بخشی از مقاله
چکیده
یکی از مشکلات اساسی برجهاي خنک کننده بحث خوردگی و رسوب گذاري است که سالیانه باعث خسارت بسیار زیادي دربخش صنعت می شود و با هدر دادن مصرف بیش از اندازه آب جهت تبادل گرما ، مشکلات بسیار زیادي را براي کشاورزي و صنایع بوجود می آورد . از طرفی روشهاي کنترل شیمیایی سنتی هزینه هاي زیادي را وارد می کند و لازم است که تجدید نظري از طریق ارزیابی مواد شیمیایی جدید صورت پذیرد.ازآنجا که نمی توان مواد شیمیایی جایگزین را در مقیاس صنعتی به ملاحظه خسارات احتمالی آزمایش کرد، برآن شدیم که با ساخت یک واحد پیشتاز، عملکرد شیمیایی این مواد جدید را بر کاهش سرعت
خوردگی وکنترل رسوب گذاري آزموده و در صورت موفقیت به برج خنک کننده اصلی تعمیم دهیم .در این مقاله عملکرد ماده شیمیاییEnergy 8503 مورد بررسی قرار میگیرد.
کلمات کلیدي: رسوب گذاري ، خوردگی ، برج خنک کننده ، زنگ زدگی ، میکرو ارگانیسم ها
مقدمه
با توجه به هزینه گزافی که صرف ترمیم قسمت هاي خورده شده و همچنین بار مالی که سیستم به علت از کار افتادگی غیـر منتظره به دنبال خواهد داشت، لذا لزوم کنترل خوردگی واحد هاي صنعتی در حین کار از هر نظـر، ضـروري اسـت. یکـی از روش هاي مهم کنترل و جلوگیري از خوردگی و رسوب در مبدلهاي حرارتی سیستم هاي خنک کننده صنایع، استفاده از بازدارندههـاي خوردگی و رسوب می باشد. قسمت بخار برجهاي خنک کننده شامل یک پوسته و لوله هاي انتقال حرارت است که بـدون واسـطه در معرض بخار توربین با فشار کم قرار گرفته اند. حرارت از بخار،که در خارج لوله وجود دارد، به آب ،داخل لولـه، انتقـال پیـدا مـی کند،شکل شماتیکی از برجهاي خنک کننده مورد استفاده در صنعت برق در شکل((1 نشان داده شده است.
برجهاي خنک کننده جزء ویژه اي در نیروگاه است ، زیرا هرگونه نقص در آن بر روي سایر اجزاء سیکل بخار- آب تاثیر گـذار است.یکی از عمده ترین مشکلات موجود در نیروگاهها مربوط به برجهاي خنک کننده بوده است. بسیاري از سوراخ هـاي بـو جـود آمده در لوله ها بوسیله خوردگی بو جود آمده است، اما تعدادي از شکست ها بصورت مکانیکی بوده است که علت آن، سایش بر اثر برخورد ذرات بخار یا لرزش هاي ناشی از سیستم بوده است. ]١[
خوردگی هاي زیادي در قسمتهاي متفاوت برجهاي خنک کننده بو جود می آید، اما این خوردگی ها نسبت بـه خـوردگی در لوله هاي برجهاي خنک کننده کمتر است. در حال حاضر حجم بالایی از لوله هاي برجهاي خنک کننـده از مـس وآلیاژهـاي پایـه مس ساخته شده اند، زیرا این فلزات مقاومت خوبی در برابر خوردگی در شرایط کاري برجهـاي خنـک کننـده از خـود نشـان داده اند.انتقال حرارت بالا و خواص فیزیکی و مکانیکی قابل توجه مس وآلیاژهاي مس نیز در این انتخاب نقش بسزایی داشته اند.[2]
در طول دوره کاري لوله هاي برجهاي خنک کننده یک لایه سطحی از محصولات خوردگی بر روي سطح تشـکیل مـی شـود،
.همچنین ممکن است، محصولات خوردگی و در بعضی موارد، جامدات موجود درسیکل بر روي دیواره لوله ها ته نشین شـوند، کـه باعث می شود پوسته یافیلم بو جود آمده، سطح فلز را دربرابرخوردگی هاي بیشتر محافظت می کند. اگر ایـن فـیلم تخریـب شـود ،خوردگی فلز دوباره شروع می شود،این خوردگی ممکن است، ناچیز یا زیاد باشد، در طول زمانی که لایـه محـافظ دوبـاره تشـکیل شود.[2]
آلیاژهاي مس- نیکل محلول جامد نیکل در مس هستند، که درآنها مس فلز پایه است. آلیاژهاي تجاري مس- نیکـل حـاوي بیشتر از %54 مس هستند، در کاربرد هاي متفاوت به این آلیاژها درصد کمی از فلزاتی مثـل آهـن ، منگنـز، نقـره، روي، آلـومینیم اضافه می شوند.[3]
انتخاب فلز مناسب براي لوله هاي برجهاي خنک کننده به شرایط کاري سیستم مورد نظربستگی دارد. بررسی لوله هایی که
قبلاً
مورد استفاده قرار گرفته اند مدت زمان سرویس دهی لوله هاي جدید را مشخص می کند، و یک پیشینه در مورد نوع، شکل و وضعیت خوردگی در نمونه هاي مشابه به ما می دهد. این بررسی بایستی به صورتی باشد که نوع آب و وضعیت کارکرد بسیار نزدیک به حالت واقعی باشد، که در این حالت بسیاري از مشکلات مشاهده شده قابل پیشگیري می باشد. لوله هاي ساخته شده از آلیاژهاي گوناگون به این طریق بررسی می شوند و از لحاظ مناسب بودن و صرفه اقتصادي براي کاربرد در شرایط کاري انتخاب می شوند.[4]
با توجه به موارد فوق ، آلیاژهاي Cu-Ni داراي بهترین خواص و کارایی براي کاربرد در لوله هاي برجهاي خنک کننده هستند.
تاثیر عوامل مختلف بر روي خوردگی لوله ها برجهاي خنک کننده
آب
با توجه به اینکه خورنده گی در آب شیرین وابستگی زیادي به غلظت مواد معدنی ،گازها، مواد ارگانیـک و نخالـه هـا دارد، و امکان اینکه رفتار آلیاژهاي Cu-Ni را در برابر تک تک این ذرات مشخص کنیم وجود ندارد، بررسی ها بصورت کلی انجام می شـود.
بطور کلی این آلیاژها مقاومت به خوردگی خوبی، در هر دو حالت آب تصفیه شده و غیر تصفیه شده، از خود نشان داده انـد. بطـور خلا صه می توان گفت، مس در آبهاي شیرین نسبت به آب دریا داراي خوردگی کمتري است. بـه همـین دلیـل از آ ب شـیرین در اکثر محیط هاي صنعتی، گرم یا سرد، استفاده می کنند.]۵[
سرعت جریان
چنانچه جریان آب داخل لوله ها داراي اغتشاش(( Turbulence باشد، فیلم محافظ سطحی، که بر روي سطح داخلی تشکیل شده است، دچار تخریب شده و می شکنند. اگر سرعت آب بالا باشد امکان افزایش سرعت خوردگی در جریان سریع آب بدون هـوا بسیار بالاست،چونکه آندهاي موضعی بوسیله یونهاي فلزي و محصولات خـوردگی موجـود در سیسـتم دپلاریـزه شـده و کاتـدهاي موضعی هم به وسیله اکسیژن حل شده دپلاریزه می شوند.[5]
در شرایط کاري متفاوت آلیاژهاي Cu-Ni رفتارهاي متفاوتی نشان می دهند، که براي بهبود این آلیاژهـا عناصـر متفـاوتی بـه آنها اضافه می کنند. مطالعات آزمایشگاهی و میدانی نشان داده اند که اضافه کردن Fe به میزان بسیار کم به آلیاژهاي Cu-Ni باعث افزایش مقاومت آلیاژ در برابر خوردگی یکنواخت و خوردگی سایشی در محیط دریا می شود.[6]
کوپل گالوانیکی
بطور کلی اتصال آلیاژهاي Cu-Ni به دیگر آلیاژهاي پایه مس تاثیر زیادي بر روي سرعت خوردگی نمی گـذارد. اتصـال ایـن آلیاژها به فلزات غیر نجیب که باعث تغییر پتانسیل خوردگی در محیط خورنده می شود به تنهایی حـائز اهمیـت نیسـت، مقاومـت محیط خورنده و نسبت سطوح فلزات نیز از عوامل تاثیر گذار بر سرعت خوردگی هستند. آب هـاي شـیرین داراي مقاومـت بـالایی هستند، بنابراین اگر خوردگی گالوانیکی صورت بگیرد ، معمولاً نزدیک به یا در محل اتصال دو فلز غیر مشابه بـه یکـدیگر اسـت. در بعضی از آب ها در صورتی که مواد معدنی با مقاومت بالا بر روي سطح کاتد رسوب کنند ، امکان دارد خوردگی صورت نگیرد.[7]
تاثیر تنش
خوردگی خستگی در اثر ترکیب دو پدیده خوردگی و تنش هاي سیکلی بو جود می آید. این تعریف نشان دهنده این است که تنش هاي سیکلی باعث پیشرفت انواع خوردگی بخصوص خوردگی خستگی می شود، پس کاهش تـنش هـاي سـیکلی در کـاهش خوردگی خستگی بسیار موثر است. ترك ناشی از خوردگی خستگی بر اثر انتقال خطوط کریستالی بو جـود مـی آیـد. تـنش هـاي سیکلی که معمولاً باعث خستگی می شوند از لرزش لوله ها بو جود می آیند.
خوردگی در لوله هاي برجهاي خنک کننده
خوردگی سایشی
خوردگی سایشی اغلب در داخل لوله هاي برجهاي خنک کننده روي می دهد ،که این پدیده تنهـا در لولـه هـاي برجهـاي خنک کننده ساخته شده از آلیاژ مس روي می دهد، بدین صورت که در سطح هایی که اغتشاش به میزان کـافی بـالا باشـد فـیلم اکسیدي از روي سطح بطور شیمیایی یا مکانیکی جدا می شود. در این حالت شبه حفره ها رشد پیـدا مـی کننـد و خـوردگی بـه پیش می رود. بطور خاص بعضی از آلیاژهاي مس از یونهاي آهن موجود در آب سود می برند، این یونها بصورت محلول بـا سـولفات مس به سیستم اضافه می شوند، یونهاي آهن مثل یک لایه محافظ [FeO(OH)] بر روي سطح آلیاژهاي مس رسوب می کنند.[1]
حمله سولفید ها
Water box
این شکل از تخریب فقط در مورد آلیاژهاي مس صادق است. این تخریب در آب هاي سرد، اغلب آب دریا یـا آب شـور، کـه حاوي سولفید ها، پلی سولفیدها یا گوگرد خالص باشند، اتفاق می افتد. حتی مقادیر بسیار کم سولفید [10 ppb] در آب موجود در برجهاي خنک کننده باعث برود این مشکل می شود.
سولفیدها بطور موثري باعث افزایش کلی سرعت خوردگی می شود و همچنین باعث افزایش یا تسـریع جـدایش بـین فلـزي، حفره دار شدن، خوردگی سایشی، جذب بین دانه اي و خوردگی گالوانیکی می شوند. آلیاژهاي مـس نسـبت بـه جـذب سـولفیدها مقاوم نبستند و اجرا بعضی از آلیاژهاي مس در آب هاي شور و آلوده بنظر میرسد براساس مطالعه غیر اصولی و ناسـنجیده شـرایط محیطی است.[1]
خوردگی شکافی و حفره اي
فولادهاي زنگ نزن و آلیاژهاي مس نسبت به خوردگی حفره اي و شیاري حساس اند. اطلاعات قابل استناد کمـی در مـورد مقاومت آلیاژهاي مس در برابر این نوع از خوردگی در آب هاي حاوي گوگرد آزاد وجود دارد. اما بنظـر مـی رسـد کـه ایـن نـوع از خوردگی در حضور سولفیدها شدیداً افزایش می یابد .در مورد این نوع از خوردگی هم تمیز کردن لوله ها از رسوبات تشـکیل شـده بر روي سطح می تواند در محافظت آلیاژهاي مس در برابر خوردگی حفره اي و شیاري مفید باشد.[1]
خوردگی گالوانیکی
در آبهاي با هدایت پایین اثر خوردگی گالوانیکی مهم نیست، مثل قسمت بخار برجهاي خنک کننده ، چون میـزان هـدایت
بخار پایین است، که در آنها میزان خوردگی پایین است. اما خوردگی عمومـاً در قسـمت سـرد کننـده برجهـاي خنـک کننـده رخ میدهد، چونکه در این قسمت آب دریا یا آب شیرین با هدایت بـالا جریـان دارد. خـوردگی گـالوانیکی در صـورتی کـه فلـزات غیـر همجنس را به یکدیگر متصل کنیم رخ می دهد، بطور مثال چنانچه لوله هاي فولاد زنگ نزن را به آلیاژهاي مـس وصـل کنـیم خوردگی گالوانیکی در فصل مشترك دو لوله سرعت پیدا می کند. براي جلـوگیري از خـوردگی گـالوانیکی در لولـه هـاي برجهـاي
خنک کننده اعمال حفاظت کاتدي به قسمت برجهاي خنک کننده پیشنهاد شده است.[1]
شکل(:(1 شما تیک برجهاي خنک کننده
