سیستم تولید بخار

سیستم های تولید بخار معمولی شامل بخش پیش – بویلر 1 (هیترهای هوازدا، لوله کشی، پمپ ها، هیترهای مرحله ای و اکونومایزر)، بخش تولید کننده ی بخار (شامل بویلر، سوپرهیترها و ری هیترها)، بخش بعد از تولیدکننده ی بخار (شامل تجهیزات فرآیندی، لوله های بخار و تله های کندانس) و بخش کندانس (شامل لوله ها، فلاش تانک ها، پمپ ها و تانک های ذخیره ی کندانس) است.

1. بخش پیش بویلر
2. بخش تولید کننده ی بخار
3. بخش بعد از تولید کننده ی بخار
4. بخش کندانس

خوردگی در سیستم تولید بخار

خوردگی در سیستم های تولید بخار باعث ایجاد مشکلات زیادی در پالایشگاه ها، واحدهای گاز و پتروشیمی می شود. خوردگی در بویلرها تابعی از غلظت اکسیژن، دی اکسید کربن و آمونیاک و نحوه کنترل این گونه ها و در برخی موارد ناشی از وجود آنیون های هیدروکسید و کلراید یا غلظت بالای مواد شیمیایی چلانت در آب بویلر است. به هر حال، در سیستم های پیشرفته تر تولید بخار، معمولاً کنترل گازهای محلول در آب مانند اکسیژن و دی اکسید کربن منجر به کاهش خوردگی دیواره ی داخلی تیوب های مورد استفاده در سیستم های تولید بخار می شود. خوردگی حفره ای، تردی قلیایی، گوجینگ بازی، حملات چلانتی و تردی هیدروژنی متداول ترین مکانیزم های خوردگی در سیستم های تولید بخار محسوب می شود.

عامل اصلی خوردگی در بویلر

نتایج بسیاری از تحقیقات نشان می دهد کنترل خوردگی در بویلر به میزان زیاد تحت تأثیر کیفیت آب تغذیه و شرایط رسوب گذاری بستگی دارد. اکسیژن عامل اصلی خوردگی در بویلر می باشد. اگر مقدار pH بویلر کنترل شود مقدار خوردگی پیش از بویلر و داخل بویلر کنترل خواهد شد. خوردگی اکسیژنی و محصولات خوردگی در بویلر باعث تحمیل هزینه ی سنگین نگهداری بویلر می شود. خرابی تجهیزات گران قیمت و رسوب محصولات خوردگی منجر به کاهش بازدهی سیستم بویلر می شود. بنابراین پایش و کنترل غلظت اکسیژن در بویلر از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در عمل به منظور جلوگیری از وقوع خوردگی اکسیژنی در بویلر، غلظت اکسیژن آب بویلر باید به چند ppb تقلیل یابد و در این مقادیر کم کنترل شود.

خوردگی اکسیژنی

اکونومایزر و گرم کننده آب تغذیه اولین مناطقی هستند که در یک سیستم در حال کار دچار خوردگی اکسیژنی می شود. در مواردی که مقدار اکسیژن محلول در آب زیاد باشد، خوردگی اکسیژنی ممکن است قسمت های دیگر سیستم بویلر را نیز تحت تأثیر قرار دهد. در اکثر موارد، خسارات ناشی از خوردگی اکسیژنی حتی اگر مقدار اکسیژن در یک محدوده زمانی کوتاه از حد مجاز فراتر رفته باشد بسیار زیاد است.

عملکرد اکونومایزرها

اکونومایزر به دلیل استفاده از انرژی گاز در حال خروج از سیستم بویلر عاملی کلیدی در افزایش بهره وری حرارتی بویلر است. در اکونومایزر فرآیند پیش گرمایش آب تغذیه بویلر انجام می شود. همچنین اکونومایزرها پتانسیل شوک حرارتی و نوسانات شدید دمای آب ورودی به درام یا واتروال ها را کاهش می دهد. در اکونومایزرها ضریب انتقال حرارت در سمت گاز بسیار کم تر از سمت آب است که برای جبران این مسأله، در تیوب های فین دار در اکونومایزرها استفاده می شود. هدف نهایی از طراحی یک اکونومایزر رسیدن به انتقال حرارت مورد نظر با حداقل هزینه است.

خوردگی و شکست تیوب های اکونومایزر (مشابه سایر تجهیزات مورد استفاده در سیستم بویلر) به دو دسته  سمت آب 1 و سمت شعله 2 تقسیم بندی می شود. البته عمده مشکلات خوردگی در سمت آب مشاهده می شود. به طور کلی سایش توسط جریان گاز، خوردگی در آب با دمای پایین، خوردگی خستگی و خوردگی حفره ای ناشی از وجود اکسیژن عمده ترین عوامل شکست تیوب های اکونومایزر است.

زمانی که فولاد در معرض آب حاوی اکسیژن محلول قرار می گیرد واکنش (1) انجام می شود.

2Fe + H2O + O2 = Fe2O3 + H2 (1)

کنترل خوردگی اکسیژنی در بویلر

در یک سیستم بویلر در حال کار، به راحتی می توان این نوع خوردگی را با کاهش غلظت اکسیژن محلول در آب ورودی به سیستم، کنترل کرد. اما برخی اوقات وجود اکسیژن محلول در اثر عملکرد نادرست سیستم هوازدا، نامناسب بودن مواد شیمیایی به کار رفته جهت حذف اکسیژن یا نشت هوا به درون سیستم باعث بروز خوردگی اکسیژنی می شود.

حذف مکانیکی اکسیژن آب

با توجه به فشار عملیاتی بالای بویلر، تنها راه ورود اکسیژن از طریق آب تغذیه خواهد بود. اکسیژن زدایی اولیه ی آب تغذیه توسط هوازداهای مکانیکی انجام می شود. در این مرحله، آب تغذیه در تماس با بخار قرار گرفته و گازهای محلول در آن جدا و همراه بخار خارج می شود. هوازداهای مدرن باید توانایی کاهش مقدار اکسیژن محلول در آب را داشته باشند. در ادامه مواد شیمیایی اکسیژن زدا برای کاهش بیشتر غلظت اکسیژن محلول تزریق می شود. فرآیند حذف مکانیکی اکسیژن حتماً باید قبل از حذف آن توسط مواد شیمیایی انجام گیرد. در واقع بخش اعظم اکسیژن زدایی آب با روش های مکانیکی انجام می شود.

نحوه تزریق اکسیژن زدا به بویلر

با توجه به این که عملکرد اکسیژن زداها نیاز به گذشت زمان دارد، لازم است یک فاصله زمانی بین تزریق مواد اکسیژن زدا و مصرف آب در بویلر وجود داشته باشد. به همین دلیل برای آن که ماکزیمم مدت زمان برای عملکرد اکسیژن زدا فراهم شود، تزریق آن باید بلافاصله بعد از هوازدایی مکانیکی باشد. معمولا تزریق در تانک ذخیره ی هوازدا انجام می گیرد. علاوه بر این، استفاده از مواد شیمیایی با قابلیت کاتالیزوری در حذف اکسیژن برای کاهش زمان عملکرد آن پیشنهاد می گردد. اکسیژن زداها در شکل کاتالیست شده (نمک های کبالت و منگنز به طور معمول برای سولفیت و کاتالیست های ارگانیک معمولا برای اکسیژن زداهای فرار) استفاده می شود.

منبع: تجزیه و تحلیل علل خوردگی تیوب در اکونومایزر سیستم تولید بخار. اکرم نوری دلاور، محسن صبوری، امیر پاشا، مهدی جوانمردی. فصلنامه تخصصی علمی ترویجی/ زمستان 1393 / شماره 4