در این مقاله به بررسی روش های حفاظت و نگهداری بویلر در مقابل خوردگی های ناشی از اکسیژن می پردازیم. تمرکز این روش بر توقف بویلر بصورت كوتاه یا طولانی مدت می باشد.
چكیده:
مقاله حاضر ضمن بررسی خوردگی های ناشی از وجود اكسیژن كه می تواند منجر به تخریب دیواره های بویلر گشته و خوردگی الكتروشیمیایی را افزایش دهد، بر مكانیزم خوردگی میكروبی یا خوردگی تأثیرپذیر از عوامل بیولوژیك 1 در توقف های طولانی بویلر تأكید دارد.
در این نوع خوردگی، میكروارگانیسم ها عامل مهمی در شروع و یا تشدید روند خوردگی می باشند.
بنابراین فلسفه نگهداری بویلر در زمان های توقف كوتاه یا طولانی با توجه به مكانیزم های فوق متفاوت بوده و انتخاب نوع روش نگهداری تر، خشك و یا تركیبی با در نظر گرفتن چنین ملاحظاتی می باشد.
در این متن نگهداری بویلر گرم در توقف های كوتاه مدت، نگهداری خشك بویلر با استفاده از مواد جاذب الرطوبه، گاز آمونیاک و یا نیتروژن، همچنین نگهداری تركیبی بویلر مورد بررسی قرار می گیرد. امـّا تأكید اصلی این مقاله، تشریح نگهداری تر با استفاده از هیدرازین و آمونیاك می باشد.
در این بررسی ضمن تأكید بر نقش دوگانه هیدرازین (حذف اكسیژن و میكروب كشی)، دلیل اصلی استفاده از آن را در این شرایط میكروب كشی (بعنوان بیوساید) معرفی می كند.
این مقاله در خاتمه روش نگهداری دیگ بخار با محلول نیتریت سدیم را ارائه می دهد و بر این اعتقاد است كه مؤثرترین روش نگهداری بویلرها از میان همه روش های بیان شده در دستورالعمل های بهره برداری تا زمان حاضر می باشد.
نگاهی نو به روش های نگهداری بویلر
یكی از مكانیزم های خوردگی درون سیستم فشار بویلر متوقف می تواند بوسیله اكسیژن ایجاد شود. این خوردگی ها در نقاطی كه بطور غیر كافی گاززدایی شده و همچنین مناطقی كه بطور جزئی آب قلیایی یا حتی خنثی درون بویلر متوقف باقی می ماند، مشاهده می شود.
اساساً آب باقیمانده در بویلر، در اثر كندانس شدن بخار حتی در قسمت هایی از دیواره های داخلی سیستم فشار كه بطور مستقیم با آب تر نمی شوند، نیز ظاهر می شود.
اكسیژن موجود در فضای باز در آب و در رطوبت باقیمانده حل شده و دیواره های سیستم فشار را می پوشاند كه منجر به تخریب دیواره های واحد فشار گشته و خوردگی الكتروشیمیایی را افزایش می دهد.
مكانیزم خوردگی دیگری كه علاوه بر خوردگی الكتروشیمیایی می تواند خساراتی را به بویلر متوقف تحمیل كند، خوردگی میكروبی می باشد.
اصطلاح رسمی برای این نوع خوردگی Microbiologically – Influenced corrosion یا خوردگی تأثیرپذیر از عوامل میكروبیولوژیك (MIC) می باشد و در توقف های طولانی مدت اهمیت می یابد.
برای جلوگیری از خوردگی هنگام توقف بویلر بایستی با استفاده از روش های حفاظت، بویلر را نگهداری نمود و رها كردن بویلر بدون حفاظت برای زمان طولانی تر از 10 روز توصیه نمی شود.
نگهداری دیگ بخار در توقف های كوتاه مدت
به منظور نگهداری و حفاظت هنگام توقف، در صورتی كه بویلر كمتر از ده روز خارج از سرویس است، بویلر را تخلیه ندهید، زمانی كه فشار بویلر افتاد با مشعل زدن و گرم كردن آن درجه حرارت را كمی بالاتر از 100 نگه داشته و فشار بویلر را بالاتر از یك اتمسفر ببرید.
در این حالت، هدف، جلوگیری از نفوذ اكسیژن به داخل سیكل می باشد. با افزایش دما به بالاتر از 100 عملاً قابلیت انحلال اكسیژن در آب به مقدار زیادی كاهش می یابد، از طرفی با اعمال فشار بالاتر از فشار اتمسفر نفوذ اكسیژن هوا به داخل سیكل غیرممكن می گردد.
نگهداری بویلر در توقف های طولانی مدت
برای نگهداری بویلر در زمان های طولانی می توان با روش های نگهداری تر و نگهداری خشك یا نگهداری تركیبی بویلر را حفاظت نمود.
2 -1 روش های نگهداری از بویلر بصورت طولانی مدت با استفاده از متدهای حفاظت خشك
این نكته به اثبات رسیده است كه اگر فولاد را در هوای باز (تا رطوبت 70%) نگهداری كنیم، در مقابل خوردگی برای یك زمان طولانی مقاوم است. در نگهداری خشك از این نكته استفاده می شود. از مزایای جنبی این روش، اینكه در چنین شرایطی خطر یخ زدن بویلر وجود ندارد.
1-1-2 روش نگهداری خشك
این روش نگهداری در هنگام توقف های طولانی مدت اعمال و توصیه می شود. قبل از توقف, تخلیه قابل توجهی انجام گرفته و تزریق هیدرازین و آمونیاك تا مقدار دوبل غلظت بهره برداری افزایش یابد.
سپس خروجی بویلر به 50 درصد كاهش و والوهای درین باز می شود و سیستم حرارت دهنده خارج از سرویس قرار می گیرد. هنگام قرار دادن سیستم حرارت دهنده خارج از بهره برداری، همه فیتینگ ها در بویلر بایستی بسته باشد و مسیرهای بویلر بایستی تهویه گردد و فن ها خارج از بهره برداری قرار گیرند.
بر اساس پارامترهای بهره برداری بویلر، انواع مواد بكار رفته و كاهش مجاز فشار و درجه حرارت تشریح شده در دستورالعمل های بهره برداری، تخلیة آب بویلر بایستی از مسیر اكسپاندر انجام گیرد.
كاهش فشار بر روی فشارسنج نصب شده در لولة ورودی نظارت می شود. به محض تخلیه بویلر، خروجی به اكسپاندر بایستی بسته و خروجی به كانال باز شود.
تخلیه بویلر بایستی با آنچنان سرعتی انجام گیرد كه تبخیر آب از مكان هایی كه مشكل تخلیه دارند به سهولت انجام پذیرد و همچنین خشك كردن سطوح بوسیله حرارت را امكان پذیر سازد. هدر تخلیه بایستی كاملاً به كانال تخلیه شود. در فشار صفر در سیستم فشار و با اتمام عملیات تخلیه، والوهای ونت بایستی باز شده و والوهای تخلیه به كانال بایستی باز باقی بماند.
خشك كردن سطوح
برای خشك كردن سطوح از اثر دودكشی (Chimney effect) استفاده می شود. خشك كردن سطوحی را كه نمی توان بطور مناسبی تخلیه نمود، می توان بوسیله هوای فشرده از كمپرسورخانه خشك نمود.
درجه خشك شدن را می توان با اندازه گیری رطوبت هوای فشرده پس از دمیدن درون سطوح داخلی بویلر چك نمود. در این حالت رطوبت هوای فشرده نباید بیشتر از 50 درصد باشد. در درجه حرارت تقریبی 70-60 همه فیتینگ های بویلر بایستی بسته شود.
پس از آن با استفاده از مواد جاذب الرطوبه مانند سیلیكاژل آن را نگهداری می كنند. در این حالت بویلر باید كاملاً ایزوله شود تا از نفوذ رطوبت بداخل آن جلوگیری شود. مقدار سیلیكاژل مورد نیاز 3/1-1 كیلوگرم به ازاء هر متر مكعب حجم داخلی بویلر می باشد. این مقدار سیلیكاژل را می توان در جعبه های چوبی مشبك و در داخل درام قرار داد.
در طی نگهداری خشك هر ماه یكبار بازدید و بازرسی سطوح داخلی درام باید انجام شود و در صورت اشباع شدن سیلیكاژل آنرا تعویض نمایند. در مواقع تعمیر و بازرسی بویلر معمولاً اعمال روش های حفاظت مقدور نمی باشد.
از طرفی رها كردن بویلر طولانی تر از 10 روز بدون حفاظت توصیه نمی شود. بنابراین در مواقع تعمیرات طولانی تر از 10 روزه تنها با استفاده از این روش خشك كردن می توان بویلر را نگهداری نمود.
2-1-2 تكمیل نگهداری خشك با پر كردن بویلر با گاز آمونیا
در توقف های طولانی مدت و هنگامی كه كارهای تعمیراتی در سیستم فشار انجام نمی گیرد، روش نگهداری خشك تكمیلی با پر كردن بویلر با گاز آمونیا توصیه می شود.
برای اعمال این روش, بویلر را مشابه با آنچه در پاراگراف 1-1-2 آمد، تخلیه و خشك می كنند. پس از آن بویلر را از بالا با گاز آمونیا تا زمانی كه فشار مثبت مینیمم Kpa 1000 مشاهده شود و گاز آمونیا از یكی از سوراخ های پائینی [ والو HAN20 AA703 در نیروگاه بخار ایرانشهر ] بیرون بیاید، پر می كنند.
پر كردن بویلر با كاغذ اندیكاتور، با مشاهده نشتی موردنظر آمونیا به هوا از سوراخ پائینی مزبور، آزمایش می شود.
برای حجم یك متر مكعب، 4/0 كیلوگرم آمونیا مورد نیاز است، فشار مثبت اعمالی بایستی لحظه به لحظه چك گردد، به عبارت دیگر فشارسنج به والو سه راهی متصل می شود. به هرحال بدون رعایت قواعد و مقررات فنی و ایمنی، امكان در بهره برداری قرار دادن بویلر وجود ندارد.
3-1-2 نگهداری خشك با پر كردن بویلر با گاز نیتروژن
روش خشك كردن و پر كردن مشابه با پاراگراف 1-1-2 می باشد. فشار مثبت نیتروژن خنثی در بویلر از نفوذ احتمالی هوای مرطوب جلوگیری می كند. پر كردن بویلر با نیتروژن ارزان تر است در صورتیكه پر كردن بویلر با آمونیا مؤثرتر می باشد. هنگام استفاده از نیتروژن همة قواعد و مقررات ایمنی بایستی مراعات گردد.
4-1-2 نگهداری تركیبی
این روش نگهداری در توقف های طولانی مدت یا كوتاه مدت، خصوصاً در حالتی كه هوای فشرده برای نگهداری خشك در دسترس نیست، توصیه می شود.
قبل از توقف طولانی مدت بویلر، بایستی آن را قبل از خنك شدن با آب هوازدایی شده مكمل پر نمود، در انجام این عمل, هوای موجود در همه فضای بویلر بایستی به بیرون فرستاده شود، بدین منظور تخلیه آب از هدرهایی كه در بالاترین مكان قرار دارند، صورت می گیرد.
پر كردن بویلر با آب مكمل تا خنك شدن نهایی كل آب بویلر ادامه می یابد.
پس از آن از مسیر فیتینگ ها در نقاط تخلیه، بویلر را به لوله های نیتروژن متصل نموده و برای همه زمان توقف، تحت فشار مثبت تقریبی Kpa 200 نگهداری می كنند. قبل از راه اندازی بویلر قطع مسیر نیتروژن انجام گرفته و بویلر می تواند در بهره برداری قرار گیرد.
در این قسمت به ادامه بررسی روش های نگهداری از بویلر می پردازیم.
2-2 نگهداری از بویلر – بلند مدت به روش تر
از این روش هنگامی كه خطر یخ زدن وجود ندارد استفاده می شود و عموماً به دو روش می تواند اعمال گردد.
1-2-2 نگهداری از بویلر به روش تر با استفاده از هیدرازین و آمونیاك.
2-2-2 نگهداری از بویلر با استفاده از محلول نیتریت سدیم.
1-2-2نگهداری تر با استفاده از هیدرازین و آمونیاك
در این حالت وقتی بویلر تخلیه شد در همان حالت كه هنوز گرم است، آنرا با آب مقطر محتوی ppm 500 آمونیاك و ppm 1000 هیدرازین پر كنید. (ضرورتی به هواگیری این آب وجود ندارد.)
PH در این حالت در حدود 10/5 است. بعد از پر كردن بویلر كنترل نمائید كه امكان نفوذ هوا به داخل بویلر وجود نداشته باشد. غلظت هیدرازین را به مدت یك هفته هر روز یكبار و پس از آن هر سه روز یكبار اندازه گیری و كنترل كنید و در صورتی كه غلظت هیدرازین به كمتر از ppm 100 رسید مجدداً هیدرازین تزریق كنید (غلظت هیدرازین در هر حالت نباید ازppm 100 كمتر شود.)
در حالت توقف بیشتر از 60 روز ضروریست كه مقدار آهن و قلیائیت هر هفته یكبار اندازه گیری شود و در صورت افت PH < 9/5 ) PH ) به بویلر آمونیاك تزریق گردد تا به حدود 10/5 برسد.
نمونه گیری در هنگام توقف باید از نقاط مختلف صورت گیرد، زمانی كه مقادیر هیدرازین و PH اندازه گیری شده از نمونه های فوق ارقام متفاوتی را نشان دهند، ضروری است با گرم كردن بویلر و برقراری جریان سیركولاسیون آب شرایطی فراهم گردد تا محلول یكنواختی در بویلر بوجود آید. در هر حالت بهترین حفاظت در این روش در كل مدت در درجه حرارت بین 60-40 درجة سانتیگراد انجام می گیرد.
در حالتی كه قلیائیت و PH بدون تغییر بوده و مقدار آهن روند افزایشی را نشان دهد. لازم است بویلر را تخلیه و مجدداً با روش فوق پر كنید.
تشریح این روش نگهداری از بویلر بطور خلاصه :
نكته اول :
اصولاً در نگهداری های طولانی مدت، بدلیل بالا رفتن غلظت آب بویلر نسبت به آب مقطر برای جلوگیری از رسوب و خوردگی مجبور به تعویض آب بویلر می باشیم و بایستی آب بویلر كلاً تخلیه و تعویض گردد.
نكته دوم :
به هرحال آب مقطر حاوی مقداری میكروارگانیزم می باشد كه در آب های تصفیه شده به روش های مختلف وجود دارد. مقداری از آن ها نیز از هوا وارد سیستم می شوند و ….
نكته سوم :
ناحیه های مستعد خوردگی تحت تأثیر عوامل میكروبیولوژیكی [ 2 ]
ـــــ نواحی مرده.
ـــــ نواحی جریان دار با جریان مداوم كمتر از ft/s 5 یا نواحی ساكن.
ـــــ نواحی با 10/5> PH .
ـــــ مناطق با درجه حرارت كمتر از (f210 (?? 9/98?
ـــــ مناطقی كه مواد آلی وجود دارند(مواد جامد و غیره) این ها می توانند پناهگاه و مواد غذایی برای میكروب ها را تدارك ببینند.
ـــــ سیستم ها و تجهیزاتی با بهره برداری منقطع (انبار شده، در حالت نگهداری یا توقف)
روش های جلوگیری از خوردگی میکروبی بویلر
بدلیل شرایط نگهداری، توقف و سكون آب، سیستم بویلر مستعد خوردگی میكروبی می باشد. برای حفاظت سیستم و جلوگیری از خوردگی بویلر در این شرایط چندین راهكار در نظر گرفته می شود.
اولاً PH را در حدود 10/5 بالا می برند، در این PH میكروارگانیزم ها قادر به فعالیت نیستند. جلوگیری و رشد میكروارگانیزم ها دلیل اصلی افزایش PH در زمان توقف نسبت به زمان بهره برداری می باشد. هر چند كه دانشمندان و مهندسان سال ها از این روش استفاده می كرده اند امـا اكثراً علت اصلی آن را نمی دانستند.
راهكار بعدی در این رابطه استفاده از مواد بیوساید و میكروب كش می باشد.
در واقع اكثر مهندسان بهره بردار استفاده از هیدرازین را در شرایط نگهداری فوق الذكر بدلیل نقش اكسیژن زدایی هیدرازین تصور می كنند، حال آنكه هیدرازین در دماهای پائین خصوصاً در دمای 60-40 درجه سانتیگراد عملكرد اكسیژن زدایی بسیار ناچیزی دارد، و اصولاً نقش اكسیژن زدایی آن در دماهای بالا مطرح می باشد.
استفاده از هیدرازین در این دستورالعمل بدلیل نقش دوگانه هیدرازین می باشد و در اینجا از هیدرازین بعنوان بیوساید استفاده می شود و نقش میكروب كشی دارد.
در رابطه با درجه حرارت نگهداری نیز هر چند رنج فعالیت میكرو ارگانیزم ها از 20- تا حدود 100 درجه سانتیگراد می باشد، به هر حال اغلب گونه های میكروارگانیزم های مورد شناسایی در محدوده 35-25 بیشترین رشد خود را دارند، و بهره برداری در رنج بین 60-40 محدودیت های زیادی را برای این گونه ها ایجاد می كند.
2-2-2 نگهداری با محلول نیتریت سدیم
اعتقاد بر این است كه مؤثرترین روش نگهداری بویلرها از میان همه روش های بیان شده در دستورالعمل های بهره بردای تا زمان حاضر استفاده از محلول نیتریت سدیم می باشد.
از محلول رقیق نیتریت سدیم در مرحله نهایی پس از اسیدشویی و تمیزكاری شیمیایی بویلرها برای ایجاد یك لایة روئین (پسیو) بر روی فولاد استفاده میشود.
در صورت لزوم در این روش نگهداری بویلر، (خصوصاً در هنگام تعمیرات طولانی مدت بر روی بویلر) می توان تجهیزات را حتی تخلیه نمود زیرا كاربرد نیتریت سدیم باعث ایجاد یك لایه تری از محلول نیترید می شود كه باعث اعمال حفاظت كافی می گردد.
در نمونه های لوله های اواپوراتور تحت آزمایش در آزمایشگاه PBS از سال 1981 (تا تاریخ تقریبی 1996) هیچگونه خوردگی مشاهده نشده است.
غلظت محلول نیتریت سدیم
غلظت محلول نیتریت سدیم بین 5-1 گرم نیتریت سدیم در لیتر می باشد، البته مقدار دوز نیتریت سدیم پیشنهادی بستگی به كیفیت آب مورد استفاده برای نگهداری بویلر دارد.
پس از پر كردن بویلر با محلول، توصیه می شود غلظت محلول هر 14 روز یكبار چك شود و بر خلاف رژیم هیدرازین نیاز به آزمایشات روزانه و هفتگی ندارد.
در ویرایش نهم كتاب هندبوك ( BETZ ( 3 كه از مراجع بسیار مهم در این رابطه می باشد در صفحات 235-231 در رابطه با بازدارنده های سیستم آب خنك كن (سیكل بسته) در مجموع از بین بازدارنده های مختلف برای حفاظت فولاد نیتریت سدیم را با نتایج برتر معرفی می كند.
در حال حاضر در تعدادی از سیكل های آب خنك كن سیكل بسته با آب دمینراله، در واحدهای پتروشیمی نیز از بازدارنده های بر پایة نیتریت سدیم استفاده می شود.
از مزایای استفاده از نیتریت در این شرایط تشكیل لایه پسیو محافظ ? – Fe203 بر روی سطح فلز می باشد. كه از طریق جذب یون نیتریت انجام گرفته و واكنش كلی آن بصورت ذیل می باشد :
4Fe + 3NO2 +9H+ +6e? ? 2 ? – Fe203 + 3NH3
استفاده از نیتریت سدیم بدلیل قلیایی بودن PH حدود 10/5 را نیز فراهم می كند.
