• adress
  • قزوین، شهرصنعتی البرز
  • رو به روی گمرک

  • call
  • +98 28 32 22 8072 
  • +98 28 32 23 11 26 
    info@novinbokhar.com
  • https://telegram.me/novinbokhar1

علل تخریب سیستم انتقال آب دیگ های بخار

 

بررسی علل تخریب سیستم انتقال آب دیگ های بخار

 

در بخش قبلی مقاله خوردگی و رسوب در دیگ های بخار را بررسی کردیم پیشنهاد می کنم آن را مطالعه فرمایید. 

خوردگی در دیگ های بخارخوردگی در سیستم آب رسانی دیگ بخار

 در این پژوهش به بررسی علل تخریب قطعات انتقال دهنده ی سیال در سیستم انتقال آب بویلر موتورخانه بخار پرداخته شد و در ادامه انتخاب مواد برای این واحد مورد ارزیابی قرارگرفت. بدین منظور قطعات اتصال دهنده ی لوله های حامل آب داغ انتخاب شد. اتصال این قطعات با جوشکاری قوس فلز پوششدار صورت گرفته بود. محل جوشکاری شده پس از دو سال کارکرد قطعه در این واحد، دچار خوردگی حفرهای شدید و نشتی شده بود. جهت بررسی این موضوع، ابتدا بازرسیهای چشمی، پس از اسیدشویی صورت گرفت. ترکیب شیمیایی این قطعات با آنالیز کوانتومتری تعیین گردید. همچنین مطالعات ریزساختاری توسط میکروسکوپ نوری انجام گرفت. با توجه به ریزساختار متفاوت در منطقه فلزپایه و جوش، برای مقایسه ی نرخ خوردگی یکنواخت این نواحی، آزمون پالریزاسیون تافل انجام شد. در ادامه ی کار، ریز سختی رسوبات و نمونه ها بررسی شد و ماده ی انتخابی برای این قطعات با روند مناسب مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج حاصل نشان داد که انتخاب مواد به درستی صورت پذیرفته است. با توجه به نتایج آزمون الکتروشیمیایی که نشان دهندهی خوردگی کمتر فلز جوش نسبت به فلز پایه بود و باتوجه به نتایج بازرسی چمشمی و آزمون ریزسختی میتوان نتیجه گرفت که علت تخریب قطعات، عدم جوشکاری صحیح و وجود رسوبات ترد در منطقه ی جوشکاری شده میباشد، که باعث خوردگی موضعی و ترک ناشی از تمرکز تنش در این ناحیه میشود

 

 

خوردگی در موتورخانه دیگ های بخار

 

موتور خانه ی بخار مکانی برای تولید بخار و انتقال آن به بخش های مختلف مجموعه میباشد. بیشتر قسمتهای این سیستمها از فولادهای ساده ی کربنی ساخته میشوند ولی در قسمتهای خاص سیستم میتوان از فولادهای زنگ نزن و آلیاژهای مس نیز استفاده نمود. از آنجایی که دمای کارکرد سیستمهای بخار نسبتا بالا میباشد، عمدتا مشکلات خوردگی باعث تخریب آنها میشود. خوردگی معمولا به دو صورت یکنواخت و موضعی اتفاق می افتد. خوردگی موضعی بسیار مخرب تر بوده، و به صورتهای مختلفی اتفاق میافتدکه درمدت زمان اندک باعث تخریب قطعه می شود. مکانهای جوشکاری شده در سیستمهای بخار، اغلب به دلیل دا شتن عیوب مختلف مثل خشن بودن سطح، عدم نفوذ در ریشه، بریدگی جوش و تقعر و تحدب جوش بسیار  مستعد به خوردگی های موضعی خصوصا حفره ای شدن میباشند. خوردگی حفرهای نوعی از تخریب است که به سرعت اتفاق میافتد و باعث به وجود آمدن حفره هایی با دهانه کوچک و عمق زیاد در درون قطعه میشود. این خوردگی نسبت به بقیه ی انواع خوردگی موضعی، بسیار مخربتر بوده زیرا تشخیص ایجاد حفره ها در مراحل اولیه ی خوردگی بسیار سخت بوده و گاها امکان پذیر نمیباشد. در این نوع تخریب هر عاملی از جمله ناهمگنی های سطحی که بتواند باعث جوانه زنی حفره ها شود می تواند شروع کننده ی این نوع از خوردگی با شد. پس از شروع جوانه زنی در مدت کوتاهی و به صورت خود پیشرونده تخریب صورت خواهد گرفت. مشکلات خوردگی در موتورخانه ها و دیگ های بخار را می توان با طراحی و انتخاب مواد مناسب، حذف رسوبات با شستشوی شیمیای سدیم در زمان مشخص، تنظیم pH ،کنترل میزان اکسیژن، پایش منظم مکانهای مستعد به خوردگی و استفاده از آب ورودی با کیفیت بالا به کمترین میزان ممکن رساند. به طور کلی انتخاب مواد  مناسب با توجه به شاخصهای ماده که حداکثر عملکرد ماده ی مورد نظر را ایجاد میکنند می تواند اولین و مهمترین فاکتور در بحث کاهش تخریبها باشد. در این تحقیق ابتدا به بررسی علل تخریب قطعات انتقال دهنده ی آب داغ در دیگ بخار موتورخانه ی بخار پرداخته شد و پس از مشخص شدن علت دقیق تخریب، انتخاب مواد مناسب برای این قطعه نیز مورد ارزیابی قرارگرفت

روش تحقیق

1- وضعیت خوردگی و بررسی چشمی قطعات قطعات مورد نظر در این پژوهش، بخشی از سیستم انتقال آب دیگ بخار  موتورخانه ی بخار می باشند. تصویر این قطعات پس از برش از منطقه ی جوش، در شکل 1 نشان داده شده است. این قطعات پس از دو سال از محل جوشکاری شده به لوله ی اصلی، دچار نشتی شده و سپس تعویض شده اند

خوردگی دیگ بخار

 

 قطعات تخریب شده و محل خوردگی آنها قبل از اسید شویی برای بررسی دقیقتر حفره های موجود ناشی از خوردگی، نمونه های کوچکی از این قطعات تهیه و طبق استاندارد G1    ASTM  به مدت ده دقیقه در محلول 500 میلی لیتر هیدروکلریک اسید + 5/3 گرم هگزا متیلن تترا آمین+ 500 میلی لیتر آب، اسید شویی شدند. سطح نمونه ها بعد از اسید شویی و از بین بردن رسوبات در شکل2 نشان داده شده است. بعد ازمرحله ی اسیدشویی حفره های ایجاد شده ناشی از خوردگی در منطقه جوش، کاملا  مشهود بوده و همچنین درکناره بعضی از این حفره ها ترک خوردگی قابل مشاهده است.

شکل 2 سطح نمونه ها بعد از برش، اسید شویی و حذر رسوبات

دیگ بخار خوردگی

 2 --شرایط کارکرد سیستم

 - دمای سیال آب داغ درون این قطعات حدودا 70 درجه سانتیگراد و pH آن تقریبا 3/7 بوده است. - محل قرارگیری این قطعات به صورت اتصال با جوشکاری قوس فلز پوششدار 1 و بین لوله های حامل سیال بوده است. - برای جلوگیری از رسوب گذاری، سولفیت سدیم به آب ورودی تزریق میشده است. - عمر متوسط این قطعات در سیستم دو سال ذکر شده است

. 3 -آنالیز کوانتومتری

 برای تعیین ترکیب شیمیایی قطعات مورد نظر، نمونهای با ابعاد مشخص از فلز پایه با آنالیز کوانتومتری مورد بررسی قرارگرفت که با توجه به ترکیب شیمیایی که در جدول 1 مشخص شده است، جنس این قطعات از نوع فوالد ساده ی کربنی میباشد.

 4 -بررسی ریزساختاری

 به منظور بررسی ریزساختارمنطقهی جوش و پایه ی قطعات مورد نظر، دو نمونه از این نواحی تهیه شد و با سنباده های 80 تا 2000 از جنس کاربید سیلیسیم سنباده زنی شده و در محلول نایتال دو درصد اچ شدند. تصاویر میکروساختارحاصل از این بررسی در شکل3 نشان داده شده است.

 

 شکل3 .تصاویر ریزساختاری نمونه های الف( منطقه جوش ب( فلزپایه

دیگ بخار

با توجه به شکل3 ،ساختار فریتی-پرلیتی نمونه ها قابل مشاهده است و با توجه به این تصاویر مشخص گردید دانه های منطقه جوش کشیده تر بوده و با فلز پایه متفاوت است و این موضوع میتواند برخوردگی آنها تاثیر داشته باشد

. 5 -آزمون پالریزاسیون

تافل برای بررسی بیشتر تخریب ایجاد شده و همچنین مقایسه ی نرخ خوردگی یکنواخت فلز پایه و جوش، دو نمونه با ابعاد مشخص از این نواحی تهیه و سپس آزمون پالریزاسیون تافل انجام گرفت. جهت بررسی رفتار خوردگی، نمونههایی با ابعاد مشخص به یک سیم لحیم و سپس مانت شدند. در ادامه نمونههای مورد نظر به کمک سنباده- هایی از 80 تا 1000 از جنس کاربید سیلیسیم سنبادهزنی شدند. سپس نمونهها با آب مقطر شستشو و خشک شدند. به منظور شبیهسازی شرایط آزمایش با شرایط کاری قطعات در موتورخانهی بخار، از آب مورد استفاده در موتورخانه با دمای حدود 70 درجهی سانتیگراد استفاده شد. آزمونهای خوردگی بوسیله دستگاه پتانسیواستات مدل µAutolabIII با استفاده از یک سل سه الکترودی شامل الکترود مرجع کالومل، (KCl,3M(AgCl/Ag الکترود کمکی از جنس پالتین و الکترود کاری صورت پذیرفت. پس از اندازه گیریهای پتانسیل مدار باز)OCP ،)آزمون پالریزاسیون تافل انجام گرفت. منحنیهای پالریزاسیون در محدوده 300 ±میلیولت نسبت به پتانسیل مدار باز و با سرعت روبش S/mV 1 رسم شدند. از نرم افزار NOVA جهت مدل سازی دادهها استفاده شد. نتایج حاصل از آزمون تافل در شکل 4 و دادههای حاصل که با نرم افزارNOVA به دست آمده اند در جدول2 نشان داده شده است

.آزمون پالریزاسیون

شکل4 .آزمون پالریزاسیون تافل برای فلز پایه و فلز جوش

جدول

خوردگی

 جدول2 .مقادیر پتانسیل، چگالی جریان و نرخ خوردگی منطقه ی فلزجوش و فلز پایه

 همانطور که از دادههای حاصل از آزمون تافل مشخص است نرخ خوردگی فلز منطقه جوش به صورت یکنواخت، بسیار کمتر از منطقه فلز پایه است

 

 ۶ -آزمون ریز سختی

 به منظور بررسی میزان سختی فلز پایه و رسوبات، آزمون ریز سختی انجام شد. با توجه به نتایج مشخص گردید که نمونه های فوالدی دارای سختی نزدیک به 170 ویکرز میباشند. سختی رسوبات بسیار کمتر از فلز پایه بوده و این میزان در حد 80 ویکرز میباشد و حالتی بسیار تردتر از فلز پایه دارد

. ۷ -ارزیابی انتخاب مواد

 در این قسمت با استفاده از مراحل چندگانه ی انتخاب مواد که شامل مراحل بازگردانی، غربالگری، رتبه بندی و مراجعه به اطلاعات پشتیبانی میشوند، درستی انتخاب ماده ی مورد استفاده بررسی شد. در مرحله ی بازگردانی عملکرد قطعه ی مورد استفاده، قیدها، اهداف و متغیرهای آزاد مورد بررسی قرار میگیرد. پس از آن در مرحله ی غربالگری موادی که کارآیی مورد نظر را ندارند کنار گذاشته میشوند. در مرحله ی رتبه بندی با توجه به شاخصهای ماده بهترین مواد انتخاب شده و با مراجعه به اطلاعات پشتیبانی امکان استفاده از آنها مورد بررسی قرارمی- گیرد.

  بازگردانی-

در این مرحله تمامی شرایط و ملزومات مورد نیاز برای انتخاب ماده مورد نظر بررسی و دسته بندی شد که در جدول3 آورده شده است.

 

جدول 3 .ملزومات مد نظر در مرحله ی بازگردانی برای انتخاب

 

غربالگری

در بین مواد از خانواده های مختلف که شامل: فلزات، پلیمرها، سرامیک ها، کامپوزیتها، االستومرها و شیشه ها میباشند. برخی از فلزات از جمله فولادها که شرایط مورد نظر در مرحلهی بازگردانی در مورد آنها صدق میکند میتوانند مورد استفاده قرارگیرند. و سایر مواد به دلیل خواص و ویژگیهایشان که در مراجع ذکر شده است این قابلیت را ندارند-

-رتبه بندی کردن با توجه به پارامترهای مختلف در اندیسهای انتخاب ماده و مراجعه به چارتهای انتخاب مواد موجود در مراجع و همچنین با در نظرگرفتن صرفهی اقتصادی به عنوان مهمترین پارامتر، فوالد سادهی کربنی گزینهی مناسبی برای استفاده در موتورخانهی بخار میباشد، عالوه برآن فلزاتی مثل آلومینیوم و مس نیز میتوانند بکارگرفته شوند

مطالعات پشتیبانی

 مراجعه به مراجع موجود در این رابطه نشان میدهد که فولاد ساده ی  کربنی انتخاب مناسبی برای این قطعه است. ولی در این مورد خاص میتوان گفت که به دلیل قابلیت جوشکاری با جوشکاری قوس فلز پوششدار بهترین گزینه فولاد ساده کربنی میباشد

نتایج و بحث

طبق شکل3 تفاوتهای بارزی بین ریزساختار فلز پایه و فلز منطقه جوش مشاهده میشود. همانطور که مشخص است اگرچه ساختار فریتی- پرلیتی است ولی فلز منطقه ی جوش دارای ریزساختاری با دانه های کشیده بوده در حالی که فلز پایه دانه های کروی دارد. این تفاوت در ریزساختار برخواص خوردگی این دو منطقه تاثیرخواهد داشت. با توجه به نتایج آزمون پالریزاسیون تافل که در شکل 4 و جدول 2 مشخص شده است چگالی جریان خوردگی کمتر و درنتیجه نرخ خوردگی کمتری را برای فلز جوش نسبت به فلز پایه نشان میدهد. با توجه به موارد مطرح شده علت تخریب این قطعات از منطقه ی جوش باید عامل یا عواملی باشد که باعث جوانهزنی حفرهها میشود. اولین و مهمترین عامل جوانهزنی حفره میتواند به دلیل جوشکاری ناصحیح دارای انواع عیب باشد. طبق بازرسی چشمی که در شکلهای 1 و2 مشخص است جوش مورد نظر از وضع مناسبی برخوردار نیست و دارای انواع عیوب سطحی و ناهمگنی میباشد. از عوامل دیگر جوانه زنی در این منطقه میتوان به تجمع رسوبات و ایجاد پیل اختلاف دمش برای ایجاد حفره ها اشاره کرد. پس از ایجاد حفره در منطقه جوش به دلیل انجام واکنشهای آندی انحلال فلز و کاتدی احیای اکسیژن به یونهای هیدروکسید ، تجمع یونهای فلزی داخل حفره زیاد شده و به دلیل وجود نمکهای فلزی و هیدرولیز آنها، بعضی از یونها مثل کلر M→M++ e- (1) O2 + 2H2O+ 4e-→4OH- (2) وارد حفره میشوند و واکنش3 اتفاق میافتد. در نتیجه ی  این واکنش محیط اسیدی شده و واکنشها به صورت خودپیشرونده صورت میگیرد و در زمان کوتاهی قطعه مورد نظر تخریب میشود. M+Cl- + H2O→MOH + H+Cl- (3) اما با توجه به آزمون ریزسختی، رسوبات بسیار ترد میباشند که این موضوع میتواند بر روی حفره دار شدن قطعه و سپس ترک خوردن آن به دلیل تمرکز تنش در انتهای حفره تاثیر داشته باشد. نتیجه گیری با ارزیابی انتخاب مواد برای این قطعات مورد استفاده در دیگ های بخار  موتورخانه ی بخار، مشخص شد که انتخاب مورد نظر برای این واحد به درستی صورت گرفته است ولی علت اصلی تخریب قطعات در این مجموعه، عدم جوشکاری صحیح آنها بوده که داری عیوب زیادی مثل خشن بودن سطح، بریدگی جوش، تقعر و تحدب میباشند که میتواند باعث خوردگی موضعی شود. از طرفی وجود رسوبات ترد به دلیل مهیا کردن شرایط برای حفره دار شدن قطعه، باعث ترک برداشتن و تخریب قطعات میشوند. برای جلوگیری از این تخریب باید در مرحله ی اول به فرایند جوشکاری توجه بیشتری داشت. همچنین با خالص سازی آب ورودی و اضافه کردن مواد ضد رسوب و حذر اکسیژن می توان باعث افزایش عمر سرویس دهی قطعات در این سیستمها شد

. مراجع

 

Merritt, Carey. Process Steam Systems: A Practical Guide for

Operators, Maintainers, and Designers. John Wiley & Sons, 2015

 Port R.D. and Herro H.M., The NALCO Guide to Boiler Failure

Analysis, McGraw-Hill Publication, 1991 3- Fontana, Mars Guy.

Corrosion engineering. Tata McGraw-Hill Education, 2005

McCafferty, Edward. Introduction to corrosion science. Springer Science & Business Media, 2010

دیویس، ج، ر.، مترجمین: جوادپور، س.، رفیعی، ر.،»خوردگی مقاطع جوش «، انتشارات دانشگاه شیراز، شیراز 1395

. 6- Betz Laboratories Inc,"Betz Handbook of Industrial Water Conditioning", 9th Edition, Trevose, PA, 1991 7 –

اشبی، م، ر.، مترجمین: جوادپور، س.، کریمی، س.،»انتخاب مواد در طراحی مکانیکی «، انتشارات دانشگاه شیراز، شیراز 1393.

سید محمد جواد یوسفی شریک آباد ، سیروس جوادپور

ششمین کنفرانس بین الملی مهندسی مواد و متالوژی

مولف: نوین بخار
یکشنبه, 29 مهر 1397 ساعت:01:07:37

نظرات

شرح کوتاه

در این پژوهش به بررسی علل تخریب قطعات انتقال دهنده ی سیال در سیستم انتقال آب بویلر یا دیگ بخار موتورخانه بخار پرداخته شد

فایل ها

پر بازدیدترین ها

Web Analytics