بخشی از مقاله
بررسی علل خوردگی در دیگ شماره 6 نیروگاه حرارتی ذوب آهن اصفهان
چکیده
به منظورجلـوگیری ازانجـام واکـنشهـای خـوردگی در سیـستمهـای نیروگـاهی انجـام مراحـل عملیـاتی حـذف اکسیژن ، حذف عوامل رسوب زا از محیط ، قلیـایی نمـودن محـیط ضـروری مـیباشـد. جهـت حـذف اکـسیژن استفاده از مواد شیمیایی دارای این خاصیت ( موادی با نـامهـای تجـاری مثـل چلنـوکس ، هیـدرازین و(..… کـه جاذب اکسیژن محلول در آب میباشد امری لازم الاجرا است. حـذف عوامـل رسـوب زا بـه توسـط یـک عامـل پراکنده ساز و تبدیل یونهای رسوب ساز( مثل کربناتها) به ترکیباتی با چسبندگی پائین صـورت مـیگیـرد کـه این عوامل میتواند بطور مجزا و یا همراه با عامل حذف اکسیژن مصرف گـردد.جهـت حفاظـت از بدنـه فـولادی دیگها اعمال یک رنج خاصی از PH (تقریباً ( 11- 8 درمحیط آب ضروری مـیباشـد.بـا توجـه بـه مطالـب فـوق تحقیقات انجام شده مشخص نمود که استفاده زیاد از تری سدیم فـسفات بعنـوان یـک دیـسپرسنت معـدنی بـرای حذف عوامل سختی زای Mg , Ca در آب دیگ با عنایت به نامناسب بودن آب جبرانـی و بـالارفتن غلظـت یـون سدیم ، رسوبات زیادی در داخل درام و سطح لولههای دیگ بوجود آمده که طی فرآینـدی یـون سـدیم در زیـر رسوبات نفوذ کرده و موجب خوردگی قلیـائی (کاسـتیک ) شـده اسـت و ازطرفـی اسـتفاده از چلنـوکس بعنـوان جاذب اکسیژن و دیسپرسنت پلیمری آلی بمدت دو سال جوابگوی آب مصرفی و حـذف رسـوبات داخـل دیـگ نبوده است . طبق اظهارات سازنده چلنوکس ، این ماده برای آب DM یا کندانـسه خـالص طراحـی شـده اسـت و دیسپرسنت موجود در آن قادر به حذف مقادیر کم سختی میباشد. در مجمـوع مقابلـه بـا شـرایط فـوق الـذکر در بخش پیشنهادات و صورتجلسه نهائی مواردی اشاره گردیده است .
مقدمه
ذوب آهن اصفهان اولین کارخانه تولید فولاد در کشور مـیباشـد کـه عملیـات اجـرای آن از سـال 1346
آغاز و درسال 1350 بهره برداری شده است و دارای واحدهای متعدد جنبی سرویس دهنده به خط تولیـد فولاد میباشد. یکی از این واحدهای جنبی نیروگاه حرارتی میباشـد کـه دارا ی 3 دیـگ تولیـد بخـار بـا مشخصات ذیل میباشد:
ظرفیت تولیدی بخار سوپر هیت................................................................ 220 ................... تن درساعت
فشار کاری در درام دیگ بخار............................................................... 115 کیلوگرم بر سانتی متر مربع
فشار بخار سوپر هیت در کلکتور اصلی بخار ................................ 100........... کیلوگرم بر سانتی متر مربع
درجه حرارت بخار سوپر هیت................................................................ 540 ................ درجه سانتیگراد
درجه حرارت آب تغذیه ................................................................ 215 ..................... درجه سانتی گراد
حجم محفظه احتراق ................................................................ 1082.................................... متر مکعب
گاز مصرفی....................................................................... مخلوط گاز کوره بلند،گاز کک وگاز طبیعی
تعداد مشعل در 2 دیواره................................................................ 8 ............................................ عدد
تامین توان الکتریکی مورد نیاز به کمک 2 توربین موجود انجام میشود دیگهای فوق الذکر که از سال
59و 72 راه اندازی گردید دارای عمرکاری به صورت ذیل میباشد.
دیگ شماره 5 عمر کاری.............................. 127000 ساعت............................... راه اندازی سال 59
دیگ شماره 6 عمرکاری................................ 60000.. ساعت................................ . راه اندازی سال 73
دیگ شماره 7 عمرکاری................................ 110000 ساعت................................ . راه اندازی سال59
لازم به ذکر است که دیگ 6درسال 73 توسط شرکتهای خارجی باز سازی و راه اندازی آنها صـورت گرفته است.
مواد وروش تحقیق
لولـــههـــای بکـــار رفتـــه درلولـــههـــای آتـــشخوار فولادســـاده کربنـــی st45-8 (اســـتاندارد آلمـــان ( 1.17175 میباشد که پس ازخارج نمودن و برش نمونهها نسبت به مشاهده ماکروسکوپی و سپس جمع آوری رسوبات ایجاد شده درسطح آن وآنالیز شیمیایی رسوبات اقدام لازم صورت گرفت .
همچنین آزمایشات میکروسکوپ نوری و الکترونی روی نمونههای خام و نمونههای تخریب شده اعـم از نواحی جوشکاری شده ونـواحی فاقـد جـوش صـورت گرفـت .جهـت بررسـی علـل انهـدام وتخریـبهـا آزمایشات میکروسکوپ الکترونی وآنالیزهایی به روش EDAX روی نمونههای حاوی رسوبات صـورت گرفت.جهت شناسایی علل تخریب آزمایشات تعیین کیفیت روی نمونههای آب مصرفی نیز انجام شد.
یافتهها
-1مشخصات فیزیکی و مکانیکی فولادها
لولههای فولادی بکاررفته دارای مشخصات مکانیکی و ترکیبی ذیل بوده است:
%Cr= 0.06 %P=0.021 %S=0.023 %mn=0.64 %Si= 0.35 %C=0.17
бу=34 Mpa %V=0.004 %Al=0.02 %Cu=0.07 %Mo=0.09 %Ni=0.04
% δ=25 бUTS=490 MPa
ساختار میکروسکوپی با زمینه فرینی پر لیتی درشکل 1 و نمونه ای از تخریبهای ایجاد شـده درلولـههـای آتشخوار درشکل 2 مشاهده میگردد.
-2 میکروسکوپ نوری
شکل شماره 3 تصاویر میکروسکوپ نوری را روی زمینه اصلی و زیر محل خورده شده را نشان میدهد که مبین اختلاف ساختار متالوژیکی و تخریب پرلیت زمینه میباشد .
آزمایشات متالوگرافی روی نمونههای لولـه خـام و کـارکرده دیـگ صـورت گرفتـه کـه مبـین ضـخامت متفاوت لایه رویین Fe 304 دردیگهای مختلف میباشد به نحوی که ضخامت این لایـه در لولـه مونتـاژ نشده از جنس نمونههای دیگ 6 حدود 230 میکرون ودر لولههای مونتاژ شده دیگ 6 با کارکرد حـدود 65000 ساعت 170 میکرون و ضخامت این لایه در لولههای کارکرده دیگ 5 بـا بهـره بـرداری 123000 ساعت حدود 210 میکرون میباشد.
-3 میکروسکوپ الکترونی
جهت بررسی انهـدام و تخریـب، آزمایـشات میکروسـکوپ الکترونـی و آنـالیز EDX انجـام گردیـد کـه ملاحظه شد باافزایش عمق به سمت زیر رسوب مقدار Na2O از حدود %0.45 تـا حـدود % 1.7 افـزایش یافته است با انجام آنالیز در لایههای زیرین رسوب و داخل ترک میز آن Na2O تـا %2.54 افـزایش یافتـه که تصویر آن به همراه آنالیز درشکل 4 ارائه شده است.
بحث
تخریبها و آسیبهای ایجاد شده درلولههای آتشخوار دیگها ناشی از علل متفاوتی بـوده اسـت کـه در ذیل به آانها اشاره میگردد.
-1 تخریب (شکستهای) ناشی از وجود رسوب
نامناسب بودن شاخصهای کیفی آب و با توجه به تیپ بویلرهـای نیروگـاه حرارتـی کـه بـا فـشار ودرجـه حرارت بالا بهره برداری میشوند( این گونه بویلرهـا بسیارحـساس بـه تـشکیل رسـوبات هـستند ) تـشکیل رسوب امری اجتناب ناپذیر است . همچنین مواردی از قبیل مصرف آب نرم (شیمیائی ) از طریق نیروگـاه مرکزی ، مصرف مستمر بخار 10/16 با کیفیت نامناسب ، ورود آب سیرکوله بـرجهـای خنـک کننـده بـه
آب تغذیه ( ناشی از سوراخ شدن کندانسورها ) میتواند به عنـوان عوامـل رسـوب گـذاری ذکـر گـردد .
مضافاً اینکه وجود یونهای مس که در تمامی آنالیزهـای انجـام شـده روی رسـوبات بـه وضـوح مـشاهده گردیده ودر بعضی موارد غلظت آن به بالای 10 درصد نیز میرسد به عنوان عامـل تـشکیل دهنـده هـسته اصلی رسوبات عمل نموده است . یعنـی بـا ایجـاد پیـل گالوانیـک محـصولات خـوردگی آن بـه صـورت محلهای مستعد تجمع رسوبات عمل کرده است . این رسوبات باعث تـشکیل یـک محـیط ایزولـه و غیـر قابل دسترسی از محیط آبی بویلر گردیده وبا افزایش غلظـت عوامـل خورنـده خـوردگی زیـر رسـوب را ایجاد مینماید . این خوردگی به صورت ذیل بوده است .
-1-1 خوردگی قلیائی ( (Caustic Corrosion
پس از تشکیل رسوبات و داشتن ابعاد مورد نیاز جهت ایجاد میحیط ایزوله فوق الذکر ، مکانیزم خوردگی کاستیک ناشی از تمرکز یون سدیم ( Na+ ) و تسریع در انهدام لایه محافظ Fe3 O 4 و همچنین ایجاد پیل غلظتی مطابق با شکل 5 بوجود میآید . با انجام آزمایشات میکروسکوپ الکترونـی از روی سـطح نمونـه ملاحظه میگردد میزان سدیم در حد پائین 0.78,0.45) درصد) میباشد . همچنین وجود یون مس نیـز در حد 5 درصد مشاهده گردیده است .
هرچه ازلایههای سطحی به زیر سطح رسوبات پیش میرویم افـزایش میـزان سـدیم موجـود در لایـههـای زیرین به شدت افزایش یافته وملاحظه میگردد که به 2.54 درصد در شکل 4 میرسد . علاوه بـر مـوارد فوق الذکر با توجه به تصاویر میکروسکوپی ضخامت لایه رویین وکـم بـودن ایـن ضـخامت درلولـههـای دیگ 6 نسبت به دیگهای 5 و 7 خود میتواند به عنوان یکی از عوامل فرعی ایـن گونـه تخریـبهـا مـد نظرقرار گیرد . زیرا در شرایط نرمال کارو باتوجه به پایین بودن میزان اکسیژن موجـود در آب و درغیـاب عوامل رسوب زای دیگر کم بودن ضخامت لازم رویین میتواند تاثیر عمده ای درمکـانیزمهـای تخریـب داشته باشد
-2-1 حمله هیدروژنی
با توجه به بررسیهای انجام شده درمنابع آزاد سازی هیدروژن حاصل از واکـنشهـای خـوردگی و نفـوذ اتمهای کوچک آن به داخل فلز موجبات تخریب فلز را فراهم مـیکنـد ایـن تخریـب در اثـر واکـنش بـا کربن فولاد و تشکیل گاز متـان ( CH4) مـیباشـد کـه بـه صـورت ملکـولی در مـرز دانـههـا تجمـع یافتـه تنشهای حاصل از آن موجبات ایجاد ترک و رشد آن را بـدنبال خواهـد داشـت تـشکیل متـان مطـابق بـا واکنش ذیل صورت میگیرد .
Fe3C+2H2 CH4+3Fe
