بخشی از مقاله
خوردگی ویژه فسفات ها در بویلرهای فشار بالای نیروگاهی
چکیده:
وقوع پدیده ی پنهان شدن فسفات در بویلرهای فشار بالای نیروگاهی که از رﮊیم فسفات زنی برای کنترل شیمیایی آب بویلر استفاده می کنند، همـواره باعـث بـروز مشـکلات جـدی بـرای کـاربران بویلرها می گردد .تحقیقات گسترده ای که در این زمینه صورت گرفته نشان می دهـد کـه علـت اصـلی وقوع این پدیده، واکنش بعضی از ترکیبات فسفاته با رسـوبات و لایـه محـافظ مگنتیـت( ( Fe3O4 روی سطح داخلی لوله های بویلر و حتی فلز لوله می باشد .به دلیل شکسته شدن لایه محافظ و خورده شدن فلز ، پدیده ی پنهان شدن فسفات معادل با خوردگی ویژه فسفات ها می باشد . دراین تحقیقات معلوم گردیده است که با افزایش نسبت مولی یون سدیم به یون فسفات در آب اولیـه بـویلر وگذشـتن از حـد مشخص ، شدت واکنش خوردگی به حداقل می رسد . این نتایج منجر به ارائه و بکارگیری رﮊیـم نـوینی به نام فسفات زنی متعادل شده است که تا کنون کارایی بسیار خوبی از خود نشان داده است .
کلمات کلیدی: نیروگاه - بویلر،خوردگی -فسفات -ماریسیت -رﮊیم فسفات زنی متعادل -کنترل شیمیایی
مقدمه :
برای حفاظت بویلرها و توربینهای به کارگرفته شده در نیروگاه ها در سطح بالایی از بـازدهی و کـارآیی،کنترل شیمیایی آب وخلوص بخار جهت جلوگیری از وقوع :
- 1 خوردگی در سیستم آب تغذیه .
- 2 تشکیل رسوب روی سطوح انتقال حرارت .
- 3 تشکیل رسوب و خوردگی و توربینها لازم می باشد .
برای این منظور از رﮊیم های مختلف شیمیایی جهت کنتـرل شـیمیایی آب اسـتفاده مـی گـردد کـه یکـی از پراستفاده ترین این رﮊیم ها،استفاده از تزریق مستقیم ترکیبات فسفاته به درون آب بویلرمی باشد . ترکیبات فسفاته امروزه به صورت گسترده ای در بویلرهایی فشار بالای نیروگاهی مورد استفاده هستند . استعمال این ترکیبات بافری علاوه برکنترل قلیائیت آب بویلر و حفاظت آن از خوردگی های اسیدی وقلیایی مشکلاتی را هـم بـه دنبـال داشـته است که از مهمترین آنها پنهان شدن فسفات می باشد که همواره با برهم زدن کنترل قلیائیت بهره برداران بویلرهـا را آزار داده است . جهت کشف علت این پدیده تلاش های عدیده ای به عمل آمده است که جدیدترین آنها ، واکنش برخی از ترکیبات فسفاته با رسوبات و لایه محافظ را، به عنوان عمده ترین عامل بروز این پدیده مطرح می نماید که این نتایج خود می تواند منجر به دستیابی به رﮊیم مناسبی برای کنترل شیمیایی آب بویلر گردد.
پنهان شدن ویژه فسفاتها
ترکیباتی که دارای حلالیت محدود در آب در دماهای بالا می باشند دراثر تغلیظ بر روی سطوح داغ لوله هـای بویلر نشسته واز فازمایع جدا می گردند . این پدیده برای برای هر نوع نمک موجود در آب بویلر ازجمله فسفات مـی تواند رخ دهد .ترکیبات فسفاته ای که در بویلرهای فشار بالا مورد استفاده قرار می گیرنـد شـامل منـو، دی و تـری سدیم فسفات می باشند .که این ترکیبات ضمن اینکه با افزایش نسبت مولی سدیم به فسفات مـی تواننـد قلیائیـت بیشتری در آب ایجاد نمایند ، در دماهای بالاتر از حد معینی حلالیت آنها کاهش می یابد به طوری که تری سـدیم فسفات نسبت به دو ترکیب دیگر به میزان بیشتری در دماهای بالا رسوب میکند .به دلیل این اثـر منفـی، بـه مـرور زمان استفاده از منو یا دی سدیم فسفات و یا مخلوطی از سه ترکیـب فسـفاته جـایگزین اسـتعمال انحصـاری تـری سدیم فسفات شده است .علیرغم این تغییرات بویلرهایی که از رﮊیم فسفات زنی برای کنترل قلیائیت آب پیروی می کرده اند با مشکل پنهان شدن فسفات وحتی خوردگی جدی لوله های بویلر مواجه گردیده اند .وقوع این مشـکلات منجر به این گردید که پژوهشگران دریابند که پدیده پنهان شدن فسـفات ارتبـاط چنـدانی بـه حلالیـت ترکیبـات فسفاته در دماهای بالا نداشته و واکنش آن با آهن ، مگنتیت ورسوبات داخل بـویلر عامـل اصـلی بـروز ایـن پدیـده است،که نتیجتاً همراه با خوردگی می باشد . لازم به توضیح می باشد کـه ایـن واکـنش هـا در دماوغلظـت معینـی ازفسفات که بستگی به شرایط عملیاتی بویلر دارد ، روی می دهد . از طـرف دیگـر در حضـور رسـوبات کـه یکـی از فاکتورهای اساسی در پنهان شدن همه املاح آب از جمله فسفات ها می باشند ،به دلیـل ترکیـب ایـن رسـوبات بـا ترکیبات فسفاته ، پدیده پنهان شده فسفات با شدت بیشتری در مقایسه با دیگر املاح به وقوع می پیوندد . دربخش بعدی این مقاله به شرح آزمایشاتی که توسط گروهی از پژوهشگران برای مطالعه دقیق تر پدیده پنهان شدن فسفات انجام پذیرفته ، خواهیم پرداخت.
آزمایش پنهان شدن فسفات
در شکل (1) سیستم تعبیه شده برای مطالعه اثر ترکیبات فسفاته بر( ( Fe3O4 نشان داده شده است . در طی آزمایشات انجام شده محلول های سدیم فسفات با غلظت و نسبت مولی سدیم به فسفات مختلف توسط پمپ هـای
پیســـتونی از داخــــل ســـتونی از ذرات ســـنتز شـــده مگنتیت باخلوص بـالا ، که در داخل یک اتوکلاو آب گـرم که دمای آن در مقـادیر 315، 320، 360 درجـــــــــه
سانتیگراد قابـل تنظـیم است قراردارد ، عبور می کند.
شکل :(1) سیستم آزمایش جریانی برای نمایش پنهان شدن فسفات
میزان سدیم فسفات جذب شده توسط ستون ذرات از طریـق انـدازه گیـری غلظـت ایـن یـون هـا در جریـان خروجی توسط طیف سنجی پلاسما تعیین می گردد . جهـت برقـراری تشـابه بـین پدیـده پنهـان شـدن فسـفات دربویلرها و آنچه که در طی آزمایشات رخ می دهد ، این آزمایشات در طی چهار مرحله زمانی متـوالی مسـاوی بـه شرح زیر انجام پذیرفته است :
- 1 در مرحله اول محلول های سدیم فسفات بانسبت مولی سدیم به فسفات بزرگ تر یا مساوی دو، ازستون اکسید آن عبور داده می شود که در این مرحله جذب سدیم و فسفات صورت می پذیرد.
- 2 در مرحله دوم جریان محلول سدیم فسفات با نسبت مولی سدیم به فسـفات،دو، قطـع گردیـده و بـا برقـراری جریان آب مقطر یون های حذف شده توسط اکسید آهن به درون آب مقطر دفع می گردد .
- 3 در مرحله ی سوم همانند مرحله ی اول با عبور محلول های دی فسفات ، جذب یـون هـای سـدیم و فسـفات توسط ستون صورت می گیرد .
- 4 در مرحله چهارم محلول های نسبتاً اسیدی سدیم با نسبت مولی بزرگتر یامساوی یک، ازدرون ستون عبور داده می شوند . هدف از عبور این محلول ها مطالعه دفع یون های جذب شده در مرحله ی سوم است .
شکل ( (2 مولالیته سدیم و فسفات محلول خروجی در آزمایش جریانی برای مواردی که خـوراک اولیـه دارای نسبت سدیم به فسفات برابر 2 /5 است را در دمای 360 درجه سانتیگراد نشان می دهد ومیزان این نسبت رابـرای محلول خروجی و نیز ترکیب جامد تشکیل شده بر روی ستون مگنتیت برای همین خوراک در چهار دوره زمانی در شکل ( (3 نشان داده شده است . شکل (4) نیز نشانگر نحوه تعادلی ( ( Fe3O4 با ترکیبات فسفاته در دماهای 320 و 360 درجه سانتیگراد ومحصولات واکنش می باشد .(شکل ها در پایان مقاله آورده شده است) . چنانچـه از شـکل اخیر مشهود است در صورتی که نسبت مولی سدیم به فسفات در خوراک اولیه کمتر از 2 /5 باشد،در هـر دو دمـای 320 و 360 درجه سانتیگراد محصول اسیدی سدیم فروفسفات ( ( NaFePO4 که »ماریسیت « نامیده می شـود تولید می گردد، که می تواند در مراحل بعدی اثر نامطلوبی روی کیفیت آب بگذارد . محصول دیگری که در طی این آزمایشات تولید می گردد سدیم فریک هیدروکسی پیرو فسفات می باشد که نسبتاً قلیائی است .در ایـن آزمایشـات مشـاهده شـده اسـت کـه وقتـی کـه میـزان نسـبت یونهـا در خـوراک از 2 /5 تجـاوز کنـد در دمـای 320 درجـه سانتیگراد،علاوه بر ترکیب قلیائی نامبرده ترکیب قلیائی دیگری جایگزین ماریسیت میگردد که به طور کلی شـرایط اسیدی را به شرایط قلیائی تبدیل می کند .
این ترکیب جدید،محلول جامدی از یون آهن دو ظرفیتی در کریستال مکعبی نوع y از تری سدیم فسفات مـی باشد که با افزایش نسبت یون ها در خوراک اولیه ی میزان حضور آهن در این ترکیب کم می شود . در دمای 360 درجه سانتیگراد، با نسبت بزرگ تر از 2 /7 ،محلول جامد فوق الذکر تشکیل نشده و مگنتیت نیز دراثر اکسید شدن و واکنش با سدیم و فسفات تبدیل به سدیم فریک هیدروکسی پیروفسفات قلیائی می گردد و گاز هیدروﮊن جـایگزین محصول دوم می شود . وقتی که نسبت یون ها در خوراک اولیه از 3 / 5 تجاوز می کنـد،در هـر دو دمـای مـورد نظـر مشاهده تری سدیم فسفات نوع آلفا که پایدارترین حالت این ماده است،نشـانگر آن اسـت کـه هـیچ واکنشـی بـا ( ( Fe3O4 صورت نگرفته است . به طور کلی می توان نتایج این آزمایشات را به شرح زیر خلاصه نمود :
- 1 برای انجام واکنش دما باید از 177 درجه سانتیگراد تجاوز نماید .
- 2 جهت انجام واکنش باخوراک های با نسبت های مولی مختلف سدیم با فسفات ، غلظت حداقلی از فسفات لازم است .
- 3 حد مرزی با آستانه حلالیت که در بیش از آن محصولات واکنش پنهان شدن، تشکیل می گردد یک پنجم حد مرزی حلالیت تری سدیم فسفات خالص ،که حلالیت نسبتاً پایینی در دماهای بالا دارد می باشد .
