• 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

بررسی خوردگی پیش گرمکن دیگ بخار

خوردگی 

اطلاعات کامل و جامع در مورد پدیده ی خوردگی می تواند بسیار مهم باشد چرا که در بسیاری از صنایع ، لوله کشی آب شهر ها ، موتور خودرو ها و صنایع مختلف و دیگ بخار … نقش مهمی دارد از این رو آگاهی از این پدیده و چگونگی روش های مقابله با آن می تواند تاثیر بسزایی در جلوگیری از خسارات داشته باشد ، خسارت های مالی و جانی که به هیچ وجه نمی توان آن را نادیده گرفت .

در این مقاله سعی می کنیم به پدیده ی خوردگی بپردازیم .

اولین چیزی که با کلمه ی خوردگی به ذهن می رسد ، زنگ زدگی است که اشاره به خوردگی آهن دارد در حالی اصطلاح خوردگی اتفاقی است که تقریبا شامل همه ی فلزات می شود و همان طور که می دانیم  در میان فلزات بیشترین کاربرد را آهن دارد و این فلز در معرض خوردگی قرار می گیرد.

به وسیله ی خوردگی فلزات بار دیگر به طبیعت بر می گردند و اما خوردگی سبب می شود که این اتفاق با کمی تاخیر به وجود آید ، خوردگی پدیده است مخرب که باعث از بین رفتن انرژی ، مواد و سرمایه می شود .

یک ماده زمانی که نسبت به محیط اطرافش از خود  واکنش نشان می دهد در حقیقت دچار خوردگی شده است که ممکن است این عوامل صد در صد هم مکانیکی نباشند .

خوردگی چیست و چگونه صورت میگیرد؟

بحث خوردگی را با این موضوع شروع میکنیم که با توجه به آرایش الکترونی که هر عنصر دارد، سبب میشود تا عناصری میل به واکنش شیمیایی بیشتر از سایر عناصر داشته باشند. از طرفی دیگر مواد تمایل دارند تا آرایش الکترونی آخرین لایه ظرفیت خود را تکمیل کرده تا به پایداری برسند. از این رو ما در طبیعت شاهد این هستیم که بسیاری از عناصر به صورت ناخالص یافت میشوند. این میل به رسیدن به پایداری همان طور که اشاره شد در نتیجه ی آرایش الکترونی عناصر میباشد.

گازهای نجیب که آرایش الکترونی هشتایی و پایدار دارند تمایل به برقراری واکنش ندارند و از طرفی دیگر فلزات گروه اول جدول تناوبی تمایل زیادی به برقراری واکنش و رسیدن به هشتایی پایدار را دارند. این عامل واکنش پذیری باعث شده تا مشکلاتی برای بشر به وجود بیاید که آن مشکل اساسی فرایند خوردگی میباشد. که ما در این مطلب در مورد فلزات با توجه به کثرت استفاده از آن اشاره میکنیم.

خوردگی عبارت است از، از بین رفتن فلزات به واسطه فعل و انفعالات شیمیایی و الکتروشیمیایی که علت آن همان طور که گفته شد میل فلزات به حالت اولیه خود یعنی اکسیدهای فلزی است که حالت اولیه آنها در طبیعت است.

 

چگونه خوردگی روی میدهد؟

خوردگی در فلزات به دو صورت انجام میگیرد، یکی به صورت شیمیایی که توسط عامل هایی مثل گازهای خشک، محلول های روغنی گازوئیل، نفت و… و دیگری به صورت الکتروشیمیایی که توسط اسید ها، بازها و نمک های محلول صورت میگیرد.

اما خوردگی چگونه رخ میدهد؟  همان طور که در اول مطلب اشاره شد تمایل متفاوت عناصر به قراری واکنش شیمیایی سبب میشود که مواد در محیط های مناسب برای رسیدن به هشتایی پایدار وارد واکنش شیمیایی شوند. در واکنش های الکتروشیمیایی، که در آن همیشه دو عنصر، دو نیم واکنش را تشکیل میدهند که جمع آنها واکنش شیمیایی اصلی را تشکیل میدهد، همیشه عنصری دچار خوردگی میشود که نیم واکنش اکسایش را تشکیل میدهد، نیم واکنشی که در آن عنصر الکترون از دست میدهد.

در واقع میتوان گفت که تمایل عناصر به شرکت در واکنش شیمیایی عامل تعیین کننده در انجام واکنش خوردگی است. به عنوان مثال اگر روی را در محلول مس سولفات قرار دهیم، روی شروع به خوردگی میکند ولی اگر مس را در محلول روی سولفات قرار دهیم، هیچ واکنشی رخ نمی دهد و عنصر مس خورده نمیشود، پس میتوان به خوبی بیان کرد که روی تمایل به دادن الکترون و خوردگی بیشتری نسبت به مس دارد. در واقع توانایی روی در برقراری واکنش با سولفات بیشتر از مس است.

 

مراحل انجام واکنش خوردگی چگونه است؟

برای انجام خوردگی باید یک آند و یک کاتد وجود داشته باشد، یعنی عنصری که نسبت به عنصری دیگر تمایل بیشتری به از دست دادن الکترون داشته باشد، شرط بعدی برای انجام خوردگی این است که بین آند و کاتد اختلاف پتانسیل وجود داشته باشد که در واکنش خوردگی این اختلاف پتانسیل خود به خودی ایجاد میشود و به همین دلیل خوردگی یک واکنش خود به خودی است. در شرط بعدی حتما باید انتقال الکترون بین آند و کاتد صورت بگیرد و در آخر آند و کاتد باید در یک الکترولیت هادی باشند، بدین معنی که مقداری از مولکول های آب به صورت یون در آمده باشند. بدین ترتیب دو نیم واکنش اکسایش و کاهش صورت میگیرد و در نهایت خوردگی رخ میدهد.

اما بیشترین عامل خوردگی فلزات متعلق به اسیدها، بازها، نمک های محلول و… نیست بلکه فلزات بیشتر از هر عامل دیگری با اکسیژن، خوردگی پیدا میکنند، عنصری که فقط با سه فلز طلا، پلاتین و پالادیوم به صورت خود به خودی واکنش نمیدهد. و کابوس خوردگی بقیه فلزات میباشد.

مقدمه: 

در واحدهاي توليد بخار از مبدل هاي حرارتي جهت پيش گرم كردن آب خوراك ديگ هاي بخار استفاده مي شود. به دليل آنكه اين مبدل ها نقش اساسي در كاهش مصرف انرژي و بهبود راندمان توليد بخار ايفا مي كنند، پايش مستمر آنها نه تنها در اصلاح الگوي مصرف انرژي بلكه در جلوگيري از بروز خسارات جدي به تجهيزات فرايندي نقش كليدي بر عهده خواهد داشت. اولين مبدل حرارتي در مسير آب خوراك واحد توليد بخار، يك مبدل پوسته و لوله اي با عنوان پيش گرمكن ديگ بخار مي باشد كه سيال گرم آن، بخار توليدي همان ديگ بخار مربوطه مي باشد. دومين مبدل نيز اكونومايزر ناميده مي شود كه سيال گرم آن نيز گازهاي حاصل از احتراق گاز سوخت درون كوره مي باشد. در اين مقاله مساله خوردگي فرسايشي در مبدل پيش گرمكن آب خوراك واحد تولد بخار پالايشگاه اول مجتمع گاز پارس جنوبي را مورد مطالعه و بررسي قرار مي دهيم و پس از شناسايي عامل خوردگي، روش پيش گيري از آن و نقش پايش مدون و مستمر مبدل هاي توأم با تغيير فاز سيال در اين زمينه ارائه خواهد شد. اساس كار در اين پژوهش نيز مشاهدات تجربي، نتايج آزمايشگاهي، شبيه سازي و مطالعه و تحقيق مي باشد.

دیگ بخار در پالایشگاه

دیگ بخار در پالایشگاه ها

 

در بيشتر پالايشگاهها و واحدهاي فرايندي جهت تامين حرارت مورد نياز واحدهاي مختلف از بخار آب استفاده مي شود. به همين منظور در اكثر پالايشگاهها واحدي جهت توليد بخار درنظر گرفته مي شود. در واحد توليد بخار معمولا" با بالابردن دماي آب ورودي به ديگ بخار با استفاده از حرارت ناشي از سوزاندن گاز سوخت، بخار آب توليد مي شود. جهت افزايش راندمان واحد و كاهش مصرف سوخت، آب خوراك قبل از ورود به ديگ بخار ابتدا توسط مبدل هاي حرارتي پيش گرم مي شود. بنابراين پايش عملكرد اين مبدل ها و بهينه سازي شرايط عملياتي آنها تاثير زيادي در كاهش مصرف سوخت و افزايش راندمان توليد بخار خواهد داشت. در اين مقاله پديده خوردگي در مبدل هاي پيش گرمكن واحد توليد بخار پالايشگاه اول (فاز يك) مجتمع گاز پارس جنوبي مورد بررسي قرار خواهد گرفت

 

واحد توليد بخار

واحد توليد بخار پالايشگاه اول پارس جنوبي شامل سه عدد ديگ بخار (C/B/A )با ظرفيت اسمي هركدام 80 تن در ساعت مي باشد. دماي بخار توليدي اين واحد 244 درجه سانتي گراد و فشار آن 22 barg مي باشد. سوخت مصرفي در كوره اين ديگ هاي بخار نيز گاز ترش كم فشار مي باشد. مصارف عمده بخار توليدي اين واحد در واحد هاي آب شيرين كن، تثبيت ميعانات گازي، احياي آمين و احياي گلايكل مي باشد. بخار پس از مصرف در واحدهاي فرايندي (به دليل افت فشار و دما) مايع شده و به همراه آب جبراني خوراك ورودي ديگ هاي بخار را تشكيل مي دهد. آب خوراك قبل از ورود به ديگ بخار ابتدا از پيش گرمكن آب خوراك و سپس از اكونومايزر (Economizer )عبور كرده و پيش گرم مي شود. جريان فرايند در تصوير زیر  شرح داده شده است

خوردگی دیگ بخار

نمودار جريان واحد توليد بخار

مبدل هاي آب خوراك

 اولين مبدلي كه آب ورودي واحد از آن عبور مي كند پيش گرمكن آب خوراك مي باشد. اين مبدل از نوع مبدل پوسته و لوله اي مي باشد. آب خوراك كه از پوسته اين مبدل عبور مي كند توسط بخشي از بخار توليدي از لوله هاي آن عبور مي كند پيش گرم مي شود. اين مبدل در شرايط طراحي دماي آب خوراك را از 111 درجه سانتي گراد در ورودي پوسته، به 136 درجه سانتي گراد در خروجي افزايش مي دهد. آب خوراك پس از پيش گرم شدن در اولين مبدل، وارد اكونومايزر مي شود. اين مبدل شامل لوله هايي با سطوح گسترده (Fin )مي باشد كه از درون آنها آب خوراك عبور كرده و در سطح خارجي لوله ها نيز جريان گازهاي حاصل از احتراق عبور مي كند. در واقع در اين مبدل بخشي از حرارت گازهاي حاصل از احتراق گاز سوخت درون كوره به آب خوراك منتقل مي شود تا بخشي از گرماي محسوس آب خوراك تامين شده و بنابراين حرارت كمتري جهت توليد بخار مورد نياز خواهد بود و از هدر رفت انرژي نيز جلوگيري خواهد شد. در صورتيكه مبدل اول (پيش گرم كن آب خوراك) در سرويس نباشد آنگاه دماي آب عبوري از لوله هاي اكونومايزر كاهش يافته و در پي آن به دليل افت دماي گازهاي حاصل از احتراق عبوري از سطح اكونومايزر، احتمال مايع شدن گازهاي اسيدي بر روي سطح اكونومايزر وجود خواهد داشت. اين پديده منجربه خورده شدن سطح آن خواهد شد

پيدايش خوردگي در پيش گرمكن آب خوراك حداكثر ميزان مجاز تركيبات آهنFe Total  در آب خوراك ديگ هاي بخار پالايشگاه اول پارس جنوبي 05.0 ppm  مي باشد و بنابراين ميزان اين تركيبات در پساب خروجي  down Blow نيز در شرايط ايده آل نبايد از اين مقدار بالاتر باشد. اما نتايج آزمايشگاهي حاكي از بالا بودن ميزان تركيبات آهن در پساب خروجي بويژه در ديگ بخار B مي باشد

مقدار ترکیبات آهن در پساب خروجی دیگ بخار

مقدار تركيبات آهن در پساب خروجي ديگ هاي بخار

بنابراين احتمال خوردگي در قسمتي از فرايند وجود خواهد داشت. پس از بازرسي قسمت هاي مختلف واحد توليد بخار، اثراتي از خوردگي فرسايشي در لوله هاي مبدل پيش گرم كن ديگ بخار B مشاهده گرديد. اين مساله در ديگ هاي بخار ديگر با شدت كمتري مشاهده شد. بررسي عامل خوردگي مبدل

 همانگونه كه اشاره شد در لوله هاي مبدل پيش گرم كن، بخار توليدي عبور مي كند. براساس داده هاي حاصل از شبيه سازي اين مبدل با نرم افزار Hysys بخار آب كه با دماي 5.211 درجه سانتي گراد وارد لوله هاي مبدل مي گردد، پس از تغيير فاز و ميعان با دماي 3.127 درجه سانتي گراد و به صورت كاملا" مايع خارج مي شود. در صورتيكه به هر دليلي سرعت عبور بخار در لوله هاي مبدل افزايش يابد احتمال فرسايش آنها توسط ذرات مايع وجود خواهد داشت. عاملي كه مي تواند باعث اين پديده شود معيوب بودن تله بخار نصب شده در مسير جريان خروجي از لوله هاي مبدل مي باشد، زيرا در اين صورت فشار سيال درون لوله ها كاهش يافته و با افزايش سرعت عبور بخار در آن شرايط مساعدي براي فرسايش لوله هاي مبدل فراهم مي شود. نمودار كسر بخار بر حسب دماي سيال هاي پوسته و لوله

دیگ بخار خوردگی پیش گرمکن

 نتيجه گيري

 در مبحث فوق تاثير خرابي تله بخار بر عملكرد مبدل پيش گرمكن آب خوراك ديگ بخار مورد بررسي قرار گرفت. همانگونه كه اشاره شد، معيوب بودن تله بخار نصب شده در مسير بخار مايع شده خروجي از مبدل باعث عبور بيش از حد بخار از لوله هاي مبدل مي شود. در اين صورت فشار سيال درون لوله كاهش يافته و سرعت بخار عبوري افزايش مي يابد؛ در اثر همراه بري ذرات مايع توسط بخار عبوري ضرابتي بر جداره لوله هاي مبدل وارد مي شود و در نتيجه بدنه داخلي لوله ها دچار فرسايش مي شود. يكي از راه هاي پيشگيري از پيدايش چنين مشكلاتي، پايش مدون و برنامه ريزي شده تجهيزات مهم فرايندي مي باشد. اين مساله در مورد مبدلهايي كه در آنها سيال دچار تغيير فاز مي شود اهميت بسزايي دارد. بررسي و حصول اطمينان از تغيير فاز بهينه سيال مربوطه، پايش پارامترهاي فرايندي و فراهم نمودن شرايط عملياتي مطلوب از راهكارهاي جلوگيري از بروز خسارات به مبدل هاي مذكور مي باشد. همچنين نكته مهمي كه مي توان به آن اشاره نمود، نقش تعمير يا تعويض به موقع تجهيزات و قطعات معيوب و فرسوده مي باشد، زيرا كه اين عمل از آسيب رساني به فرايند و تجهيزات ديگر جلوگيري مي كند. در اينجا در صورتيكه عدم كارايي تله بخار در زمان لازم شناسايي مي شد و اقدام لازمي نيز جهت رفع آن به عمل مي آمد، ديگر خطري مبدل را تهديد نمي نمود. تشكر و قدرداني با سپاس فراوان از همكاران ارجمندم جناب آقاي مهندس بهرام رشيدي و سركار خانم مهندس الهام پاكار

. مراجع

ديويدگان و روبرت هورتن، " تكنولوژي ديگهاي بخار صنعتي"، حسين رفيعي پورعلوي، نشر: طراح

Vendor Document, “Steam Generator Maintenance Manual”, Vol. 9of12

پيرآر روبرژ، " خوردگي: اصول، بازرسي، نظارت (مانيتورينگ)"، امير خاكزاد، نشر: طراح

رضا حسيني پناه مهندس پالايش سودابه نيكدل مهندس ارشد پالايش دومين همايش بين المللي مبدل هاي گرمايي در صنعت نفت و انرژی

mobadel.ir

toosplating.com

 

 

مولف: نوین بخار
جمعه, 04 آبان 1397 ساعت:13:36:00

نظرات

شرح کوتاه

بررسی خوردگی پیش گرمکن دیگ بخار و روش محافظت از آن

فایل ها

پر بازدیدترین ها

Web Analytics