بخشی از مقاله
بررسی علل خوردگی لوله هاي کندانسور و تعیین شرایط بهینه اسیدشوئی
خلاصه مقاله
خوردگی در لولههاي کندانسور نیروگاه بخاري، از جمله مشکلات عمده آن نیروگاه می باشد. تشخیص به موقع و اقدامات پیشگیرانه در جهت جلوگیري از ادامه روند خوردگی موجب پیشگیري از هزینه هاي هنگفت تعمیرات اساسی می گردد. در این مقاله علل خوردگی لولههاي کندانسور یک واحد نیروگاهی که از جنس آلیاژ پایه مس میباشد، مورد بررسی قرار گرفته و پیشنهاداتی جهت جلوگیري از آسیب جدي آنها ارائه گردیده است. در این راستا بررسیهاي ظاهري، بررسی با میکروسکوپ نوري و الکترونی از ریزساختار و سطوح داخلی و خارجی لولهها صورت گرفته است . همچنبن ترکیب رسوبات داخل و خارج لوله ها با استفاده از روشهاي EDS، XRD و XRF تعیین گردیده است. سپس نوع خوردگی در سطوح داخلی و خارجی لوله تعیین شده و اقدامات پیشگیرانه براي جلوگیري از پیشرفت خوردگی ارائه شده است. در ادامه روند انتخاب محلول اسید شوئی مناسب به همراه شرایط اسید شوئی آورده شده است.
-1 مقدمه
سوراخ شدن لوله هاي کندانسور نیروگاههاي بخاري موجب نشت آب خنک کننده از داخل لوله ها به سمت پوسته کندانسور شده و آب خالص موجود در سیکل را آلوده می نماید. این مسئله موجب وارد آمدن خسارات سنگینی به دیگهاي بخار و پره توربین هاي نیروگاه بخاري می گردد. در حقیقت آلوده شدن آب خالص و بخار موجود در سیکل نیروگاه، موجب رسوب گذاري در لوله هاي بویلر و پرههاي توربین گردیده و خسارات ناشی از خوردگی را تشدید می نماید. اغلب محققین ریشه اصلی انواع خوردگی در بویلر و شکست پره هاي توربین را در نشت آب خنک کننده از لوله ها کندانسور می دانند.
کندانسورها در بهره برداري از یک نیروگاه، اثر مهمی را دارا می باشند. زوال لولههاي کندانسور در اثر خوردگی مخارج عمدهاي را جهت تعمیرات و همچنین خریداري برق جایگزین در مدت تعمیر به همراه خواهدبر داشت. لذا سعی آنست که زمان خارج شدن یک واحد کندانسور از خط به حداقل برسد. تعیین علل خوردگی لوله هاي کندانسور و اعمال روشهاي پیشگیرانه گامی مهم در رسیدن به این هدف می باشد.در این مقاله علل خوردگی لولههاي کندانسور یک واحد نیروگاهی که از جنس آلیاژ پایه مس می باشد، مورد بررسی قرار گرفته و روشهاي کاهش خوردگی ارائه شده است. در ادامه شرایط بهینه اسید شوئی تعیین گردیده است.
-2 روش تحقیق
در این مقاله لوله کندانسور از جنس برنج آدمیرالتی با ترکیب 70% Cu – 30% Zn مورد بررسی قرار گرفتهابعاداست.
اولیه قطر خارجی 25/4 میلیمتر و ضخامتمیلیمتر لوله 1/25 می باشد. به منظور تعیین علل خوردگی لولهها، آزمایشهاي
زیر بر روي سطوح خارجی و داخلی لولهها صورت گرفت:
· مشاهدات ظاهري
· ضخامت سنجی جداره لوله
· ضخامت سنجی رسوبات
· تعیین ترکیب شیمیائی رسوبات
· تعیین نوع خوردگی جداره داخلی و خارجی لوله به منظور تعیین شرایط بهینه اسید شوئی جهت شستشوي رسوبات داخلی و خارجی لولههاي کندانسور از سه نوع ترکیب اسیدي، اسید کلریدیریک، اسید سولفامیک و اسید سیتریک بهمراه بازدارنده خوردگی استفاده شد. در نهایت زمان و درجه حرارت لازم جهت اسید شوئی بهینه گردید.
همانطوریکه مشاهده می شود رسوبات ضخیمی سطح خارجی لوله را پوشانده است و در بعضی نواحی نیز رسوبات مذکور کنده شده اند . شکل (2) تصویر تهیه شده توسط میکروسکوپ استریو از سطح داخلی لوله را نشان می دهد. تراکم رسوبات بصورت موضعی در نقاط مختلف سطح داخلی لوله قابل مشاهدهظاهريمیباشددر. شکل (3) نماي لوله پس از زدودن رسوبات نشان داده شده است. مطابق این شکل در سطوح داخلی لولهها حفرات به تعداد زیاد و با عمق بالا دیده میشود که در برخی موارد این حفرها به سطح خارجی لولهها رسیده اند و موجب سوراخ شدن لوله کندانسور گردیده اند.
-3 نتایج و بحث
-1-3 مشاهدات ظاهري
مشاهدات ظاهري بصورت چشمی و همچنین با استفاده از میکروسکوپ استریو انجام گرفت. در شکل (1) تصویر سطح خارجی نمونه لوله کندانسور نیروگاه نشان داده شده است.
-2-3 ضخامت سنجی جداره لوله
-4-3 تعیین ترکیب شیمیایی رسوبات
مشاهدات ماکروسکوپی از لوله نشان داد که ضخامت جداره لوله در یک سمت لوله کاهش یافته است. در این راستا پس از جدا کردن رسوبات خارجی از سطح لوله با استفاده از محلول اسید شوئی مناسب، ضخامت جداره با کولیس دیجیتال اندازه گیري گردید. مقدار متوسط ضخامت جداره لوله در سمت نازك شده حدود 546 میکرون اندازه گیري شد که کاهش ضخامت جداره حدود 50 درصد ضخامت اسمی را نشان می داد. همچنین بیشترین عمق حفرات در سطح داخلی 800 میکرون تعیین گردید. اندازه گیري عمق حفرات با استفاده از میکروسکوپ نوري انجام گرفت.
-3-3 ضخامت سنجی رسوبات
جهت اندازه گیري ضخامت رسوبات داخلی و خارجی لوله، نمونههاي مختلفی بصورت مقاطع عرضی تهیه شد و اندازه گیري ضخامت توسط میکروسکوپ نوري از چهار منطقه مختلف صورت پذیرفت که مقادیر و میانگین نتایج اندازهگیريها در جدول (1) ارائه شده است.
این مناطق بگونهاي انتخاب شدهاند تا نشان دهنده کل تغییرات ضخzمت لوله و رسوبات باشند. رسوبات تشکیل شده در سطح داخلی لوله در روي حفرات تجمع یافته بودند.
بنابراین ضخامت رسوبات تجمع یافته شامل ارتفاع این رسوبات تا سطح لوله می باشد و شامل عمق حفره نمیشود.
ترکیب شیمیائی رسوبات و محصولات خوردگی در جداره داخلی و خارجی لوله توسط روشهاي XRD، XRF و EDS مورد بررسی قرار گرفت. قابل ذکر است نتایج XRF در این گزارش بر اساس فرض اکسیدي بودن عناصر گزارش گردیده است. آنالیز شیمیایی رسوبات داخلی به طریقه XRF بر اساس درصد وزنی ترکیبات تشکیل دهنده در جدول (2) نشان داده شده است. مطابق این جدول، نتایج نشان دهنده حضور ترکیب با سیلیسیم بالا در رسوب می باشد. پس از ترکیب سیلیسیم دار، ترکیبات مس، روي و آهن از لحاظ میزان در ردههاي بعدي قرار دارند. میزان کلر در سطح لوله نیز قابل مشاهده می باشد. بر اساس نتایج XRD، اکسید مس((Cu2O ، فاز اصلی تشکیل دهنده بر روي سطح داخلی لوله می باشد (شکل)) . 4)
شکلهاي 5)تا) (8) تصاویر SEM و نتایج آنالیز EDS مناطق مختلف در جداره داخلی لوله را نشان میدهند. مطابق شکل (5 ) رسوبات انباشته شده بر روي حفرات شامل قسمت عمدهاي سیلیسیم می باشد. عناصر آهن و روي در ردههاي بعدي قرارشکلدارند. – 6 رسوبات تشکیل شده در داخل حفرات را نشان می دهد. مطابق این شکل و نتایج EDS بیشترین عناصر موجود در رسوبات داخل حفره به ترتیب درصد وزنی، مس و روي می باشند. در داخل حفره میزان مطابق این شکل، در این مناطق، رسوب تشکیل شده حاوي قابل توجهی کلر هم قابل مشاهده است. ترکیبات مس و روي میباشند. کلر نیز در این منطقه قابل مشاهده است..
شکل – 5 تصویر میکروسکوپ الکترونی از رسوبات متراکم شده بر روي حفره در جداره داخلی لوله و آنالیز EDS آن منطقه
در شکل (7) ترکیب عنصري رسوبات تشکیل شده در نزدیک به منطقه حفره دار در جداره داخلی لوله نشان داده شده است.
شکل – 6 تصویر میکروسکوپ الکترونی از داخل حفره در جداره داخلی لوله و آنالیز EDS آن منطقه
در شکل (8) ترکیب عنصري رسوبات تشکیل شده در نقاطی که حفره دار نیستند نشان داده شده است. مطابق نتایج، ترکیبات حاوي ترکیبات مس و روي در این مناطق وجود دارند. میزان کلر در این مناطق نیز به مراتب بالاتر از مناطق قبل می باشد
نتایج XRF رسوبات خارجی لوله در جدول((3 نشان داده شده است. نتایج نشان دهنده حضور آهن به میزان بالا در سطح نمونه می باشد. میزان کلر در سطح لوله نیز قابل مشاهده می باشد.
در شکل (9) نتایج XRD مربوط به رسوبات خارجی آمده است. فازهاي اصلی موجود در رسوبات سطح خارجی ترکیبات اکسیدي آهن می باشند بر اساس نتایج XRD اکسیدهاي آهن مشاهده شده بر روي سطح اکسیدهاي آهن Fe2O3 ، Fe3O4 و FeO(OH) می باشند.شکلهاي (10) الی (12) تصاویر SEM و نتایج آنالیز EDS نقاط نشان داده شده
در شکل (10) را نشان میدهد. مطابق این شکل، عمده رسوبات تشکیل شده بر روي سطح خارجی لولهها حاوي آهن می باشد. ترکیبات مس و روي نیز روي سطح خارجی قابل مشاهده می باشد. مقادیر بالاي ترکیبات اکسیدي آهن در رسوبات نشان دهنده خوردگی تجهیزات آهنی در سیکل آب و بخار می باشند که در سطح لوله رسوب کرده است.
