنها در بخار سوپرهیت‌مطابقت دارد. به عنوان مثال رسوبات قسمت‌فشارقوی توربین معمولا حدود 20 تا 50درصد، املاح سدیم و 40 تا 70 درصد، اکسید آهن و مس است.
در قسمت فشار ضعیف توربین 40 تا 80 درصد اسید سیلیسیک آزاد و حدود 10 تا 12 درصد اکسید آهن مشاهده می‌شود.طی آنالیز شیمیایی رسوبات می‌توان مقدارسیلیکاتها، کربناتها و کلریدها را معلوم کرد.مقدار ترکیبات کلسیم و منیزیم داخل‌رسوبات، زیاد نبوده و معمولا کمتر از پنج درصد است. در نزدیکی انتهای توربین،میزان درصد هماتیت داخل رسوبات و میزان‌کل رسوب افزایش می‌یابد. همچنین امکان‌وجود انواع کمپلکسهای پیچیده و مگنتیت نیزوجود دارد. با ظاهر شدن رسوبات بر روی‌پره‌های توربین، زبرشدن سطوح آنها، افزایش می‌یابد. در نتیجه نشست غیر یکنواخت رسوبات در سطح هر پره و در مراحل (Stage)جداگانه، پروفیل کانالهاتغییر می‌کند و عمل تقسیم مجدد افتهای‌حرارتی مراحل، صورت می‌گیرد. رسوباتی که‌در قسمت محوری توربینها به وجود می‌آیند،قاعدتا منجر به توقف دستگاههای مزبور نمی‌شود، اما تاثیر مهمی بر کارکرد اقتصادی آن دارد. در شرایط تجمع رسوبات،ضریب عملکرد مفید نسبی داخلی توربین کاهش می‌یابد. در توربینهای به قدرت 300 مگاوات در شرایط تجمع رسوبات به‌مقدار یک کیلوگرم ضریب عملکرد مفید 5/0 تا یک درصد کاهش داشته است.
در نتیجه تجمع رسوبات، افزایش فشاردر مراحل توربین، در مقایسه با ارقام‌محاسباتی، حاصل می‌شود. برای این که‌فشارهای مجاز در مراحل توربین از حد تعیین شده بیشتر نشود باید بخار عبوری‌از توربین را کاهش داد و به این ترتیب قدرت‌توربین را تنظیم کرد. با توجه به این که مقاطع‌عبوری در قسمت محوری (پره‌ها) محفظه‌فشار قوی توربین بزرگ نیست در شرایطعوامل مافوق بحرانی بخار، افزایش قابل ملاحظه فشار در مراحل توربین در موقع‌پیدایش رسوبات کم و ناچیز نیز
مشاهده می‌شود.
رسوباتی که بر روی سطوح حرارتی تولیدبخار به وجود می‌آیند از نظر ترکیب شیمیایی‌و فازی و همچنین ساختار خود کاملامتفاوتند.اکثر رسوبات، دارای قابلیت کم هدایت گرماهستند و کم و بیش به طرز محکمی به سطح‌فلز می‌چسبند. در صورتی که تجمع رسوبات‌بر روی جداره لوله‌ها به چند صدم میلیمتربرسد دمای جداره از حد مجاز (برای فولاد کربنیزه، حد مجاز 500 درجه سانتیگراد است)بالاتر رفته و این امر موجب کاهش استحکام‌آن و تشدید روند خوردگی می‌شود.
پس از مدتی قسمتهای سوپر هیت فلزتحت تاثیر فشار ماده سیال تغییر شکل داده وجداره لوله در این قسمتها نازک شده وسرانجام پاره می‌شود. منشاء ایجاد رسوبات‌ناشی از کلسیم و منیزیم، نفوذ آب خنک کننده‌به داخل کندانسور و سایر مبدلهای حرارتی، خرابی دستگاههای اصلی تولید آب بدون یون و یا تصفیه آب کندانسه است.
همان طور که توضیح داده شد وجوداکسیدهای آهن بر روی سطوح داخلی‌مولدهای بخار از یک طرف در نتیجه‌روندهای خوردگی فلز بویلر است که به طورمداوم ولی در رابطه با شرایط متغیر با سرعت‌مختلف جریان دارند و از طرف دیگر پدیدارشدن آنها در روند تشکیل رسوب می‌تواند ناشی از اکسیدهای آهن که به صورت محلول‌یا محلول کلوئیدی در آب بویلر وجود دارند،باشد.
در موقع بروز این گونه حوادث باید دیگ بخار به صورت اضطراری متوقف وتعمیر شود. معایب خوردگی فلز در محیطکاری نیز مضاف بر خرابیهای فوق است برای‌توقف خنک کردن و رفع عیب قسمت معیوب،انجام تعمیرات و راه اندازی مجدد دیگ بخارنیاز به دقت قابل ملاحظه‌ای دارد. هر قدر که‌قدرت تولیدی واحد بیشتر باشد به همان‌نسبت توقف خارج از برنامه‌ای آن زیان‌اقتصادی بیشتری را در بر دارد. برای این که از توقفهای اضطراری دیگهای بخار بنا به‌دلایل فوق جلوگیری شود، بدیهی است‌شرایطی را باید به وجود آورد که باعث‌جلوگیری از تشکیل رسوبات و نیز خوردگی‌فلزات شود.
طی مطالعات و تحقیقات، مشخص شده است که آب در شرایط حرارتهای بیش از230 درجه سانتیگراد، آهن را اکسید می‌کنداما در شرایط مناسب طی واکنشهایی پوسته‌حفاظتی مانینیت Fe3O4 را تشکیل‌می‌دهد. طبق تئوری الکترونی یونی روندرشد پوسته مگنتیت را به عنوان نتیجه‌عملکرد عنصر مختص به خود مورد بررسی‌قرار می‌دهند که سطح فلز در مرز پوسته آندبوده و سطح پوسته در مرز آب کاتد است.پوسته اکسید که دارای قابلیت هدایت‌الکترونی و یونی است نقش مدار داخلی وخارجی سلول بسته را انجام می‌دهد. اتمهای‌آهن که به وسیله حرارت، فعال شده‌اند درلایه بین قسمت فلز و اکسید، پراکنده می‌شوند. روند آندیک در این مرز،جریان می‌یابد و یونهای تشکیل شده آهن ازطریق قسمتهای آزاد شبکه کریستالی اکسیددر سطح قسمت اکسید آب، پراکنده می‌شوند.در این سطح یونهای آهن با یونهای‌هیدرواکسید موجود در آب و طبق این معادله، متقابلا عمل می‌کنند: الکترونهای جابه جا شده در مرز قسمت‌اکسید آب باعث به وجود آمدن قسمت یونهای هیدروژن موجود در آب و در نتیجه تشکیل هیدروژن اتمی می‌شوند. هیدروژن‌مزبور ضمن این که قسمتی از آن تحت‌ترکیب مجدد با تشکیل هیدروژن مولکولی‌قرار می‌گیرد از طریق اکسید در فلز پخش می‌شود.
در مرز قسمت اکسید - فلز تعادل بین‌هیدروژن حل شده در فلز و هیدروژن جذب شده سطحی در پوسته اکسید برقرار می‌شود. به دلیل این که جذب در پوسته‌تشکیل شده مگنتیت مشکل است، لذا با گذشت زمان سرعت اکسیداسیون آهن به وسیله آب و سپس سرعت رشد پوسته‌کاهش می‌یابد. در شرایطی که در تمام‌سطوح فلز، پوسته مکنتیت تشکیل و حفظشود، تاثیر خوردگی آب با دمای زیاد بر روی فولاد کربنیزه عملا قطع می‌شود. به این‌ترتیب مجموع خوردگی فولاد، تحت تاثیر آب‌با دمای زیاد بدون اتلاف قابل ملاحظه فلز وعبور اکسیدهای آهن به محیط کاری جریان‌می‌یابد و هیدروژنهای آزاد شده از دیگ بخارهمراه با بخار، وارد محیط کاری می‌شود. مقدارهیدروژن آزاد شده، مقاومت و استحکام‌پوسته‌های حفاظتی مگنتیت رادر سطوح دیگ بخار آغشته به آب مشخص می‌کند.
صدمه دیدن و تخریب پوسته‌های‌مگنتیت، شرایط جریان یافتن خوردگی موضعی فلز بویلر را به وجود می‌آورد که تحت تاثیر عوامل خارجی به ویژه دما،ترکیب و غلظت آب بویلر، تنشهای حرارتی ومکانیکی موجب بروز انواع خوردگی می‌شود.بارهای زیاد حرارتی محلی که در شرایط نامطلوب سوخت مصرفی به وجود می‌آیند درایجاد رسوبهای اکسید آهن&z
اسید سیلیسیک آزاد در بخار سوپرهیت‌دچار تغییراتی می‌شود و به صورت کوارتزکریستالیک و اسید سیلیسیک بی شکل(آمورف) نیز وجود دارد و تجزیه فاز جامدکوارتز زودتر از نوع بی شکل شروع می‌شود. در روسوبات حاصل در قسمت محوری(پره‌های) توربینهای فشارقوی تمام ناخالصیهای موجود در بخار سوپرهیت‌مشاهده می‌شود. درصد نسبی رسوبات باقابلیت حل شوندگی آنها در بخار سوپرهیت‌مطابقت دارد. به عنوان مثال رسوبات قسمت‌فشارقوی توربین معمولا حدود 20 تا 50درصد، املاح سدیم و 40 تا 70 درصد، اکسید آهن و مس است.
در قسمت فشار ضعیف توربین 40 تا 80 درصد اسید سیلیسیک آزاد و حدود 10 تا 12 درصد اکسید آهن مشاهده می‌شود.طی آنالیز شیمیایی رسوبات می‌توان مقدارسیلیکاتها، کربناتها و کلریدها را معلوم کرد.مقدار ترکیبات کلسیم و منیزیم داخل‌رسوبات، زیاد نبوده و معمولا کمتر از پنج درصد است. در نزدیکی انتهای توربین،میزان درصد هماتیت داخل رسوبات و میزان‌کل رسوب افزایش می‌یابد. همچنین امکان‌وجود انواع کمپلکسهای پیچیده و مگنتیت نیزوجود دارد. با ظاهر شدن رسوبات بر روی‌پره‌های توربین، زبرشدن سطوح آنها، افزایش می‌یابد. در نتیجه نشست غیر یکنواخت رسوبات در سطح هر پره و در مراحل (Stage)جداگانه، پروفیل کانالهاتغییر می‌کند و عمل تقسیم مجدد افتهای‌حرارتی مراحل، صورت می‌گیرد. رسوباتی که‌در قسمت محوری توربینها به وجود می‌آیند،قاعدتا منجر به توقف دستگاههای مزبور نمی‌شود، اما تاثیر مهمی بر کارکرد اقتصادی آن دارد. در شرایط تجمع رسوبات،ضریب عملکرد مفید نسبی داخلی توربین کاهش می‌یابد. در توربینهای به قدرت 300 مگاوات در شرایط تجمع رسوبات به‌مقدار یک کیلوگرم ضریب عملکرد مفید 5/0 تا یک درصد کاهش داشته است.
در نتیجه تجمع رسوبات، افزایش فشاردر مراحل توربین، در مقایسه با ارقام‌محاسباتی، حاصل می‌شود. برای این که‌فشارهای مجاز در مراحل توربین از حد تعیین شده بیشتر نشود باید بخار عبوری‌از توربین را کاهش داد و به این ترتیب قدرت‌توربین را تنظیم کرد. با توجه به این که مقاطع‌عبوری در قسمت محوری (پره‌ها) محفظه‌فشار قوی توربین بزرگ نیست در شرایطعوامل مافوق بحرانی بخار، افزایش قابل ملاحظه فشار در مراحل توربین در موقع‌پیدایش رسوبات کم و ناچیز نیز
مشاهده می‌شود.
رسوباتی که بر روی سطوح حرارتی تولیدبخار به وجود می‌آیند از نظر ترکیب شیمیایی‌و فازی و همچنین ساختار خود کاملامتفاوتند.اکثر رسوبات، دارای قابلیت کم هدایت گرماهستند و کم و بیش به طرز محکمی به سطح‌فلز می‌چسبند. در صورتی که تجمع رسوبات‌بر روی جداره لوله‌ها به چند صدم میلیمتربرسد دمای جداره از حد مجاز (برای فولاد کربنیزه، حد مجاز 500 درجه سانتیگراد است)بالاتر رفته و این امر موجب کاهش استحکام‌آن و تشدید روند خوردگی می‌شود.
پس از مدتی قسمتهای سوپر هیت فلزتحت تاثیر فشار ماده سیال تغییر شکل داده وجداره لوله در این قسمتها نازک شده وسرانجام پاره می‌شود. منشاء ایجاد رسوبات‌ناشی از کلسیم و منیزیم، نفوذ آب خنک کننده‌به داخل کندانسور و سایر مبدلهای حرارتی، خرابی دستگاههای اصلی تولید آب بدون یون و یا تصفیه آب کندانسه است.
همان طور که توضیح داده شد وجوداکسیدهای آهن بر روی سطوح داخلی‌مولدهای بخار از یک طرف در نتیجه‌روندهای خوردگی فلز بویلر است که به طورمداوم ولی در رابطه با شرایط متغیر با سرعت‌مختلف جریان دارند و از طرف دیگر پدیدارشدن آنها در روند تشکیل رسوب می‌تواند ناشی از اکسیدهای آهن که به صورت محلول‌یا محلول کلوئیدی در آب بویلر وجود دارند،باشد.
در موقع بروز این گونه حوادث باید دیگ بخار به صورت اضطراری متوقف وتعمیر شود. معایب خوردگی فلز در محیطکاری نیز مضاف بر خرابیهای فوق است برای‌توقف خنک کردن و رفع عیب قسمت معیوب،انجام تعمیرات و راه اندازی مجدد دیگ بخارنیاز به دقت قابل ملاحظه‌ای دارد. هر قدر که‌قدرت تولیدی واحد بیشتر باشد به همان‌نسبت توقف خارج از برنامه‌ای آن زیان‌اقتصادی بیشتری را در بر دارد. برای این که از توقفهای اضطراری دیگهای بخار بنا به‌دلایل فوق جلوگیری شود، بدیهی است‌شرایطی را باید به وجود آورد که باعث‌جلوگیری از تشکیل رسوبات و نیز خوردگی‌فلزات شود.
طی مطالعات و تحقیقات، مشخص شده است که آب در شرایط حرارتهای بیش از230 درجه سانتیگراد، آهن را اکسید می‌کنداما در شرایط مناسب طی واکنشهایی پوسته‌حفاظتی مانینیت Fe3O4 را تشکیل‌می‌دهد. طبق تئوری الکترونی یونی روندرشد پوسته مگنتیت را به عنوان نتیجه‌عملکرد عنصر مختص به خود مورد بررسی‌قرار می‌دهند که سطح فلز در مرز پوسته آندبوده و سطح پوسته در مرز آب کاتد است.پوسته اکسید که دارای قابلیت هدایت‌الکترونی و یونی است نقش مدار داخلی وخارجی سلول بسته را انجام می‌دهد. اتمهای‌آهن که به وسیله حرارت، فعال شده‌اند درلایه بین قسمت فلز و اکسید، پراکنده می‌شوند. روند آندیک در این مرز،جریان می‌یابد و یونهای تشکیل شده آهن ازطریق قسمتهای آزاد شبکه کریستالی اکسیددر سطح قسمت اکسید آب، پراکنده می‌شوند.در این سطح یونهای آهن با یونهای‌هیدرواکسید موجود در آب و طبق این معادله، متقابلا عمل می‌کنند: الکترونهای جابه جا شده در مرز قسمت‌اکسید آب باعث به وجود آمدن قسمت یونهای هیدروژن موجود در آب و در نتیجه تشکیل هیدروژن اتمی می‌شوند. هیدروژن‌مزبور ضمن این که قسمتی از آن تحت‌ترکیب مجدد با تشکیل هیدروژن مولکولی‌قرار می‌گیرد از طریق اکسید در فلز پخش می‌شود.
در مرز قسمت اکسید - فلز تعادل بین‌هیدروژن حل شده در فلز و هیدروژن جذب شده سطحی در پوسته اکسید برقرار می‌شود. به دلیل این که جذب در پوسته‌تشکیل شده مگنتیت مشکل است، لذا با گذشت زمان سرعت اکسیداسیون آهن به وسیله آب و سپس سرعت رشد پوسته‌کاهش می‌یابد. در شرایطی که در تمام‌سطوح فلز، پوسته مکنتیت تشکیل و حفظشود، تاثیر خوردگی آب با دمای زیاد بر روی فولاد کربنیزه عملا قطع می‌شود. به این‌ترتیب مجموع خوردگی فولاد، تحت تاثیر آب‌با دمای زیاد بدون اتلاف قابل ملاحظه فلز وعبور اکسیدهای آهن به محیط کاری جریان‌می‌یابد و هیدروژنهای آزاد شده از دیگ بخارهمراه با بخار، وارد محیط کاری می‌شود. مقدارهیدروژن آزاد شده، مقاومت و استحکام‌پوسته‌های حفاظتی مگنتیت رادر سطوح دیگ بخار آغشته به آب مشخص می‌کند.
صدمه دیدن و تخریب پوسته‌های‌مگنتیت، شرایط جریان یافتن خوردگی موضعی فلز بویلر را به وجود می‌آورد که تحت تاثیر عوامل خارجی به ویژه دما،ترکیب و غلظت آب بویلر، تنشهای حرارتی ومکانیکی موجب بروز انواع خوردگی می‌شود.بارهای زیاد حرارتی محلی که در شرایط نامطلوب سوخت مصرفی به وجود می‌آیند درایجاد رسوبهای اکسید آهن&z
نویسنده : بابک محیط
__________________
برای نمایش آواتار خود در این وبلاگ در سایت Gravatar.com ثبت نام کنید. (راهنما)
ایمیل شما بعد از ثبت نمایش داده نخواهد شد