عوامل خوردگی کوره دیگ بخار-بخش سوم

عوامل خوردگی کوره دیگ بخار

در ادامه به بیان بخش سوم از مقاله عوامل خوردگی کوره دیگ بخار می پردازیم.

مشكل دیگر كه به علت دمای بالا برای تیوب های كوره ها ایجاد می شود خمیدگی در جهت های مختلف این تیوب هاست.
یكی دیگر از مسائلی كه باعث خم شدن و شكستگی لوله ها می شود پدیده كربوریزیشن (carborization) است كه بر اثر تركیب كربن با آهن پدید می آید: این واكنش كه باعث تولید كربور آهن خواهد شد در دمای بالاتر از ۷۰۰۰C ایجاد می شود (C7000 تا C14000). این حالت عمدتاً در زمان Curing و drying كوره پدید می آید. البته Hot spot نیز بیشتر در این زمان ها اتفاق می افتد.

اطاقک احتراق

وجود ناخالصی های مختلف مثل فلزات سدیم، وانادیم، نیكل و غیره، فلزاتی مثل گوگرد و ازت به صورت تركیبات آلی در سوخت های مایع، مسائل عدیده ای را باعث می شوند، كه از آن جمله كاهش انتقال حرارت از طریق سطح خارجی تیوب به سیال درون تیوب است كه به علت تشكیل رسوبات مربوط به ناخالصی های مزبور بخصوص رسوبات فلزی بر روی تیوب هاست. به همین دلیل برای رسیدن به دمای مورد نظر سیال موجود در لوله، مجبور به مصرف سوخت بیشتر خواهیم شد. در نتیجه مشكلات ایجاد گرمای بیشتر در كوره و مسائل زیست محیطی در اثر تشكیل SOX، NOX و … را خواهیم داشت. از طرفی به دلیل نشست این رسوب ها بر روی تیوب ها مسئله خوردگی و سوراخ شدن پیش خواهد آمد.

علت خوردگی با سوخت مایع ناخالص

علت این خوردگی كه از نوع High temp corrosion می باشد پدیده سولفیدیش است، كه در دماهای بین ۶۳۰°C تا ۷۰۰°C بوقوع می پیوندد. همان طور كه گفته شد علت اصلی آن وجود عناصر وانادیم، گوگرد، سدیم و نیكل به همراه گازهای حاصل از احتراق سوخت است. فلزات ذكر شده (بصورت اكسید) به كمك این گازها بالا رفته و بر روی تیوب های قسمت تشعشع و جابه جایی می نشینند. خوردگی و سوراخ شدن تیوب، بر اصل اكسید شدن و تركیب عناصر مزبور با آلیاژ تیوب استوار بوده كه باعث ایجاد تركیبات كمپلكس با نقطه ذوب پایین می شود.

تركیب اولیه پس از Na2SO4، سدیم وانادیت به فرمول Na2O6V2O5 است كه نقطه ذوب آن ۶۳۰۰C می باشد. عمده تركیبات دیگر كه شامل كمپلكسی از تركیب پنتا اكسید وانادیم و سدیم است در شرایطی به مراتب ملایم تر و درجه حرارتی پایین تر ذوب می شوند. برای مثال مخلوط وانادیم و انادیت سدیم به فرمول Na2OV2O411V2O5 و متاوانادات سدیم به فرمول Na2OV2O5 در ۵۲۷۰C ذوب می شوند. ذوب این كمپلكس ها شرایط مساعدی را برای تسریع خوردگی بوجود می آورد. در اینجا تركیبات حاصل از احتراق نه تنها به نوع ناخالصی بلكه به نسبت آنها نیز بستگی كامل دارد و در مورد وانادیم میزان سدیم از اهمیت خاصی برخوردار است.

البته سدیم وانادیل وانادیت پس از تولید و ذوب شدن، با فلز آلیاژ مربوط به تیوب، تركیب شده و بر اثر سیال بودن از سطح آلیاژ كنار رفته و سطوح زیرین تیوب مربوطه در معرض تركیب جدید قرار می گیرد. ادامه این وضع به كاهش ضخامت تیوب و در نهایت سوراخ شدن و از كار افتادن آن منجر می شود.

مشعل ها و سوخت

نقش كیفیت نوع سوخت و نوع مشعل ها شاید از همه عوامل یاد شده در كاركرد مناسب، راندمان بیشتر و كاهش خوردگی بیشتر برخوردار باشد. چنانچه از مشعل های Low excess air و یا نوع مرحله سوز (stage burning) استفاده شود، هوای اضافی مورد نیاز به میزان قابل توجهی كاهش یافته و به حدود ۳ و ۵ درصد می رسد كه ضمن كاهش و به حداقل رساندن گازهای خورنده و مضر زیست محیطی مثل NOx، Sox، در بالا بردن راندمان كوره بسیار موثر خواهد بود. این امر باعث كاهش مصرف سوخت شده، و در نتیجه باعث كاهش گازهای حاصل از احتراق و آسیب رساندن به تیوب ها، بدنه كوره و دودكش ها خواهد شد. وضعیت عملكرد مشعل ها بایستی به طور مداوم زیر نظر باشد.

بدسوزی مشعل ها می تواند دلیل متضادی، همچون نامناسب بودن سوخت، عیب مكانیكی، كك گرفتگی سرمشعل و یا بالعكس، رفتگی و سائیدگی (Errosion) بیش از حد سر مشعل، كمبود بخار پودر كننده و … داشته باشد. وجود مواد آسفالتی، افزایش مقدار كربن باقیمانده (carbon residue) ، بالا بودنِ مقادیر فلزات مثل سدیم، نیكل، وانادیم و هم چنین سولفور در سوخت مسائل متعددی را در سیستم احتراق ایجاد می كند كه این مسائل به طور كلی به دو دسته تقسیم می شوند.

الف – مسائل عملیاتی قبل از مشعل ها و احتراق:

این مسیل در اثر وجود آب و نمك ها و ته نشین شدن آنها در ذخیره سازی نفت كوره بوجود می آیند. در این رابطه عدم تخلیه مداوم مخزن ذخیره سازی، خوردگی و مشكلات ایجاد شده به طور خلاصه عبارتست از:
تشكیل لجن (sludge) در مخزن در اثر عدم استخراج كامل نفت كوره و آب، انباشته شدن لجن در فیلترها در اثر محصولات ناشی از خوردگی و پلیمریزاسیون هیدروكربورهای سنگین به علت اثر كاتالیزوری محصولات ناشی از خوردگی، انباشته شدن لجن و صمغ های آلی در گرم كننده سوخت، گرفتگی و خوردگی در نازل های پودر كننده نفت كوره (Atomizer).

ب – مسائل عملیاتی بعد از مشعل ها و احتراق

ایجاد خوردگی در مناطق گرم و سرد كوره ها و دیگ های بخار، ایجاد رسوبات بر روی لوله های قسمت جابه جایی كوره و قسمت سوپرهیت دیگ های بخار، كاهش ضریب انتقال حرارتی در اثر رسوبات و در نهایت افت راندمان حرارتی در اثر افزایش دمای گازهای خروجی حاصل از احتراق از دودكش كوره.
در اثر احتراق سوخت هایی كه داری مقادیر زیادی كربن باقیمانده و خاكستر باشند، مقادیر متنابهی رسوب در قسمت های جابه جایی كوره و یا قسمت سوپر هیت دیگ های بخار تولید می شوند. این رسوبات به سختی در اثر عملیات دودزدایی از سیستم خارج می شوند. مسئله سازترین سوخت ها، سوخت هایی است كه در آنها نسبت وانادیم به سدیم ۱۲Na كمتر از ۱۰ باشد.

به غیر از مشكلات ایجاد شده توسط اكسیدهای سدیم و وانادیم، فلز نیكل نیز كه در سوخت وجود دارد با اكسیژن تركیب شده و اكسیدهای نیكل را به صورت رسوباتی بر روی لوله ها بوجود می آورد.

جلوگیری از ایجاد خوردگی توسط اكسیدهای وانادیم

برای جلوگیری از ایجاد خوردگی توسط اكسیدهای وانادیم و یا كاهش سرعت آن اقدامات زیر لازم است:

  1. كاهش مقدار اكسیژن موجود در گازهای حاصل از احتراق، كه این مقدار اكسیژن را می توان با تنظیم مقدار هوای اضافی كوره یا دیگ بخار كنترل كرد و نسبت به كاهش آن اقدام نمود. در این حالت راندمان حرارتی به طور چشمگیری افزایش می یابد.
  2. جلوگیری از تشكیل گاز So3 (انیدرید سولفوریك) یا كاهش آن در اثر كاهش هوای اضافی از ۳۵ درصد به میزان ۱۰ درصد، كه در این صورت میزان تبدیل گاز انیدرید سولفورو (SO2) نصف می شود.
  3. افزایش نقطه ذوب رسوبات تشكیل شده در سطوح لوله ها، به طوری كه در شرایط عملیاتی موجود این رسوبات به نقطه ذوب خود نرسند. این امر با افزودن تركیبات منیزیم، به علت داشتن اختلاف پتانسیل شیمیایی زیاد و اورتووانادیم (۳MGO-V2 O5) كه دارای نقطه ذوب بالایی هستند (حدود ۱۱۲۰°C)، میسر می شود.
  4. مناسب ترین روش جلوگیری از خوردگی بواسطه وجود ناخالصی های موجود در سوخت مایع، استفاده از سوخت های گازی و بخصوص گاز طبیعی است كه ضمن داشتن صرفه اقتصادی، با یك سرمایه گذاری اولیه به نسبت كم می توان مشكلات خوردگی ذكر شده را به شدت كاهش داد.

برآورد اقتصادی بازگشت سرمایه در تعویض سوخت مایع و جایگزینی آن با سوخت گاز طبیعی

بر اساس برآورد اقتصادی انجام شده، تعویض سوخت مایع و جایگزینی آن با سوخت گاز طبیعی، پس از بیست ماه، بازگشت سرمایه گذاری را در پی خواهد داشت. در عین حال گاز طبیعی مشكلات ذكر شده مربوط به مصرف سوخت مایع و هم چنین عدم مصرف بخار به عنوان بخار پودر كننده كاهش قابل ملاحظه مسائل زیست محیطی را به همراه دارد. به واسطه مصرف سوخت مایع (تولید NOx، Sox) ، به اندازه تفاضل قیمت جهانی سوخت گاز مصرفی و سوخت مایع، كه یا به فروش می رسد و یا به عنوان خوراك واحد RFCC مورد استفاده قرار می گیرد، سود عاید می كند.

تجهیزات جانبی

مهم ترین تجهیزات جانبی مورد استفاده در كوره ها را عموماً دوده زداها (SOOT BLOWERS) و آنالیزرها (O2 ANALAYZER) یا اخیراً (CO2 ANALYZER) تشكیل می دهند.
با استفاده روزانه از دوده زدا (یك بار در روز) در یك كوره ملاحظه شده كه بلافاصله ۱۰C دمای سیال خروجی از كوره افزایش می یابد، به عبارت دیگر به میزان همان ۱۰C اضافی، سوخت مصرفی كوره كاهش می یابد. ضمن این كه تركیبات مضر و خطرناك كه هم باعث مسائل خوردگی می شوند و هم انتقال حرارت را كاهش می دهند، از روی لوله ها زدوده می شوند. استفاده از سایر تجهیزات جانبی پیشگرمكن های هوا AIR PREHEATERS و لوازم بازیافت حرارتی از دودكش ها FORCED AND INDUCED FANS، و یا ECONOMIZER در دیگ های بخار باعث كاهش سوخت مصرفی و در نتیجه كاهش مشكلات ایجاد شده در كوره ها و دیگ های بخار می شود.

مطالب مرتبط :

۱- عوامل خوردگی کوره دیگ بخار-بخش اول

۲- عوامل خوردگی کوره دیگ بخار-بخش دوم