مقدمه:

دستگاه‌هايي كه بخار را به آب تبديل ميكنند اصطلاحا ديگ بخار گويند. اين دستگاه‌ها انرژي لازم براي تبديل فاز آب به بخار را از انواع سوختهاي فسيلي، تشعشعي و يا الكتريكي فراهم مي‌كنند. با توجه به دما و فشاري كه بخارات توليد مي‌شوند، انواع متفاوت و كاربردهاي مختلفي دارند. به مجموعه‌اي كه ديگ بخار جزئي از آن مي‌باشد مولد بخار گويند. ديگ بخار جزئي از يك سيستم توليد كننده‌ بخار است ولي از آن‌جا كه يكي از اصلي‌ترين بخش‌هاي اين سيستم مي‌باشد به مولدهاي بخار، ديگ بخار اطلاق مي‌شود. در سيستم‌هاي توليد بخار به علت انجام عمليات تبخير غلظت ناخالصي‌هاي باقي مانده افزايش يافته و منجر به خوردگي و ايجاد رسوب در آن‌ها مي‌شود و در نهايت سيستم از كار مي‌افتد و در اين حالت بايد سيستم را از سرويس خارج نمود و آن را به روش‌هاي بهسازي آماده سرويس مجدد نمود به منظور كاهش مشكلات آب درون ديگ‌هاي بخار تحت تصفيه شيميايي داخلي با تزريق يك سري مواد شيميايي قرار مي‌گيرد ولي با اين حال ديگ بخار دچار مشكلات مي‌شود و تنها كار برطرف كردن آن مي باشد مثلا شستشوي مكانيكي يا شيميايي به منظور جرم زدائي از اجزا سيستم.

تقسیم‌بندی دیگ‌های بخار

ديگ‌هاي بخار را مي‌توان از جهات مختلف دسته‌بندي كرد كه شامل دسته بندي براساس تيپ و شكل، محتوي لوله ها، ظرفيت ديگ بخار و سيركولاسيون سيال عامل مي باشد.

- براساس تیپ و شکل:

دیگ‌های بزرگ فولادی را باتوجه به شکل و تیپ کوره در مدل‌های دیگ بخار دوپاسه، برجی و جعبه‌ای طراحی می‌کنند.

-براساس ظرفیت:

 ديگ هاي بخار با توجه به ظرفيتشان و كاربرد هاي صنعتي و تجاري عبارتند از:

- ديگ‌هاي بخار لوله اي (Water Tube Boiler)

- ديگ‌هاي بخار پوسته اي (Shell Boiler)

- ديگ‌هاي بخار قطاعي (Sectional Boiler)

منظور از ظرفيت در طبقه بندي ديگ‌هاي بخار اين است كه به عنوان مثال ديگ‌هاي بخار قطاعي با ظرفيت‌هاي پايين آب گرم براي مصارف خانگي توليد مي‌كنند و ديگ‌هاي بخار پوسته‌اي با ظرفيت‌هاي‌متوسط در كارگاه‌ها و كارخانجاتي كه مصرف بخار در آن‌ها كم مي‌باشد مورد استفاده قرار مي‌گيرند‌ و در نهايت ديگ‌هاي بخار لوله‌اي با ظرفيت‌هاي بالا در مجتمع‌ پتروشيمي يا نيروگاه‌ها استفاده‌ مي‌شوند.

-براساس سیرکلاسیون سیال عامل:

به انواع سیکل طبیی، سیکل اجباری و سیکل مختلظ دسته‌بندی می‌شود.

در فشارهاي پايين، نيروي حاصل از اختلاف دانسيته براي سيركولاسيون طبيعي كافي بوده ولي در فشار بالا سيركولاسيون اجباري است.

-براساس محتوی لوله:

به دیگ‌بخار لوله آتشی (Fire-Tube Boiler) ودیگ‌بخار لوله آبی (Water-Tube Boilers) تقسیم‌بندی می‌شود. پيشرفت ديگ‌هاي بخار (Water-Tube ) بيشتر از ديگ‌هاي بخار (Fire-Tube ) بوده به طوري كه در بيشتر ديگ‌هاي بخار آب و بخار فشار بالا در داخل لوله‌ها و گازهاي حاصل از احتراق در پوسته جريان دارد.

بهسازي شيميايي داخلي ديگ‌هاي بخار

بعد از تصفيه مقدماتي آب خوراك ديگ هاي بخار هنوز مقادير جزئي از تركيبات در آب باقي مي ماند . براي كاهش آثار زيانبار اين گونه تركيبات بهسازي داخلي ديگ بخار انجام مي شود، كه شامل:

- رسوب دادن كلسيم و منيزيم

- کیلیت كردن كلسيم و منيزيم (Chelation)

- جلوگيري از خوردگي ديگ هاي بخار

- جلوگيري از خوردگي تنشي

- جلوگيري از  Carry over و تشكيل رسوب سيليس

- زلال سازي آب ديگ بخار

- جلوگيري از تشكيل كف در ديگ‌هاي بخار

در ادامه به توضیح چند مورد از موارد بالا می‌پردازیم؛

   رسوب دادن كلسيم و منيزيم:

مي توان با استفاده از اضافه كردن مواد زير به اين منظور دست يافت:

الف)فسفات

بدون توجه به روش نرم سازي آّب معمولا مقداري سختي در آب تصفيه شده باقي مي‌ماند. براي جلوگيري از تشكيل رسوبات قليايي خاكي در ديگ‌هاي بخار با فشار  psi2000 ، فسفات اضافه كرده كه فسفات در محلول قليايي، كلسيم و منيزيم را به صورت يك لجن نرم پراكنده رسوب مي‌دهد. با توجه به قلياييت نمك از نمك‌هاي فسفات مناسب استفاده مي‌شود. بهترين روش تزريق، تزريق مستقيم محلول به داخل Steam Drum است كه توسط يك تلمبه زمان‌دار يا ظرفي كه داراي فشار مي‌باشد انجام مي‌‌‌‌گيرد. ماده شيميايي بايد نزديك به لوله‌هاي پايين آورنده آب وارد شود تا از تداخل يا اتصال با لوله Blow Down جلوگيري به عمل آيد. اگر استفاده از سيستم تزريق ميسر نباشد مي‌توان از پلي‌فسفات‌ها استفاده كرد. اين تركيبات به سرعت در ديگ بخار به وسيله آب داغ قليايي هيدروليز شده و ارتوفسفات مي‌دهند. در صورت استفاده از پلي‌فسفات‌ها، قلياييت آب ديگ بخار كاهش مي‌يابد.

در صورتي كه دماي خوراك بالا باشد و خطوط انتقال آب طولاني و يا زمان ماند در سيستم پيش گرمكن زياد باشد استفاده از پلي‌فسفات‌ها امكان پذير نخواهد بود.

ب)کربنات سدیم

هنگام استفاده از كربنات سديم، تأكيد زيادي می‌شود تا از تشكيل  CaCO₄ بدون آب جلوگيري شود زيرا محلول به صورت كريستال درآمده و مستقيما به صورت لايه سخت و چسبنده روي سطوح داغ رسوب مي‌كند. علاوه بر سولفات كلسيم، متامنوسيليكات كلسيم،  CaSi₃ و ارتودي سيليكات منيزيم هيدراته، Mg₃Si₂O₇ نيز در آب ديگ رسوب مي‌كنند يعني كريستال‌ها به صورت ذرات مجزا در آب وجود ندارند و هنگام رسوب روي سطح داغ ظاهر مي‌شوند. كربنات كلسيم و هيدروكسيد‌ منيزيم اغلب در اين نوع رسوبات يافت مي‌شوند، اما فقط به عنوان كريستال‌هاي آزادي كه به طور ناخواسته روي بدنه يكي از سه نوع رسوب اصلي بالا ته نشين مي‌گردند. كربنات سديم در ديگ‌هاي بخار با فشار كمتر از psi 2000 براي جلوگيري از تشكيل رسوب به كار مي‌رود. در فشارهاي بالاتر قلياييت ناشي از تجزيه كربنات اضافي زياد مي‌شود كه افزايش Blow Down مي‌توان نسبت كربنات به سولفات را در محدوده مناسب قرار داد. psi 2000 تقریبا برابر 14 بار(bar) است.

   کیلیت کردن کلسیم و منیزیوم:

با استفاده از مواد کیلیت‌کننده مي‌توان رسوبات ناشي از فلزات قليايي خاكي را كنترل كرد. مواد کییلیت‌کننده با تشكيل كمپلكس‌هاي محلول با كلسيم و منيزيم خيلي بيشتر از بهسازي فسفات براي نمك‌هاي نامحلول، ديگ‌هاي بخار را تميز نگه مي‌دارند. دو نمونه از کیلیت‌کننده‌هایی كه در بهسازي آب به كار مي‌روند عبارتند از؛ نمك‌هاي اتيلن دي آمین تترااستيك اسيد EDTA  و نیتریلو تری استیک اسید NTA مي باشند. كلسيم و منيزيم با EDT ,NTA کیلیت قابل حل تشكيل مي‌دهند كه به صورت محلول در محيط باقي مي مانند . محلول بودن اين مواد آن‌ها را براي تميز كردن ديگ‌هاي بخار مفيد مي‌سازد، اما بايد مقدار آن‌ها به دقت انتخاب شود چون اگر ميزان کیلیت زياد باشد در حضور O₂ باعث خوردگي شديد مي‌شود. کیلیت‌هایی كه براي اصلاح آب به كار برده مي‌شوند شامل مواد پراكنده كننده و ضدكف نيز هستند.

   جلوگيري از خوردگي ديگ هاي بخار:

در اكثر روش‌هاي جلوگيري از خوردگي اساس محافظت فلز ديگ بخار، بر تشكيل و باقي ماندن يك لايه فيلم محافظ نازك بر روي سطح فلز استوار است. اين فيلم محافظ در ديگ‌هاي بخار، مگنتيت بوده كه از واكنش آهن با آب تشكيل مي‌شود.

مگنتيت مهمترين محصول خوردگي در دماهاي مختلف ديگ‌هاي بخار است. مگنتيت مانعي است با ضخامت و تخلخل مناسب كه سرعت اكسايش فلز را بدون اختلال در انتقال حرارت كم مي‌كند، مگنتيت بهتر است متراكم باشد تا متخلخل، تا از محبوس شدن آب ديگ بخار و متراكم شدن آن زير لايه هاي رسوب خودداري شود. ضخامت Fe₃O₄ درديگ‌هاي بخار به حدي مي‌رسد كه به آن ضخامت بحراني گويند تا حدي كه متخلخل شده و در اثر مقاومت فيلم در مقابل مهاجرت اتم‌هاي آهن سرعت خوردگي ثابت مي‌گردد. خوردگي كه در شكل مشاهده مي‌كنيد خوردگي اكسيژن به علت وجود رسوب يا خراشي مي‌باشد كه در سطح فلز ايجاد مي‌شود.

اين فيلم در حدوده 12-11=PH پايدارتر است و به همين دليل ديگ‌هاي بخار با آب‌هايي كه حلاليت قليايي دارند كار مي‌كنند، با استفاده از روشهاي زير به اين مهم مي پردازيم:

الف)کنترل قلیاییت

تعيين ميزان انواع قلياييت با استفاده از محلول استاندارد اسيد به روش تيتراسيون، يكي از روش‌هاي كنترل قلياييت ديگ‌هاي بخار است. با اندازه‌گيري قلياييت فنل فتالئين و متيل اوانژ، مي‌توان غلظت تقريبي هيدروكسيد، كربنات و بي‌كربنات را در آب‌ها تعيين نمود. اين مقادير در كنترل خوردگي و جلوگيري از تشكيل رسوب ديگ‌هاي بخار اهميت دارند.

ب)حذف اکسیژن (oxygen scavenger)

وجود اكسيژن در مخازن بخار باعث خوردگي به صورت حفره‌اي مي‌شود. بنابراين در حذف اكسيژن از آب بايد دقت كرد. هوازدايي تحت خلاء ميزان اكسيژن را به مقدار  ppm 0.4-1.4 كاهش مي‌دهند. آثار خوردگي مقدار  بسيار كم اكسيژن روي steam drum ناچيز و قابل صرفه نظر كردن است. اگر بيش از اندازه از هوازدا براي حذف اكسيژن استفاده شود اغلب آب با غلظت اكسيژن بالاتري توليد مي‌شود، به هر حال بايستي غلظت اضافي از مواد حذف كننده اكسيژن، مثل سولفيد يا هيدازين در آب خوراك و آب ديگ بخار موجود باشد تا به عنوان حذف كننده اكسيژن عمل كنند. بايد مواد كاهش دهنده اكسيژن، قبل از سيستم پيش گرمكن اضافه شود به طوري كه كاهش اكسيژن از ديگ بخار محافظت كند. سولفيت سديم و هيدرازين از جمله مواد هوازدا مي‌باشند.

    جلوگيري از خوردگي تنشي:

خوردگي تنشي هنگامي رخ مي‌دهد كه فضاي بين دانه اي در فولاد با اكسيدها پر شو‌ند و اگر فولاد يا فلز بيش از محدوده مقاومت كششي آن تحت تنش باشد اين شكست اتفاق مي‌افتد. بنابراين اگر جوشكاري يا تنش زدايي به طور مناسب انجام نشده باشد سيستم ذخيره قليا كه براي كنترل قلياييت لحاظ كرده بوديم باعث خوردگي تنشي ناشي از قليا مي‌گردد. دو نوع روش شيميايي براي جلوگيري از اين عمل استفاده مي شود:

الف) استفاده از بازدارنده هاي خاص

استفاده از این بازدارنده‌ها براي كنترل شكستگي بين دانه ها كه در آن با افزودن مواد شيميايي بازدارنده مانند نيترات سديم – تانين‌هاي متراكم مثل كوئبراكو، به آب ديگ بخار از شكستگي ناشي از قليا جلوگيري مي‌شود.

ب) استفاده از روش فسفات-pH هماهنگ براي كنترل قلياييت

به منظور جلوگيري از ايجاد پديده شكستگي بايد يون هيدوركسيل آزاد وجود داشته باشد، محلول‌هاي تري سديم فسفات در اثر هيدروليز، قلياييت كافي براي جلوگيري از خوردگي توليد مي‌كنند اما هيدروكسيدسديم كه در اثر تبخير آزاد شده باقي نمي‌ماند. بنابراين براي كنترل قلياييت، استفاده از روش غلظت فسفاتpH هماهنگ توصيه مي‌شود. اين روش براي ديگ‌هاي بخار كشتي‌ها كه از آب حاصل از تبخير و نيز براي ديگ‌هاي ثابتي كه از آب بدون املاح به عنوان آب جبراني استفاده مي‌كنند مناسب است. در آب‌هايي كه حاوي قلياييت كربنات زيادي هستند نمي‌توان استفاده كرد زيرا در ديگ بخار كربنات بعدا به قلياي آزاد تبديل مي‌شود و مقداري سديم فسفات مورد نياز را افزايش مي‌دهد. در عمل فسفات، به داخل  steam drumتزريق مي‌شود. اگر فسفات به آب خوراك اضافه شود بهتر از هگزامتافسفات عمل مي‌كند، زيرا به صورت فسفات كلسيم در لوله ها رسوب نمي‌كند.

   جلوگيري از carry over و تشكيل رسوب سيليس:

به علت تمايل سيليكات‌ها براي توليد رسوب در ديگ‌هاي بخار، لازم است غلظت آن در آب خوراك تا حد امكان كاهش يابد. سيليس موجود در بخار باعث توليد رسوبات با درجات مختلف چسبندگي در لوله‌هاي Super Heaterها و پره هاي توربين ها مي‌گردد. راندمان توريبن حتي با لايه نازكي از رسوب به شدت كاهش مي‌يابد. پديده كف كردن مكانيكي سيليس هميشه اتفاق مي‌افتد در اثر اين كف كردن مقداري سيليس به داخل بخار منتقل مي‌شود مقدار اين سيليس در مقايسه با مقدار سيليسي كه در اثر تبخير وارد بخار مي‌شود ناچيز مي‌باشد هرچه فشار زياد شود، ميزان سيليس وارد شده به بخار در اثر تبخير به صورت لگاريتمي زياد مي‌شود.

در بهسازي مهمترين مرحله، مرحله جلوگيري از فرار سيليس به داخل بخار است .فراريت سيليس نسبت مستقيم با غلظت آن در ديگ بخار و فشار كاري در ديگ بخار و نسبت عكس با pH آب دارد. افزايش نمك‌هاي مختلف مثل كلريد سديم، سولفات سديم و تري سديم فسفات به آب ديگ باعث كاهش غلظت سيليس در بخار مي‌گردد.

   زلال سازي آب ديگ بخار:

اگر چه مقدار رسوبات در ديگ بخار به علت بهسازي داخلي كم مي‌باشد اما براي جلوگيري از تشكيل و رشد كريستال‌هاي نامحلول و تجمع آن‌ها بهتر است كه به آب ماده پراكنده كننده اضافه شود. اگر مانعي براي رشد لجن وجود نداشته باشد لجن در جاهايي كه سرعت جريان آب كم است جمع مي‌شود و از چرخش آب جلوگيري مي‌كند و در فشارهاي بالا و در اثر حرارت لجن در لوله‌ها به صورت پخته درمي‌آيد و رسوبات متخلخلي توليد مي‌كند كه باعث خوردگي داخلي ديگ بخار مي شوند.

سال‌هاي زيادي از تركيبات آلي كه تشكيل محلول‌هاي كلوئيدي مي‌دهند استفاده مي‌كردند، اما با توسعه و بهبود پليمرهاي آلي سنتزي با كارايي زياد از آن‌ها براي پراكنده كردن رسوبات غيرمحلول استفاده كردند. ازجمله پراكنده‌كننده‌هاي آلي طبيعي مي‌توان به تانين‌ها كه يك توده متراكم و غير چسبنده با كربنات كلسيم وهيدروكسيد منيزيم تشكيل مي‌دهند اشاره كرد كه از طريق Blow Down متناوب از ديگ بخار حذف مي‌شوند. تانين همچنين از انعقاد ذرات كلوئيدي توسط الكتروليت‌ها جلوگيري مي‌كند و آن‌ها را به صورت يك بسته احاطه مي‌كند.

ليگنين‌هاي سولفونه كه از واكنش خمير چوب با بي‌سولفيت سديم تهيه مي‌شوند، براي پراكنده كردن اكسيدهاي آهن و فسفات‌ها مناسب بوده و از نظر اقتصادي مقرون به صرفه مي‌باشند. همچنين آن‌ها ذرات كلوئيدي را محافظت مي‌كنند و با پوشش دادن اين گونه ذرات يك محلول كلوئيدي شفاف ايجاد مي‌كنند.تركيبات ديگري كه جهت بهسازي لجن به كار مي‌روند عبارتند از نشاسته، كوئبراكو، پيروگالول، آلگنيات سديم و مانورونات سديم است.عملي كه اين پراكنده كننده‌ها انجام مي‌دهند معلق نگه داشتن نمك‌هاي نامحلول فسفات‌هاي كلسيم و منيزيم تا به آن‌ها اجازه رسوب در نواحي انتقال حرارت ندهند.

دو نوع پليمر آنيونيك (پلي الكتروليت‌ها) كه عبارتند از پلي اكلريلات و پلي متااكريلات مي‌باشند و در ديگ‌هاي بخار با ذرات غير قابل حل تركيب شده، وارد واكنش سطحي مي‌شوند و از رشد كريستال‌هاي بعدي جلوگيري مي‌كنند. در فشارهاي حدود psi 90-600 پلي‌اكلريلات‌ها بهتر از پلي متااكريلات‌ها عمل مي‌كنند و هر دو اين پليمرها از پراكنده كننده هاي آلي طبيعي بهتر مي‌باشند.

   جلوگيري از تشكيل كف در ديگ هاي بخار:

از جمله عوامل ايجاد كف در ديگ هاي بخار عبارتند از:

غلظت زياد نمك، قلياييت، مواد معلق بسيار ريز به خصوص اكسيدهاي آهن و مس، تركيبات كلوئيدي مثل گل و لاي و روغن‌هاي صابوني شونده، همچنين حباب‌هاي CO₂ ايجاد شده در اثر تجزيه كربنات‌ها سبب ايجاد يك لايه كف مي‌شوند. براي كنترل پديده كف در ديگ‌هاي بخار در ابتدا از امولسيون روغن كرچك (castor oil) استفاده مي‌شود ولي اين روغن اثر زيانبار شديدي داشته، به سرعت با اسيد رسينولئيك صابوني مي‌شوند و در نتيجه تشكيل كف را شدت مي‌بخشد. استفاده از پلي آلكالن كه به راحتي تشكيل صابون نمي‌دهند به عنوان ضدكف توصيه مي‌شوند. ضدكف‌ها و ديگر بازدارنده‌هاي كف باعث مي‌شوند كه حباب‌هاي بخار به محض تشكيل روي سطح انتقال حرارت به هم چسبنده و توليد حباب‌هاي نسبتا بزرگ نمايند. پلي آميدها به دليل آن‌كه به راحتي با يون‌هاي هيدروژن تشكيل پيوند هيدروژني مي‌دهند و به شدت در فضاي بين بخار- مايع كه در اثر توليد حباب ايجاد شده جذب مي‌گردند و سبب تخريب نيروهاي پايداركننده حباب مي‌شوند بنابراين به عنوان مواد ضد كف استفاده مي‌شوند. پلي آميدها در ديگ‌هايي با فشار پايين كه شامل غلظت‌هاي زيادي از جامدات حل شده هستند مؤثرترند.

بازدارنده هاي خوردگي براي سيستم هاي كندانس بخار

عامل مهم خوردگي در سيستم كندانس CO₂ مي‌باشد كه در ديگ‌هاي بخار به علت تجزيه حرارتي كربنات‌ها و بي‌كربنات‌هاي موجود در آب خوراك توليد مي‌شود. وقتي بخار كندانس مي‌شود قسمتي از در بخار كندانس شده حل و تا حدي نيز هيدارته مي‌گردد و اسيد ضعيف  H₂CO₃ تشکیل مي‌شود اين اسيد كمي تجزيه مي‌گردد و يون هيدروژن آزاد مي‌كند.

اسيد كربنيك مثل ديگر اسيدها در لوله‌ها، زانويي‌ها، شيرها و سه راهي‌ها در تله‌هاي بخار و در شيرهاي كنترلي كه تغيير ناگهاني فشار دارند و نيز درجاهايي كه گازهاي غير قابل كندانس وجود دارد، خوردگي از نوع كندگي (Gouge) و ياحفره‌اي (Groove) ايجاد مي‌كند. فعاليت خوردگي اكسيژن خيلي سريع‌تر از  CO₂ است. در صورت وجود O_2، CO₂ خوردگي خيلي شديدتر از زماني است كه به صورت تنها باشند، بخصوص وقتي pH کمتر از 7 باشد.

بازدارنده‌هاي خوردگي مثل آمونياك و آمين‌هاي فرار، اسيد كربنيك را خنثي مي‌كنند و pH رابالا مي‌برند .آمونياك به علت ارزان بودن، وزن مولكولي پايين و حمل و نقل نسبتا آسان آن استفاده مي‌شود، يكي از معايب عمده مصرف آمونياك اين است كه اگر O₂ در pH  بالای 8.3 وجود داشته باشد خوردگي فلزات غيرآهني به ويژه برنج و ديگر آلياژهاي مس به وجود مي‌آيد حضور آمونياك اين خوردگي خيلي شديد‌تر مي‌شود.

خوردگي و عوامل مخرب در اجزاي ديگ بخار

در هر جايي كه از فلزات استفاده شود خوردگي امري اجتناب ناپذير خواهد بود. خوردگي در ديگ‌هاي بخار داراي شاخص‌هاي بالايي از نظر هزينه است. با اين وجود عدم خوردگي ناممكن است. لكن با انتخاب مواد مناسب، طراحي اصولي و نيز بكارگيري روش‌هاي صحيح بهره‌برداري مي‌توان از هزينه‌هاي فوق العاده آن كاست. از آن‌جایي كه ديگ بخار تحت دما و فشار بالا كار مي‌كند لذا مسئله فرسودگي در تمام اجزاء جوش خورده و اتصالات آن از اهميت خاصي برخوردار است. نمونه گيري در فواصل منظم از آب يا بخار و بازرسي متناوب تجهيزات در مواقعي كه ديگ بخار بدليلي كار نمي‌كند نيز از تخريب‌هاي غيره منتظره جلوگيري مي‌نمايد. بطور كلي اشكال خوردگي كه غالبا در ديگ‌هاي بخار به‌ وقوع مي پيوندند به شرح ذيل دسته‌بندي می‌شوند:

شکل 2

درميان عوامل فرسايشي خوردگي مسئله‌اي است كه بيشتر جلب توجه كرده و به دو بخش زير تقسيم مي‌شود:

1. قسمت‌هايي كه تحت تأثير گاز احتراقي قرار دارند.

2. بخش‌هايي كه در تماس با سيال داخلي هستند.

خوردگي سطوح خارجي( نواحي تحت تاثير گاز احتراقي)

   خوردگي در دماي بالا (High temperature corrosion):

در ديگ‌هاي بخار خوردگي مواد فولادي در فضاي گازهاي احتراقي شديد بوده و با افزايش دما تشديد مي‌شود موادي كه شامل Cr هستند بويژه فولادهاي زنگ نزن كه بيش از 12% كُرم دارند بطور قابل ملاحظه اي در مقابل خوردگي مقاومت نشان مي‌دهند . محيط‌هاي توأم با مواد خورنده در دماي بالا باعث خوردگي بيشتري شده كه معمولا به آن خوردگي در دماي بالا گفته مي‌شود. از بارزترين محيط خورنده در دماي بالا محيطي است كه شامل واناديم بوده و خوردگي توسط خاكستر سوخت كه شامل اكسيد واناديم است ايجاد مي‌گردد . در ديگ‌هاي بخاري با سوخت نفت (oil fuel)، سولفات سديم با پنتواكسايدواناديم، در حين احتراق تركيب شده و تشكيل يك پوشش با ويژگي خوردگي بالا و مذابي شكل به نام slag بر روي سطوح تحت گاز (reheater super heater) را مي‌نمايد. slag ذوب شده تمايل به حل نمودن هر نوع فولاد تحت تماس داشته و در نتيجه منجر به ضعف در ساختار لوله‌ها مي‌گردد. اما همچنان‌كه ذكر شد بالا بودن كرم در آلياژ معمولا بيشترين مقاومت و مصونيت را ايجاد خواهد نمود گرچه اين پديده در فولادهاي زنگ نزن به صورت خوردگي موضعي معمول بوده كه بايستي بدان توجه نمود. نقطه ذوب پنتواكسايدواناديم خيلي بيشتر از دماي فلز لوله ديگ بخار است اما تشكيل سولفات سديم در احتراق و افزايش آن به فضاي كوره منجر به كاهش نقطة ذوب خاكستر به زير نقطه دماي لوله ديگ بخار خواهد شد.

خوردگي قابل ملاحظه‌اي در محدوده وسيعي از دماهاي بالاي گاز و دماي بالاي فلز رخ مي‌دهد.روش‌هاي ذيل مي‌توانند در كاهش اين نوع خوردگي مؤثر مي‌باشند:

1-اضافه كردن اكسيد كلسيم و يا اكسيد منيزيم به سوخت كه باعث بالا بردن دماي ذوب خاكستر شوند.

2-پاك سازي تناوبي لوله ها توسط دمنده هاي دود (Soot blowers)

3-انتخاب سوخت مناسب و يا تصفيه آن از عناصر مضر.

4-در نظرگيري مواردي مانند بهينه سازي شكل هندسي كوره، ترتيب لوله‌ها، دماي فلز، دماي گاز و محل قرارگيري دمنده‌هاي دود و انتخاب صحيح مواد در طراحي ديگ بخار.

   خوردگي در دماي پايين (Low temperature corrosion) :

در ديگ‌هاي بخار اين نوع تخريب در خلال خاموش سازي رخ داده و اغلب مرتبط به خوردگي نقطه شبنم است. خوردگي مذكور معمولا در قسمت‌هاي Cold end ،Economizer (ناحيه ورودي هوا و خروجي گاز) مربوط به  Air heater نواحي بازياب حرارتي و نيز در لوله‌هاي دیگ بخار Self support مشهود است، اين نوع خوردگي موقعي رخ مي‌دهد كه گازهاي حاصل از دمايي سوخت به زير نقطه شبنم رسيده و بخار آب به شكل تقطير بر روي سطوح ايجاد مي‌شود. بديهي است كه اين نوع تخريب با حضور محصولات سولفوري  SO₂ SO₃ تسريع مي‌گردد و با وجود رطوبت منجر به اسيد سولفوريك خواهد شد، بنابراين بالاترين مقدار سولفور در سوخت و كمترين دما در گاز خروجي بيشترين خوردگي را موجب خواهد شد. تجربه نشان داده است كه اگر دماي آب تغذيه به Economizer بالاتر از حداقل ميزان دماي معين نگه‌داشته شود مقدار خوردگي را مي‌توان به حد مجاز ايمني كاهش داد. همچنين اين پديده در نواحي لوله‌هاي ديگ‌هاي بخار صنعتی و Package بويژه در نواحي كه از مواد ريختگي كه به لحاظ آب‌بندي استفاده گرديده (مواد دير گداز ) مشهود است اين مسئله در خلال توقف ديگ‌هاي بخار و با توجه به حضور خاكستر جمع شده و جذب رطوبت اتمسفر رخ مي‌دهد. مي‌توان با بكارگيري موارد زير از خوردگي مذكور جلوگيري كرد:

1. پاك‌سازي سريع خاكستر و دوده و ديگر محصولات احتراقي بعد از خاموش سازي از لوله‌ها و سطحي كه با گاز در تماس است.

2. شستشوي اين سطوح بطور كامل با آب به منظور حل نمودن، رقيق ساختن و از بين بردن باقي مانده تركيبات گوگرد و خشك سازي بعد از اين شستشو توسط دميدن هوا در ديگ بخار.

3. تمام سطوح پاك شده بايستي توسط روغن و يا نفت با غلظت مناسب به منظور جلوگيري از گرد و غبار پوشش داده شوند.

4.قرار دادن آهك زنده (Unslaked lime) در كوره در حين خارج سازي ديگ بخار از سرويس به منظور جذب رطوبت داخل ديگ بخار در ضمن بايد آهك هنگامي‌كه بشكل خميري درمي‌آيد تعويض گردد.

5. سوخت موجود بايد از نظر محتوي گوگردي ارزيابي گردد و چنانچه از گوگرد بالايي برخوردار است به سوختي با گوگرد پايين تبديل شود و با كامل سازي احتراق ميزان دوده (soot) کاهش خواهد یافت

6. طراحي مناسب با در نظر گرفتن مسير پس خور (Bypass line) و يا سيستم سيركولاسيون مجدد، استفاده از Steam air Heater كافي به منظور ورود هوا با دماي مساعد به Gas Air Heater و نيز انتخاب صحيح مواد.

   خوردگي سطوح داخلي خوردگي نواحي داخلي لوله ها:

اين خوردگي معمولا در لوله‌هاي آب و بخار ظاهر شده و اساسا بصورت خوردگي حفره‌اي و موضعي مشهود است. اين پديده تابعي از كنترل كيفيت آب تغذيه از نظر عمليات شيميايي و آماده سازي و اسيدشوئي نيروگاه‌ها است كه در صورت اشكال هر يك از موارد خوردگي در تجهيزات ايجاد مي‌شود.

   خوردگي اكسيژن (Oxygen Corrosion):

حضور گازها بويژه اكسيژن نامحلول در آب تغذيه پديده خوردگي را ايجاد مي‌كند نتيجه اكسيژن نامحلول در آب تغذيه ايجاد پديده خوردگي حفره‌اي است. حفره‌دار شدن نوعي خوردگي شديد موضعي است كه باعث سوراخ شدن فلز مي‌شود. حفره‌ها را غالبا به سختي مي‌توان ديد زيرا اندازه آن‌ها كوچك بوده و اغلب بوسيله محصولات حاصل از خوردگي پوشيده مي‌شود اين خوردگي بيشتر در اكونومايزر، drumهاي بخار و لوله‌هاي تغذيه رايج است . منطقي‌ترين روش جلوگيري از خوردگي گازها، خروج به موقع آن‌ها از سيستم توسط Dearator قبل ورود به سيستم‌ مي‌باشد كه بايستي مقدار گازها پيوسته كمتر از ppm 0.007باشد .علاوه بر اين بايد براي خارج كردن اكسيژن از مواد شيميايي مناسب هنگام بهسازي آب استفاده نمود . شكل زير نمونه‌هايي از pitting (حفره اكسيژن) مي‌باشد.

شکل 3

   خوردگي قليايي (Caustic Corrosion)  :

اين خوردگي ناشي از تمركز  در سيال محبوس شده زير رسوبات بوده و نتيجه آن تشكيل فرم پيچيده‌اي از تركيبات آهني قليايي است كه منجر به حل نمودن لايه محافظ اكسيد آهن  مي‌شود. تكميل عمليات شيميايي بر روي آب تغذيه ديگ بخار است.

   اكسيداسيون فولادهاي زنگ نزن توسط بخار (Steam Oxidation):

معمول است كه لوله هاي زنگ نزن فولادي در دماي عادي تشكيل يك پوشش محافظ اكسيد كُرم بر روي سطح خود مي دهند بطوريكه اين پوشش مانع پيشرفت خوردگي مي گردد اما مشخص شده كه پيشرفت اكسيداسيون تحت بخار با دماي بالا بويژه درموقعيت Overheating سريع‌تراست بررسي آزمايشگاهي كه پيرامون مقطعي از فولاد زنگ نزن اكسيد شده انجام گرفته حاكي از وجود دو لايه مجزاي داخلي متشكل از Cr و Ni بالا و Fe كمتر با خاصيت چسبندگي و سفتي بيشتر و لايه بيروني با Fe قابل توجه به صورت  Fe₃ O₄ ومقدار اندكي a-Fe₂O₃ است (لايه بيروني لايه اي است كه در تماس با بخار است) اين امر منجر به اختلاف دانسيته بين دو لايه مي شود. لايه داخلي چگالتر و لايه بيروني متخلخل شكننده بوده و در طي عملكرد ديگ بخار به مرور بر ضخامت اين دو لايه اضافه مي‌گردد و باعث جدايي از سطح مي‌شود، كاهش تشكيل و جدايي اين لايه ها مانع مسدود شدن لوله ها(Clogging up) در نواحي خم و Super heaterهاي آويزان و باعث جلوگيري از ورود به توربين و نهايتا پيشگيري از تخريب سريع لوله‌ها خواهد شود. موارد زير مي‌تواند از ميزان اين نوع خوردگي كاسته ويا از تخريب سريع لوله‌ها بكاهد:

1. انتخاب لوله‌هاي از نوع فولاد زنگ نزن با دانه‌بندي ريزتر مفيدتر است كه معمولا دانه‌بندی 8.5-10 توصیه شده است.

2. انتخاب لوله‌هاي فولادي زنگ نزن با كيفيت برتر از نظر شرايط سطح داخلي.

3. انتخاب لوله‌هاي فولادي زنگ نزن متناسب با شرايط دماي كاركرد.

4. كنترل و نظارت بر دما درحين سرويس دهي به منظور جلوگيري از پديده Over heat

5. در خلال توقف ديگ بخار برش قسمتي از لوله ها بعنوان نمونه گيري و يا استفاده از اشعة γ

به جهت آگاهي از ميزان خوردگي و نيز پاك سازي داخل لوله ها با شيوه‌هاي شستشوي شيميايي، شستشو با بخار و يا دميدن هوا توصيه مي‌شود.

   حمله هيدروژني (Hydrogen Attack):

حمله هيدروژني نوع شكستگي درون بلوري (Intercrystallin) است كه هيدروژن وارد مرز دانه‌هاي فولاد شده و تحت شرايط ويژه‌اي از نظر دما و فشار با كربن فولاد واكنش داده و متان ايجاد مي‌شود. حجم متان در مقايسه با حجم اشغالي اتم‌هاي كربن و هيدروژن بسيار زياد است بنابراين واكنش منجر به اعمال فشار داخلي زيادي بين دانه‌هاي فولاد گرديده و ايجاد ترك در ساختار مي‌كند. آلودگي اسيدي و يا پايين بودن pH از جمله شرايطي هستند كه باعث توليد هيدروژن مي‌گردند.موارد زير مي‌تواند در كاهش اين تخريب مؤثر باشند:

       1.جلوگيري از ورود اسيدهاي معدني به ديگ بخار

       2.كنترل دقيق بر ميزان pH به منظور ممانعت از ورود pH به منطقه اسيدي.

 شكل زير نمونه‌اي از اصابت هيدروژني مي باشد:

َشکل 4

   خوردگی بین دانه‌ای (Intergranular Corrosion):

اين خوردگي در فولادهاي زنگ نزن (Stainless steal) رخ داده و يك تخريب موضعي در مرز دانه‌هاست هنگامي‌ كه فولاد در محدوده 500 تا 800 درجه سانتی‌گراد حرارت داده مي‌شود و يا در اين حدود آرام سرد شوند، كربن از محلول جامد جدا شده و در مرز دانه‌ها رسوب مي‌كند و به علت تمايل زياد كُرم به آن، مقداري كُرم به طرف آن‌ها كشيده شده و توليد باند كاربيد كُرم مي‌كند. عقيده بر اين است كه مناطق مجاور مرز دانه‌هاي كه بدين ترتيب از مقدار لازم كرم فقير مي‌شوند مقاومت كافي در برابر بعضي محيط‌هاي خورنده را ندارند، نمونه اين نوع پديده درحين خمكاري لوله‌هاي زنگ نزن Super Heater رخ مي‌دهد كه بايستي پس از خمكاري عمليات حل نمودن كاربيد كُرم را انجام داد. براي كنترل اين خوردگي روش‌هاي ذيل پيشنهاد مي‌شود:

1. در صورتي كه لوله‌ها تحت دماي بالايي قرار گرفته‌اند بايستي بر روي آن‌ها عمليات حرارتي محلولي انجام شده و سپس سريعا در آب سرد شوند.

2. انتخاب فولادهاي زنگ نزني كه داراي عناصر پايدار كننده باشند.

        3.انتخاب فولادهاي زنگ نزني كه داراي كربن كمتر از 0.03% باشند.

   سایش (Errosion):

در ديگ‌هاي بخار تخريب ناشي از سايش به مفهوم از بين رفتن يك فلز در اثر حركت يك سيال بر روي سطح فلز است كه دو نوع سايش خارجي ناشي از برش خاكستر و يا گاز خروجي و سايش داخلي ناشي از حركت سيال آب يا بخار در داخل تجهيزات ديگ بخار است. براي مقابله با آن به مواردي مانند كاربرد مواد با مقاومت بالا، طراحي صحيح مسيرها، كاربرد پوشش‌ها و كنترل دقيق بر روي عملكرد Desuperheater اشاره مي‌شود.

شکل 5	شکل 6

خوردگي و ته نشست هاي قسمت كوره:

كوره‌هايي كه در آن‌ها از نفت به عنوان سوخت استفاده مي‌شود، به علت اجزاء شيميايي موجود در آن‌ها، دچار خوردگي شده و در آن‌ها رسوب و ته نشست تشكيل مي‌شود. اين در كوره‌هايي كه از ذغال سنگ استفاده مي‌كنند، آن‌چنان شديد مي‌باشد و در كوره‌هايي كه از گاز طبيعي استفاده مي‌كنند اصولا چنين مشكلاتي ايجاد نمي‌گردد. بنابراين، اين مشكل منحصر به سوخت‌هاي مايع مي‌شود. در يك كوره احتراق بايد از احتراق ناقص سوخت يا مصرف غيرضروري سوخت به علت هواي اضافي جلوگيري شود و از تشكيل لجن و جرم در مخازن سوخت و به جاماندن جرم‌هاي عايق برروي لوله‌ها و سخت افزارهاي محافظ جلوگيري كرد. بمب‌هاي دود معيار مناسبي براي كنترل نمودن وضعيت كوره از نظر ميزان نشتي در هواي مصرفي كوره مي‌باشد. در باقي مانده سوخت كوره ها، اجزاي فلزي مختلفي از جمله آهن، نيكل و واناديوم هستند. واناديوم غير فرار، كه در تفاله هاي توليد شده در سوخت مايع سنگين به صورت تغليظ شده وجود دارد، اثر خورندگي شديدي بر روي آجرهاي نسوز رسي (Refractory) كور‌ه‌ها دارد اين در حالي است كه آجرهاي آلومينيومي و منيزيمي تأثيرپذيري كمتري از خود نشان مي‌دهند، اكسيدهاي واناديوم كه داراي نقطه ذوب پاييني باشند، با خاك رس تشكيل سنگ بادي شيشه‌اي سخت و محكمي مي‌دهند كه به سختي قابل زدودن مي‌باشد.

سيستم پيش مشعل Preburner سوخت مايع شامل مخزن ذخيره سازي، پيش گرمكن نفت و صافي مي باشد . پليمريزاسيوني كه در اثر تماس با آب رخ مي دهد، در سوخت كوره توليد لجن و گل ولاي مي نمايد كه در پيش گرمكن روغن، ته نشين شده و سبب مسدود شدن صافي و نازلهاي مشعل مي گردد و باعث افت در مقدار سوخت قابل مصرف دارد . درحالت خيلي حاد، وقتي لجن هاي آبي به مشعل وارد مي شوند، ممكن است سبب خاموش شدن شعله گردند . بنابراين براي يكنواخت نگه داشتن آب و نفت از حلالهاي فعال سطحي به منظور پراك ندگي لجنها به صورت سوسپانسيوني استفاده مي كنند.

به طور كلي مي‌توان حداكثر غلظت واناديوم را در قسمت تشعشعي و حداكثر مقدار سولفات‌ها در قسمت جابه جايي و حداكثر مقدار آهن را در قسمت‌هاي كولر، جايي كه خوردگي به دليل كندانس شدن اسيد سولفوريك افزايش مي‌يابد داشت بنابراين بايد نفت كوره را قبل از مشعل بهسازي نمود براي اين منظور از افزودني‌هايي مانند اكسيد منيزيم، هيدروكسيد منيزيم، كربنات و سولفات منيزيم استفاده مي‌شود و آهك دولوميت موادي است كه منجر به تغيير تفاله‌ها به رسوبات پودري شكل و سست مي‌گردند. يكي از معايب اين افزودني‌ها، بالا بردن ميزان خاكستر نفت كوره و افزايش ذرات معلق در خروجي دودكش و همچنين ايجاد سايش در نوك مشعل‌ها مي‌باشد. بنابراين در طي يك تحقيق گسترده يك تركيب بسيار مؤثر جهت اصلاح خاكستر ايجاد گرديد كه شامل اكسيد منيزيم، اكسيد آلومينيوم است كه به صورت سوسپانسيون در يك نفت سبك حل شده مي‌باشد. واكنش اين تركيبات افزودني با نفت كوره، در نواحي سطوح و لوله‌هاي بيشتر از فاز گاز رخ مي‌دهد.

جهت افزايش احتراق مي‌توان به نفت كوره، كاتاليست‌هاي اكسيدي اضافه كرد و به منظور كاهش ميزان دود و دودة سياه بسيار مناسب مي‌باشد. البته بايد توجه داشت كه تنظيم مناسب سوخت به هوا و تنظيم نمودن وضعيت مشعل كارايي بهتري دارد تا اضافه كردن منگنز به سوخت.

   خوردگي تجهيزات قبل از ديگ هاي بخار:

در ديگ‌هاي بخار با فشار بالا، نقص عمده لوله‌ها بروز خوردگي در تجهيزات قبل از ديگ بخار مي‌باشد. محصولات اين خوردگي، شامل اكسيدهاي مس، اكسيد آهن (П)، مگنتيت، اكسيد نيكل، اكسيد روي و اكسيد كروم مي‌باشد كه همگي در اثر بروز خوردگي تجهيزات قبل از ديگ بخار و كندانس به وجود مي‌آيند و به صورت ذرات پراكنده در آب خوراك ظاهر مي‌شوند. اين محصولات ناشي از خوردگي به مناطق مختلفي مي‌چسبند که عبارتند از:

- نقاطي كه در آن انتقال حرارت بالا مي‌باشد.

- جاهايي كه جريان آب نسبتا كند مي‌باشد.

- قسمت‌هاي خميده لوله‌ها به طوري كه جهت از عمودي با افقي تغيير يابد.

اگر چه توده اكسيدهاي آهني ناشي از خوردگي‌هاي به وسيله اكسيژن و دي اكسيد كربن در لوله‌كشي‌هاي آب كندانس پديد مي‌آيند با اين حال اكونومايزرها نيز به واسطه آن‌كه محتوي آب خيلي داغ مي‌باشند مستعد خوردگي حفره‌اي شديد خواهند بود. بنابراين لازم مي‌باشد اين تجهيزات در هر فرصتي از نظر خوردگي اكسيژن بازرسي كامل شوند. به منظور به حداقل رساندن اكسيدهاي مس و نيكل از قسمت‌هاي كندانسور و يا از قسمت آب خوراك پيش‌گرمكن‌ها بايد عملكرد دستگاه هوازدا بررسي شود و ميزان اكسيژن به طور دائم كنترل شود. بروز حملات عوامل خورنده در سيستم هوازدا همواره وجود دارد مخصوصا در جايي كه براي به دست آوردن آبي با سختي كم و درجه قلياييت پايين كه از روش جريانات انشعابي استفاده مي‌شود، زياد خواهد بود. خوردگي در تجهيزات قبل از ديگ بخار را مي‌توان با اقدامات گوناگوني متوقف نمود:

 - حذف اكسيژن

 - استفاده از آمين هاي تشكيل دهنده فيلم Filming Amine

-  استفاده از اجناس مناسب جهت ساخت تجهيزات

 - استفاده از آمين هاي خنثي كننده Neutralizing Amine

 - فيلتر نمودن جريان آب (كندانس)

مهمترين اين مراحل، حذف اكسيژن در ديگ‌هاي بخار (psi 900)  با عمل هوازدايي و همچنين با اضافه نمودن هيدازين جهت از بين بردن اكسيژن میسر مي‌گردد. غلظت هيدرازين بايد 1.5 برابر غلظت اكسيژن در قسمت مخزن ذخيره سيستم هوازدا باشد. در مواردي كه خوردگي شديد مس در كندانسور رخ دهد، مي‌توان هيدرازين را به درون جريان بخار در توربين‌هاي با فشار پائين تزريق نمود.

آمين‌هاي تشكيل دهنده فيلم در شرايط ايده آل، تنها 75 درصد از لوله‌هاي قسمت آب كندانس را محافظت مي‌نمايند، حتي به علت تشكيل مگنتيت سياه و مومي شكلي باعث مسدود شدن صافي‌ها و تله‌هاي بخار عامل توقف‌هاي ناشي از سرعت بالا به واسطه ضربه، انباشته شدن رسوبات داخل ديگ بخار و در بعضي مواقع باعث ممانعت و اختلال در گردش آب درون مسيرهاي مورد نظر مي‌شوند. آمين‌هاي خنثي كننده مانند مرفولين، سيلكوهگزيل آمين و يا تركيبي شامل هر دو در pH هاي بالا براي به حداقل رساندن خوردگي ناشي از اسيد كربنيك درجريان آب كندانس مي‌توان اضافه كرد. اين مواد توانايي مخلوط شدن با هيدرازين را داشته و به قسمت مخزن ذخيره‌سازي در سيستم هوازدا و يا گاهي، در خروجي هوازدا تزريق مي‌شوند. مقدار اين مواد بايد معين باشد تا pH خروجی 8.5-8.8 باشد. در دماهاي بالاتر از 570 درجه تركيب  نمي‌تواند بقا داشته باشد و به  تبديل مي‌شود. بنابراين اگر فولادهايي را كه توسط لايه اي از مگنتيت پوشيده شد‌ه‌اند حرارت بالاتر از 570 درجه دهيم، لايه اي از FeO بين سطح فولاد و لايه مگنتيت ايجاد شده و لايه مگنتيت فرو می‌ريزد. دليل مهم بودن اين امر آن است كه فولاد تحمل دماي بالا را براي مدت طولاني ندارد.

براي زدودن مس و روي از داخل آب خوراك، آلياژهاي غير آهني را در تجهيزات قبل از ديگ بخار حذف مي‌نمايند و به جاي آن‌ها، سطوح كندانسورها از جنس فولاد ضد زنگ و پيش‌گرمكن‌هاي آب خوراك از جنس فولاد كربني ساخته شوند. اگر چه فولاد ضد زنگ تمايل زيادي براي خوردگي حفره‌اي در زير رسوبات دارد و همچنين در صورت تماس با يون كلريد مستعد خوردگي تنشي است كه مي‌توان با اضافه نمودن موليبدن تا حدي خوردگي تنشي را كاهش داد.

معضلات ديگ بخار

   ته نشستهاي تشكيل شده از آب:

لايه‌هاي چسبنده و پيوسته از مواد خارجي تشكيل شده را scale  رسوب گويند. اين مواد به علت وابستگي به دما معمولا در سطوحي كه در آن‌ها انتقال حرارت صورت مي‌گيرد تمايل زيادي به كريستاليزه شدن دارند. اين رسوبات به عنوان عايق عمل كرده و از انتقال حرارت به آب ديگ بخار جلوگيري مي‌كنند و متعاقبا فلز به طور موضعي گرم شده و تخريب ساختاري پيدا مي‌كند. هر چه ميزان مواد شيميايي افزايش يابد از ايجاد رسوب جلوگيري مي‌شود، ذرات در چرخش آب به صورت پراكنده درآمده و به وسيله Blow Down خارج مي‌شوند. ايجاد رسوب در ديگ زماني رخ مي‌دهد كه:

- عملكرد شيميايي در درون ديگ بخار ناقص باشد.

- مواد تشكيل دهنده رسوب (آهن، منيزيم، كلسيم، سيليسيم ) در آب خوراك به ميزان بالا برسد.

- مشعل‌ها به طرز صحيحي تقسيم نشده باشند.

بيشتر رسوبات در لوله‌هاي Super Heater مشاهده می‌شوند، جايي كه تشكيل و توسعه آن‌ها به ميزان قابل توجهي تحت تأثير جهت مشعل مي‌باشد. رسوب گذاري مداوم جامدات معلق به صورت محصولات خوردگي شامل ذرات فرسوده شده فلزات از روي قطعات همچون چرخ دنده‌ها، پره‌ها و شفت‌هاي تلمبه‌ها يا رسوبات ريز و آلودگي‌هايي كه به هنگام راه‌اندازي به درون مخزن وارد مي‌شوند، بوده و مجموعا به صورت ته‌نشست‌هاي نرم و لخته‌اي شكل در مخزن و لوله‌هاي اصلي ديواره آب (Water wall header) رسوب مي‌كنند. در غياب اصلاح كننده‌هاي لجن (Sludge Conditioner) رسوبات اغلب بر روي سطوح لوله‌هاي اصلي ديواره آب، پخته، سخت و محكم مي‌شود و از گردش آب در قسمت‌هاي حساس جلوگيري مي‌كند. شكل‌هاي زير نمونه‌اي از ايجاد رسوب وخوردگي در لوله مي‌باشد.

شکل 7	شکل 8

مكانيسم تشكيل رسوبات:

اجزاء تشكيل دهنده رسوبات موادي هستند كه در شرايط داخل ديگ حل نمي‌شوند. تركيب دما و فشار تشكيل املاح كلسيم را با مشكل مواجه مي‌كند. در مورد بعضي از املاح حلاليت آن‌ها با افزايش فشار و دما كاهش مي‌يابد، در صورتي كه افزايش دما تعادل واكنش زير را به سمت راست مي‌برد و باعث رسوب  تشكيل می‌شود.

هيدروليز بي‌كربنات اضافي، غلظت يون را افزايش مي‌دهد و رسوب مي‌كند كه ضريب حلاليت آن است. حلاليت به سرعت با افزايش دما كاهش مي‌يابد و يك پوشش سخت و چسبنده روي لوله‌هاي ديگ بخار بخصوص در نقاطي كه مقدار فلاكس حرارتي زياد است توليد مي‌كند. رسوبات شامل آلومينيوم، منيزيم، كلسيم و سيليكات مي‌باشند.

-اصلاح كننده هاي لجن به روش‌هاي زير عمل مي‌كنند:

1. افزايش دادن حلاليت برخي تركيبات كم محلول مثل پلي‌اكريلات‌ها

2. رشد كريستاليزاسيون، اگر چه در فشارهاي بالاتر از psi 900 مؤثر نمی‌باشند مانند پلي‌اكريلات، پلی‌متا اكريلات، ...

3. باتعيين اندازه كريستال‌ها هنگامي كه پليمرهاي كربوكسيله تعيين كننده اندازة ذرات هيدروكسيد آهن(Ш) باشند، پليمرهاي سولفونه نيز چنين اثري بر روي نمك‌هاي كلسيم و منيزيم خواهند داشت.

4. با پخش و پراكنده نمودن ذراتي كه غير قابل حل شدن مي‌باشند.

در ديگ بخار كثيف يا داراي رسوب، در صورت ايجاد تغييرات در عوامل عملياتي از جمله آب جبراني و يا ميزان Blow Down ممكن است موجب كنده شدن رسوبات از روي سطح فلز شده و باعث پوسته و ورقه شدن رسوبات مي‌گردد اين امر موجب بسته شدن لوله‌هاي اصلي و همچنين مسدود شدن لوله‌هاي Blow Down و ديگر مسيرهاي عبور آب مي‌شود و باعث بالا رفتن غلظت جامدات نامحلول و همچنين قليايي شدن محيط مي‌گردد، ضمن آن‌كه احتمال كف كردن نيز وجود دارد. بنابراين توصيه مي‌شود در عمليات بهسازي جديد ديگ‌هاي بخار، غلظت پراكنده كننده‌ها به تدريج طي يك دوره دو هفته‌اي افزايش مي‌يابد تا ميزان مواد باقيمانده به حد مناسب برسد. پراكنده كننده‌هاي مورد استفاده در ديگ‌هاي بخار ممكن است سبب باز شدن مجدد نشتي‌هاي مسدود شده قبلي در Hand Hole Gasket و ديگ‌هاي جديد گرديده و سبب رها شدن ميزان زيادي رسوبات نرم گردد، مگر آن‌كه قبل از شروع بهسازي تنظيم ديگ بخار عمليات Alkaline boil-out صورت گرفته باشد.

شکل 9

دستور العمل‌هاي شستشوي شيميايي

شستشوي شيميايي به مراتب سريع‌تر و با صرفه‌تر از شستشوي روش‌هاي مكانيكي از قبيل برس زني، چكش كاري و جت زني مي‌باشد كه مي‌توان به عمليات تميزكاري مقدماتي، تميزكاري در حين سرويس و اسيد شويي ديگ‌هاي بخار و احياي رزين‌هاي تبادل كننده يوني اشاره نمود.

شکل 10

بايد تجهيزاتي كه در آن‌ها تبادل حرارتي رخ مي‌دهد قبل از در سرويس قرار گرفتن تحت عمليات قليايي Boil out قرار بگيرند تا برش‌هاي روغني، رسوبات كم ضخامت، روغن‌هاي روان‌كننده و ذرات ناشي از درزهاي لوله‌كشي مواد كه هنگام ساخت و نصب تجهيزات حاصل شده‌اند، زدوده شود.

Boil out به منظور شستشو سطح فلز و تشكيل يك لايه محافظ يكنواخت و از جنس مگنتيت بر روي سطح مي‌باشد. در صورت تميز كاري مقدماتي ناقص خوردگي حفره‌اي رخ می‌دهد. به منظور شستشوي ديگ‌هاي بخار در حال سرويس، تركيب آب جبراني تغيير مي‌كند و يا در سرعت Blow Down تغيير رخ می‌دهد. لخته‌هاي نرم و لجني شكل و همچنين خرد شدن رسوبات ديگ‌هاي بخار موجب بسته شدن خطوط اصلي و انسداد لوله‌هاي می‌شود در ضمن مانع انجام عمل گردش آب در سيستم ديگ بخار مي‌گردد بنابراين براي حذف رسوبات از فرايند شستشوي در حال گردش استفاده مي‌كنيم.  هميشه امكان پيش بيني تأثير يك محلول شيميايي بر روي يك رسوب وجود ندارد اگر زدودن رسوب سولفات كلسيم مورد نظر باشد از هيدروكسيد سديم استفاده مي‌شود. هنگام بررسي محل و ضخامت رسوبات و تشخيص نوع آن‌ها يكي از لوله‌هاي ديواره آب به طور نمونه تميز مي‌گردد تا مشخص گردد چه نوع روشي براي شستشوي شيميايي مناسب است تا بر اساس آن حلال مناسب تهيه گردد. انتخاب حلال مناسب با روش‌هاي زير صورت مي‌گيرد:

         - تجربه

         - به وسيله آزمايش ميزان حلاليت رسوب در محلول‌هاي شيميايي مختلف

از جمله حلال‌هاي پر مصرف محلول رقيقي از اسيد هيدروكلريك مي‌باشد كه جهت حفاظت سطوح فلز مورد شستشو مقداري بازدارنده خوردگي به آن اضافه مي‌گردد. تركيب مفيد ديگر تيواوره است.

عمليات اسيد شويي ممكن است به دلايل زير صورت گيرد:

1. جهت كاهش ضخامت لايه مگنتيتي و همچنين حل كردن رسوباتي از جنس اكسيدهاي مس، روي و آهن.

2. آماده كردن ديگ بخار به منظور تغيير و تحول و بهسازي دروني

3. بهبود انتقال حرارت

4. پيش گيري از توقفات ناخواسته

عميات اسيد شويي در صورت تكرار زياد صدماتي را به مناطقي نظير نقاط جوشكاري شده، لوله‌هايي كه به طور مناسب رول نشده باشند، فلزات سردكاري شده، رزوه‌هاي پيچ‌ها. بعد از عمليات اسيد شويي داراي ترك‌هاي طولي، زبري‌هاي انتهاي لوله، ساييدگي شديد و خوردگي عميق حفره‌اي و سوراخ‌هاي متعدد هستيم. بنابراين بر روي لوله‌ها آزمايش التراسونيك انجام مي‌گيرد تا از سالم بودن آن‌ها اطمينان حاصل شود. غلظت محلولي كه براي عمليات شستشو استفاده مي‌شود به ديگ بخار بستگي دارد كه آيا ديگ بخار چندين سال بدون عمليات تميزكاري در سرويس بوده يا بازرسي فني وجود رسوب را تأييد كرده است.

اسيد كلريدريك نيازي به هم زدن يا چرخش دادن ندارند و صرفا با پر نمودن ديگ بخار توسط محلول و خيساندن رسوبات در مدت زمان مناسب و قابل قبولي رسوبات زدوده و برطرف مي‌شوند. محلول‌هاي شستشو دهنده ديگر، با يد حداقل با سرعت 1 فوت بر ثانيه مورد چرخش قرار گيرند تا بتوانند رسوبات را در مدت زمان قابل قبولي تميز نمايند. اگر تركيبات بهسازي كننده لجن از نوع آلي جهت بهسازي داخلي استفاده شوند، همچنين اگر احتمال حضور كثافات و گرد و غبار وجود داشته باشد در اين صورت بايد قبل از اسيد شويي عمليات شستشوي قليايي گرم صورت گيرد.

مقدمات عمليات اسيد شويي آن است كه ابتدا ديگ بخار از سرويس خارج مي‌گردد، سپس لوله‌ها توسط آب گرم، شستشو داده می‌شوند و پس از آن‌هاي خروجي باز شده و پروانه‌هاي هوادهي نيز روشن شده و ديگ بخار را تا درجه حرارت سرد مي‌كنند، بايد تمامي منفذهاي كوره شامل دمپرها و همچنين دريچه‌هاي مشعل‌ها بسته شوند تا گرماي ديگ بخار حفظ شود هرگز نبايد از تابش مستقيم شعله استفاده نمود. پس از برطرف كردن نشتي‌هاي احتمالي ديگ بخار جهت شستشوي شيميايي در اختيار پيمانكار قرار مي‌گيرد. پيمانكار بايد قبل از تلمبه نمودن محلول شستشو به داخل ديگ بخار از دماي ديگ بخار در حد مورد نظر اطمينان حاصل كند كه با اندازه گيري قسمتهاي انتهايي‌هاي ديگ بخار اين كار صورت مي‌گيرد اگر چه اين اندازه گيري به علت نازكي اين قسمت‌ها دقيق نمي‌باشد. پيمانكار بايد ابتدا ديگ بخار را با آب گرم پر كرده، دماي اين آب در حدود دماي مطلوب مي‌باشد پس از عبور آب، ديگ بخار را از محلول اسيد پر كرده و به ديگر قسمت‌ها تلمبه مي‌كنند. چون حجم اسيد مورد نياز براي شستشو زياد مي‌باشد ابتدا آب به داخل ديگ بخار جريان مي‌يابد بعد غلظت اسيد رفته رفته زياد شده تا به غلظت مورد نظر برسد. معمولا اجازه مي‌دهند ديگ بخار براي مدت 6 ساعت بدون چرخش محلول خيس بخورد در اين حالت اسيد كلريدريك رسوبات را در خود حل مي‌كند در صورت رسوبات زياد، زمان اقامت افزايش مي‌يابد. بعد از اتمام عمليات اسيد شويي، محلول اسيد توسط گاز نيتروژن به داخل شيلنگ‌هاي تخليه پايين فرستاده مي‌شود. ديگ بخار دوباره توسط آب هوازدايي شده، پر و تحت پوشش گاز نيتروژن به خاطر پيش‌گيري از زنگ زدگي ناگهاني تخليه مي‌شود. تماس ديگ بخار با هوا در اين مرحله سبب وقوع خوردگي حفره‌اي به وسيله اكسيژن مي‌شود. يك روش كه علي رغم هزينه بالا داراي مزيت و كيفيت بالا مي باشد شستشوي ديگ بخار توسط يك نمك آمونياكي از تركيبات مي‌باشد، اين روش داراي مزاياي محسوسي نسبت به روش‌هاي شستشو با اسيد دارد كه عبارتند از:

         -كاربرد محلول قليايي ملايم به مراتب ايمن تر و ساده تر از اسيد مي‌باشد.

         - گردش محلول با روشن نمودن ديگ بخار بهتر از به كارگيري تلمبه، در خارج از ديگ بخار مي باشد.

         - از آن‌جايي كه در حين شستشو هيچ گونه ته نشيني صورت نمي‌گيرد، رسوبات غالبا به طور كامل حل شده و پس از عمليات تميز كاري قليايي، تميز كاري دستي به حداقل مي‌رسد.

         - تنها يكبار شستشو توسط آب كافي نخواهد بود.

         - به واسطه رويين شدن سطوح ديگ بخار در حين تزريق هوا نياز ي به عمليات رويين سازي توسط محلول‌هاي مورد نظر نمي‌باشد.

         - محلول خروجي را مي‌توان با سوزاندن از بين ببرد.

         - شدت خوردگي فولاد در حلال قليايي بسيار جزئي بوده و در حدود mpd 0.3-0.5 مي‌باشد

در شستشوي كوره ها و توربين ها كه در اغلب موارد به روش مكانيكي می‌باشد به علت انحلال سولفات در آب كه عمده رسوب ايجاد مي‌باشند، از آب به عنوان عامل مرطوب كننده غيريوني استفاده مي‌شود. بعد از اشباع كردن رسوبات با اين محلول به مدت 1 الي 2 روز، پوسته نمك حل شده و توده رسوب با استفاده از جت آب زدوده مي‌شود. به طور كلي روش‌هاي شستشوي شيميايي بهتر است توسط پيمانكاران مجرب كه تجهيزات مناسب را در اختيار داشته و داراي ليسانس و مجوز كاربرد روش‌هاي انحصاري دارند، انجام گيرد.

در رزين‌هاي تبادل يوني، تمايل به Discard شدن، نشانه كاهش ظرفيت تبادل در رزين‌ها مي‌باشد. اين امر به علت آلوده‌كننده‌هاي گوناگوني مي‌باشد كه در برابر واكنش‌هاي تبادلي مقاومت مي‌كنند. يكي از آن‌ها آهن مي‌باشد اين عنصر مي‌تواند به صورت مكانيكي در مبدل‌ها به صورت ذرات زنگ با توده‌هايي غير محلول يافت شود يا به صورت گروه‌هاي فعال يونيزه شده در رزين قابل دسترس باشد، مي‌توان اين ذرات يا توده‌ها را با استفاده از عمليات شديد شستشوي معکوس Back flushing برطرف نمود ولي توده‌هاي ژلاتيني شكل  ₃(OH)Feكه مقاوم و سخت مي‌باشند با استفاده از محلول اسيد هيدروكلريدريك 10درصد به همراه 0.1 تا 0.2 درصد مواد بازدارنده خوردگي عمل شستشو را انجام می‌دهيم، پس از طي زمان خيساندن، محلول اسيد جهت دفع به سمت كاميون رو باز تلمبه مي‌شود و سپس واحد مورد نظر به خوبي شستشو داده مي‌شود تا اسيد موجود شسته وخارج شود براي اطمينان از خروج كامل اسيد ، به مدت 30 دقيقه در جهت معكوس شستشو را ادامه مي‌دهيم، بعد رزين را توسط كلريد سديم، مجددا احياء مي‌كنيم مي‌توان يون آهن را با تصفيه نمودن رزين توسط هيدروسولفيت سديم، برطرف نمود.

روغن‌ها در رزين‌هاي تبادل كاتيوني معمولا باعث بروز فولينگ مي‌شوند، براي تميز كردن مواد آلوده به روغن كافي است از درون بستر رزين، محلول ملايم حاوي 0.1 درصد از عامل مرطوب كننده غير‌يوني عبور داد. در مورد روغن‌هاي سنگين بعد از احياء توسط هيدروژن با محلول رقيق هيدروكسيد سديم حاوي عامل مرطوب كننده شستشو داده شوند.

مواد آلي نظير تانين‌ها، فنل‌ها كه در آب‌هاي سطحي حضور دارند توسط محلول دترجنت قليايي برطرف مي‌شوند ولي محصولات ناشي از فساد اكسايشي در رزين‌هاي تبادل كاتيوني به نوبه خود به صورتي برگشت ناپذير جذب رزين‌هاي آنيوني شده و قابليت تبادل آن‌ها براي هميشه كاهش مي‌يابد.

 منبع : واحد تحقیق و توسعه شرکت پویا شیمی شکوفا