علل خوردگی در سیکل آب و بخار

خوردگی عبارت است از انهدام و فساد یا تغییر و دگرگونی در خواص و مشخصات مواد (عموما فلزات) به علت واکنش آن‌ها با محیط اطراف. در حقیقت خوردگی پدیده ای است که به طور طبیعی انجام می‌شود و در نهایت باتغییرات انرژی ماده مورد نظر، همراه است. نیروی محرکه لازم برای انجام واکنشهای خوردگی، ناشی از انرژی شیمیایی است.
مهم‌ترین عواملی که در واکنشهای خوردگی دخالت مؤثر دارند عبارتند از درجه حرارت، فشار، سرعت، اختلاف پتانسیل، زمان، عملیات حرارتی، تنش، تشعشع، خواص فلزی، شرایط سطحی، ناخالصی محیطی و عواملی نظیر اختلاف دمیدگی (هوادهی) درسطوح مجاور با الکترولیت‌ها و اختلاف غلظت و PH در نقاط مختلف از سطح فلزی که در محیط خورنده قرار گرفته که این عوامل سبب ایجاد مناطق آندی و کاتدی می‌شوند. همچنین اثرات بیولوژیکی ماکرو ارگانیزمها یا میکرو ارگانیزمها در خوردگی و صدمات وخطرات آن‌ها آشکار شده است. خوردگی موجب زیانهای مستقیم و غیرمستقیم نظیر تغییردر طراحی، کاهش بازده، آلودگی و اتلاف محصولات، توقف دستگاه‌ها و واحدهای عملیاتی و هزینه های بیشتر تعمیرات و نگهداری می‌شود.
مهم‌ترین و معمول‌ترین روشهای کنترل خوردگی عبارتند از حفاظت کاتدی و آندی، مواد کندکننده، پوشش‌ها، انتخاب مواد و طراحی مناسب دستگاه‌ها، که با توجه به نیاز ازروشهای مناسب استفاده می‌شود.

در نیروگاههای بخاری، آب تغذیه، قبل از ورود به دیگ بخار باید گرم شود. استفاده ازسوخت یا بخاری که به قیمت بالا تهیه شده است برای گرم کردن آب تغذیه، مقرون به صرفه نیست، زیرا در توربین از این بخار کار مفیدتری می‌توان گرفت؛ لذا پس از انجام کار مفید بخار در توربین، مقداری بخار از طبقات میانی توربین گرفته شده وبرای گرم کردن آب سیکل استفاده می‌شود. تغییر اندکی در بازده نیروگاه به ویژه نیروگاه فسیلی می‌تواند اختلاف قابل توجهی در هزینه های سالانه سوخت به وجود آورد.
پس از شروع بهره برداری از واحدهای بخار به تدریج مشکل گرفتگی کنترل والوهای هیترهای فشارقوی، افزایش یافت وجزو برنامه های تعمیراتی منظم در آمد. کنترل والو وسیله ای است که برای کنترل فلوی سیال یا فشار آن بکار می‌رود.
اکسیدهای آهن موجب انسداد منافذعبور بخار کنترل والوها (Cage) و نهایتا افت فشار و فلو می‌شود که الزاما پس از ایزوله هیترها برای تمیزکاری کنترل والوها اقدام می‌شود. گرمکنها به سه نوع فشار پایین (LP)، فشار متوسط (IP) و فشار بالا (HP) تقسیم می‌شوند. گستره فشار قسمت پوسته (فشار بخار) در گرمکن فشار پایین از خلأ نسبی تا چند صد Psia (چند هزار کیلوپاسکال) است و این فشار در گرمکنهای فشار بالا ممکن است از (Psia 1200 8/27 MPa) هم فراتر رود.
مواد مورد استفاده در گرمکنهای فشار پایین نیروگاههای فسیلی زیر فشار بحرانی، فولاد زنگ نزن نوع 304 و آلیاژ 90-10 مس - نیکل است. در گرمکنهای فشار بالا، بیشتر از فولاد زنگ نزن 304 و آلیاژ 70-30 مس - نیکل (مانل آب دیده) استفاده می‌شود. استفاده از آلیاژ 70-30 مس - نیکل که تنش آن آزاد شده باشد وفولاد کربنی، معمول است.
با توجه به نتایج آزمایش‌ها و بازرسیهای چشمی، وجود خوردگی و تشکیل رسوب ناشی از ضایعات خوردگی در هیترهای فشارقوی و کنترل والوهای مربوط، محرز شد. به طور متوسط دو تا سه بار در هر ماه کنترل والو برای رسوب زدایی، منافذ عبور بخار، باز وهیتر مربوط، ایزوله می‌شد. این امر ضمن افزایش استهلاک کنترل والو، موجب افزایش مصرف سوخت و دمای گاز در کوره (به علت جبران نقیصه خروج هیتر از سیکل تغذیه آب) شده و تکرار آن مقدمه ای برای اورهیت شدن لوله های بویلر و شوکهای حرارتی است.
رسوبات روی کنترل والو، سیاه و سخت بوده و در بعضی موارد تمیزکاری بااستفاده از دستگاه تراش انجام می‌شود. آزمایشهای کیفی به عمل آمده نشانگررسوباتی متشکل از اکسیدهای آهن سه ظرفیتی بود. با توجه به شکننده بودن لایه اکسید محافظ مگنتیت و از طرفی سخت بودن رسوبات موجود، تشخیص داده شد که ترکیب حاصل، احتمالا مخلوطی از Fe3o4 و Fe(OH)2 بوده که با توجه به افت فشار در منافذ عبورکنترل والو رسوب کرده و بر اثر دما و فشار، چسبیده و سخت شده است. طی بررسیهای به عمل آمده و آزمایشهای متعدد در ورودی و خروجی مسیر هیترهای فشارقوی و نهایتا آب مسیر تغذیه بویلر، نوسانات شدید مقدار آهن در مسیر آب تغذیه، دیده شد. این مقادیر از حدود حداکثر غلظت مجاز 10 تا 20 میکروگرم تا یک میلی گرم در لیتر در زمانهای مختلف تغییر می‌کرد. جریان آب تغذیه به طور دائم مواد ناشی از خوردگی در داخل مسیرلوله های همان آب تغذیه و اجزای آن حاصل می‌شود، وارد مولد بخار می‌کنند. ترکیب اصلی مواد ناشی از خوردگی که همراه آب تغذیه وارد می‌شوند، اکسیدهای آهن ومس است.
از جمله موارد قابل توجه، بالا بودن مقداراکسیژن در مسیر آب تغذیه خروجی ازکندانسور و وجود زنگ آهن در پساب رزینهای کاتیونی واحد پالیشینگ بود که موجب تغییررنگ شدید آب خروجی از رزینهای کاتیونی در زمان بکواش، می‌شد.
همچنین با توجه به حوادث بهره برداری و روش نگهداری و راه اندازی واحد، لازم بودکه عوامل ایجاد و ورود اکسید آهن در سیکل آب و بخار با دقت بیشتری بررسی شود. لذااین امر طی پروژه تحقیقاتی بررسی علل خوردگی در هیترهای فشارقوی و گرفتگی کنترل والوها با ارایه راهکارهای عملی صورت گرفت.
تشکیل رسوبات در لوله های آب و بخارنیروگاههای حرارتی، تاثیر منفی بر روی تجهیزات اصلی و کمکی، بر جای می‌گذارد. صرف نظر از ترکیب شیمیایی و ساختار، رسوبات مختلف دارای ضریب انتقال حرارت کمتری نسبت به فلزات هستند. در صورت آلودگی سطوح انتقال حرارت به وسیله ناخالصی‌ها، ضریب انتقال حرارت کاهش یافته و زبری جداره‌ها افزایش می‌یابد و با کوچک شدن مقاطع عبوری، تلفات سایشی، افزایش پیدا می‌کند. تمام این موارد در شرایط درجه حرارتهای نسبتا زیاد محیط کاری مثلا در گرمکنهای بازیافتی، اکونومایزرهای دیگ بخار، کندانسورهای توربین و... در بازده کاری تجهیزات، تاثیر می‌گذارد.
در دماهای بالا، در لوله های سوپرهیت وواتروال دیگهای بخار، تغییرات ناشی ازتشکیل رسوبات، موجب اختلال در کارتجهیزات می‌شود. در چنین شرایطی درلوله های سوپرهیتر، تشکیل لایه اکسید آهن شدت یافته و جداره لوله های واتروال، نرم می‌شود و در نتیجه تحت فشار محیط کاری تغییرشکل می‌یابند و روی لوله‌ها برجستگیهای بادکرده ای، بوجود می‌آید که به مرور زمان، بزرگ‌تر شده وضخامت جداره های لوله نازک می‌شود وسپس پارگی فلز (اورهیت شدن لوله‌ها) اتفاق می‌افتد.
در مولدهای بخار درام دار در داخل جرمهای اکسید آهن تا پنج درصد مس فلزی، 10 درصد فسفات‌ها و سیلیکاتهای کلسیم ومنیزیم مشاهده می‌شود. رسوبات اکسید آهن از نظر شکل ظاهری متفاوت هستند. مانند رسوب سفت با سطح صاف و هموار، زبر ناهموار و متخلخل ورنگهای خاکستری تیره، قهوه ای متمایل به خاکستری، خرمایی تیره، قهوه ای تیره، مشکی که این تفاوتهای ظاهری، ناشی ازنحوه شکل گیری رسوبات است. مکانیسم نشست اکسید آهن بر روی سطوح فلزی که به صورت ذرات کلوییدی و درشت پراکنده درداخل آب قرار دارند، با روندهای کریستالیزه شدن مواد محلول واقعی و نظر به کاهش قابلیت حل شوندگی آن‌ها، با رشددرجه حرارت تفاوت دارد.
معلوم شده است که ذرات کلوئیدی ومیکروسکوپی، ناخالصیهای پراکنده بر روی سطح لوله های تحت گرما ایجاد می‌کنند وچسبیدن آنها به این سطوح بستگی به شارژهای الکتریکی مختلف دارد. ذرات اکسید آهن در محیط قلیایی به طور کامل شارژ می‌شوند. به وجود آمدن غلظت بسیار زیادالکترونها، یعنی قسمتهای شارژ شده منفی سطح فلز، بستگی به انتقال حرارت دارد. با توجه به این که تناسب بین فرمهای محلول واقعی، کلوییدی و درشت پراکنده اکسیدهای آهن در انواع مولدهای بخار، متفاوت است، شکل گیری رسوبات اکسید آهن به تغییرات درجه حرارت وفشارماده سیال و تغییرات کیفیت آب بستگی دارد.
شکل گیری جرمهای اکسید آهن در هر نوع بار حرارتی، جریان دارد، ولی سرعت این روند با رشد بار حرارتی به شدت افزایش می‌یابد. در صورتی که مقداراکسیدهای آهن در ماده سیال، بیشتر از میزان قابلیت حلالیت آن‌ها باشد، سرعت شکل گیری رسوبات اکسید آهن به غلظت آهن بستگی پیدا می‌کند؛ لذا خرابی لوله های واترول داخل مولدهای بخار درام دار نظر به تشکیل جرمهای اکسید آهن قاعدتٹ در قسمتهایی که دارای بیشترین بارهای حرارتی موضعی است (پایین‌ترین و بالاترین کمربند مشعل‌ها) حاصل می‌شود. هر قدر که غلظت مواد ناشی از خوردگی داخل آب تغذیه بیشتر باشد وبخصوص هر قدر که نامساوی بودن جریانهای حرارتی در سطوح تشعشعی حرارت بیشتر باشد، صدمات وارده بیشترخواهد بود.
رسوبات مسی نیز با وجود قابلیت خوب هدایت حرارتی مس به علت ساختار خاص خود و همراهی با اکسیدهای آهن وترکیبات کلسیم و منیزیم از هدایت حرارتی کمی برخوردارند. عامل مهم در شکل گیری رسوبات مسی، تغییرات بار حرارتی است و غلظت مس در شکل گیری، تاثیر چندانی ندارد.
به منظور کاهش تشکیل جرمهای اکسید آهن، مقدار مواد حاصل از خوردگی آهن در داخل آب تغذیه مولدهای بخار، تحت محدودیت بسیار شدیدی قرار می‌گیرد. برای اجرای موازین مربوط به کیفیت آب تغذیه از حیث مواد ناشی ازخوردگی، باید کار دستگاههای هوازدایی راکنترل و تنظیم و کیفیت آب تغذیه را باآمونیاک و هیدرازین در حد مناسبی کنترل کرد. همچنین فضای بخار هیترها راگاز زدایی کرد و با ایجاد لایه های ضد زنگ، مخازن، فیلترها و لوله‌ها ودی ایتورها راتحت حفاظت قرار داد، اکسیدهای آهن را توسط فیلترهای یونی جداو تخلیه و میزان اکسیژن محلول را در حداقل ممکن، کنترل کرد.
اکسیدهای آهنی که در آب تغذیه وسیکل وجود دارند تحت تاثیر درجه حرارت، PH آب و پتانسیل اکسید و احیا کننده های سیستم قرار دارند. در آب تغذیه و آب بویلرمولدهای بخار درام دار، غلظت اکسیدهای آهن معمولا از میزان قابلیت حلالیت این ترکیبات سخت حل شونده، بیشتر می‌شود به همین دلیل قسمت اعظم اکسیدهای آهن به صورت فاز جامد درمیزانهای مختلف پراکندگی قرار دارند. ذرات مگنتیت نسبت به ذرات هماتیت راحت‌تر بر روی سطوح حرارتی چسبیده و باقی می‌مانند. با توجه به تاثیر متقابل هیدرازین با اکسیدهای آهن و مس و احیای اکسیدهای آهن تا حد آهن فلزی که ذرات آن به صورت لجن در حجم آب باقی می‌ماند وقابل دفع توسط سیستم تخلیه مداوم یامتناوب (Blow Down) در بویلرهای درام دارهستند می‌توان با در نظر گرفتن میزان هیدرازین مورد نیاز برای حذف اکسیژن، مقداری هیدرازین مازاد برای انجام واکنشهای احیای اکسید آهن و مس به سیستم افزود.
علاوه بر درجه حرارت، PH ماده سیال نیز تاثیر زیادی بر سرعت واکنشهای فوق دارد. گاز نیتروژن همراه با ناخالصیهای فرار، هنگام تخلیه کندانسور و دی اریتور و هیترهااز گاز، خارج می‌شود. با در نظر گرفتن غلظت مواد موجود در آب تغذیه بر حسب میلی گرم در کیلوگرم طبق فرمول زیر میزان هیدرازین درورودی به اکونامایزر را بین 50 تا 100 میکروگرم در لیتر کنترل می‌کنند:
CN2H4 = 2Co2 + 0.5CFe+ 0.5CNo2 + 0.5Ccu
هیدرازین نه تنها بر روی آن قسمت ازمواد ناشی از خوردگی آهن که در حالت معلق در آب دیگ قرار دارند موثر است، بلکه بر روی اکسیدهایی که روی سطوح تجهیزات مسیر تغذیه و سطوح حرارتی مولد بخار نیز وجود دارند، تاثیر می‌گذارد. هر قدر که اکسیدهای آهن بر روی این سطوح بیشترباشند به همان نسبت تزریق هیدرازین نیز باید بیشتر باشد. در موقع تزریق هیدرازین به داخل آب تغذیه در صورت وجود اکسیدهای آهن، خروج اکسیدهای آهن از مسیر لوله های تغذیه به مولد بخار، افزایش می‌یابد؛ لذا برای کاهش غلظت ناخالصیهای حاصل باید ازتخلیه آب درام (Blow Down) استفاده کرد. تخلیه آب بلودان به دو صورت انجام می‌شود:
1- تخلیه مداوم، که از طریق تعویض قسمتی از آب داخل مدار به طور دایم انجام می‌شود.
2- تخلیه متناوب، که با تخلیه قسمتی از آب با فواصل زمانی صورت می‌گیرد.
برای زدودن لجن همراه با آب تخلیه (بلودان) از مولد بخار، علاوه بر استفاده از روش مداوم، روش متناوب نیز توسط کلکتورهای زیرین واتروالها انجام می‌شود. تعداد دفعات بلودان متناوب بستگی به غلظت مواد ناشی ازخوردگی دارد. زدودن ناخالصیهای غیر فرارموجود در سیکل آب و بخار از طریق بلودان پیوسته انجام می‌شود. برای خارج کردن ذرات درشت‌تر و بهبود عمل تخلیه ناخالصی‌ها، بهتراست بلودان پیوسته و متناوب به طور تلفیقی انجام شود.
با توجه به این که تخلیه مداوم ناخالصی‌ها با فراریت کم از سیکل، همیشه وبه طور کامل، میسر نیست لذا برای زدودن رسوبات قابل شست وشو با آب، عمل شست وشوی آبی یا آبی - بخاری تجهیزات را انجام می‌دهند. نظیر شست وشوی توربین به وسیله بخار مرطوب در زیر بار و برای زدودن رسوبات غیرقابل شست وشو با آب ازشست وشوی شیمیایی استفاده می‌کنند.
در صورت افزایش تعداد دفعات ذوب شدن لوله های واتروال با نمونه برداری و اندازه گیری میزان رسوب، تصمیم به شست وشوی شیمیایی مولد بخار می‌گیرند. روش معمول شست وشوی شیمیایی به صورت واحد در حال توقف است. ولی روشهای جدیدشست وشوی شیمیایی برای واحدهای در حال کار نیز تهیه شده و در حال تکمیل شدن است.
نیمی از موارد حوادث بویلر که منجر به خروج آن از مدار می‌شود مربوط به خوردگی سمت آب است و رسوب گذاری از سمت داخل علاوه بر کاهش بازده بویلر باعث فعال شدن مکانیزمهای مختلف خوردگی می‌شود. تنهاعاملی که سبب محافظت لوله های واتروال ازسمت آب می‌شود تشکیل لایه نازک مگنتیت است.
توانایی استفاده از فولادهای کربنی و کم آلیاژ در تماس با آب در دما و فشار بالا، به دلیل تشکیل لایه محافظ اکسید آهن است.
حال اگر به دلیل رشد بیش از حد و لایه لایه شدن و بروز پدیده SCC یا عوامل شیمیایی خارج از کنترل، نظیر تغییرات PH در خارج از محدوده مجاز، پوسته محافظ، صدمه ببیند همراه با جریان آب تغذیه، واردمسیر سیکل آب و بخار می‌شود. رشد بیش ازحد لایه می‌تواند سبب کاهش انتقال حرارت شده و دمای جداره لوله را بالا ببرد، اما مشکل جدی‌تری که ایجاد می‌شود افزایش سایش ذرات جامد در تجهیزات به خصوص توربین است. زیرا وقتی که اکسید محافظ، لایه لایه می‌شود از سطح لوله، کنده شده و به داخل توربین حمل می‌شود. لایه لایه شدن اکسیدها به تنشهایی که به دلیل اختلاف درانبساط حرارتی بین اکسید و فلز وجود داردنسبت داده می‌شود. هر چه تغییرات دمایی سیستم به ویژه روشن و خاموش کردنهای آن بیشتر باشد، این تنش بیشتر شده و لایه لایه شدن اکسیدها نیز افزایش می‌یابد.
لذا با توجه به حوادث رخ داده و امکانات موجود، نمونه‌هایی از لوله های واتروال، ری هیتر و سوپر هیتر برای آنالیز، انتخاب وارسال شد. این نمونه‌ها به روشهای متالوگرافی با میکروسکوپ نوری و الکترونی (SEM) و آنالیز EDAX، سختی سنجی، ضخامت سنجی، کوانتومتری و آنالیز شیمی ترمورد بررسی قرار گرفتند. بعضی از نتایج برای تحلیل شرایط لوله های بویلر و منشا احتمالی اکسیدهای آهن استفاده شد. با توجه به نتایج آزمایش‌ها و میزان رسوب در واحد سطح که mg/Cm2 60/58 اندازه گیری شده بود وتکرار حوادث لوله های واتروال در بویلر واحد یک، تصمیم به اسید شویی بویلر این واحد گرفته شد.
با استناد به سابقه مشکل در هیترهای فشار قوی و با بررسی لاگ شیتهای مربوط به درجه حرارت آب ورودی و خروجی هیترها، ثابت بودن دمای نقاط مزبور در بعضی ازهیترها، احتمال جدا شدن و صدمه دیدن صفحه مجزا کننده ورودی و خروجی را تقویت می‌کرد؛ لذا طی بررسی و بازدید ازتمام هیترها مشخص شد که در بیشتر آنهاصفحات جداکننده یا افتاده و یا پیچهای نگهدارنده آن‌ها دچار خوردگی بسیار شدید شده است.
با در نظر گرفتن شرایط کاری هیترهای فشار قوی و متفاوت بودن جنس اجزای تشکیل دهنده آن‌ها، مشخصات طراحی هیترها مورد توجه قرار گرفت و لازم بود دراین میان اثر عوامل حایز اهمیتی چون دما، فشار، سرعت سیال، جنس تجهیزات، موادشیمیایی تزریقی، کیفیت شیمیایی آب تغذیه، منابع احتمالی ورود و تشکیل اکسید آهن به آب تغذیه و... به طور مفصل مورد بررسی و مطالعه قرار گیرد. افت فشار آب تغذیه در گرمکنها به دلیل اصطکاک جریان در لوله های طویل و کم قطر، معمولابالاست. برای طراحی پمپهای چگالش و آب تغذیه باید چنین افت فشارهایی را محاسبه کرد.
تجهیزات اصلی و کمکی نیروگاههای حرارتی نه تنها در زمان بهره برداری بلکه درمدت توقف نیز تحت تاثیر عوامل خورنده قرار گرفته و آسیب می‌بیند. این توقف‌ها از یک روز تا چند ماه متغیر است. وقتی که بویلرها تحت تعمیرات اساسی و جاری قرار دارند و یا در حالت سرد یا گرم هستنددمای فلز به طرز مشهودی کاهش می‌یابد وتاثیر عوامل خوردگی تغییر می‌کند. مثلا اگر درمسیر لوله بخار و در شرایط معمولی بهره برداری، سطوح فلز با بخار تماس پیدا کندو تحت خوردگی عوامل گازی قرار گیرد، درزمان تعمیرات دوره ای و اساسی که بعضی ازتجهیزات بازشده و بازدید قسمتهای مختلف انجام می‌شود سطوح داخلی دستگاه‌ها بااکسیژن تماس پیدا می‌کنند و باعث صدمه دیدن آب بندی آنها می‌شود و درمواقعی که تخلیه تجهیزات از آب نیز صورت می‌گیرد، خشک کردن سطوح داخلی چنین سیستمهای پیچیده و گسترده لوله‌ها (مسیر آب و بخار) عملا غیر ممکن است. هنگام توقف واحد، روند خنک کردن تجهیزات معمولا همراه با کندانسه شدن بخار باقی مانده، انجام می‌شود که در نتیجه سطوح داخلی فلز و از جمله لوله های مسیر بخار ازلایه ای رطوبت پوشیده می‌شود. همچنین نقاطی وجود دارد که امکان تخلیه آب آن‌ها نیست مانند خمیدگی تحتانی لوله های مارپیچی قسمت فوقانی سوپرهیترها. اکسیژن هوا از طریق رطوبت، پراکنده شده وضمن ایفای نقش پلاریزاتور کاتدیک عملکرد واکنش خوردگی بر روی سطوح فلزی را آسان می‌کند که در نتیجه آن، امکان به جریان افتادن روند خوردگی الکتروشیمیایی حاصل می‌شود.
سطوح تمیز فولادهای کربنی یا کم عیار، اغلب به طور یکسان خورده می‌شود. زمانی که سطوح این نوع فولادها آلوده به رسوبات است خوردگی به صورت موضعی باایجاد حفره جریان می‌یابد. فراورده های ثانویه حاصل ازخوردگی در حال توقف، مرکب از اکسیدهای آهن نظیر Fe(OH)3 ,Fe3O4 و Fe2O3 است که در موقع کار بعدی تجهیزات در آب فاقد اکسیژن محلول ممکن است نقش دپلاریزاتور داشته باشند و خوردگی موضعی راتشدید کنند. تخریب موضعی فلز نیز خود ازمراکز تراکم تنشهای مکانیکی است، در موقع راه اندازی نیز تراکم فراورده های خوردگی درآب تغذیه بویلر موجب صدماتی به قسمت توربین می‌شود؛ لذا در زمان توقف باید ازروشهای مناسب حفاظت و نگهداری، استفاده کرد. از روشهای مطمئن حفاظت ونگهداری توربین استفاده از گاز ازت و هوای گرم و مواد جاذب رطوبت است تا از کندانسه شدن بخار بر روی پره های توربین وروندهای خوردگی الکتروشیمیایی جلوگیری شود. هر یک از روشهای گفته شده دارای دستورالعملهای خاص خود است. از جمله موادمانع شونده که برای حفاظت و نگهداری واحدهای مولد بخار که برای مدت نامعلومی متوقف و سریعا راه اندازی می‌شوند به کار می‌رود و نیازی به تخلیه مولد بخار از این مواد نیست، مخلوط آمونیاک و هیدرازین هیدرات است. طی بررسیهایی، معلوم شده است که در شرایط دمای پایین محلولهای آمونیاک و هیدرازین در صورتی که غلظت آن‌ها از 200 میلی گرم در لیتر بیشتر باشد تاثیرغیرفعال کننده بر روی فلز دارند. برای واحدهای مولد بخار فشار بالا محلول حفاظتی با غلظت 300 تا 500 میلی گرم درلیتر هیدرازین و PH حدود 5/10 الی 11 توصیه شده است. چون فشار آب و بخار درگرمکنهای آب تغذیه بسته بیشتر از فشار آنهادر چگالنده است و همچنین لوله‌ها به صورت خمیده هستند، باید از لوله‌هایی با حداقل ضخامت (و بیشترین شماره مشخصه) استفاده کرد.
خصوصیات فلز و ترکیب الکترولیت نظیرپایداری شرایط ترمودینامیکی، نوع ساختارآلیاژ، شرایط ترمودینامیک فلز، دمای محلول، مکانیکی آن در فلز از جمله عوامل موثر درروند خوردگی است. خوردگی ناشی از حضور گازهای چگالش ناپذیر مساله ای است که لوله های گرمکن، به ویژه گرمکنهایی که درفشار پایین‌تر از فشار جو کار می‌کنند با آن مواجه هستند. این گازها همچنین به دلیل پوشاندن سطوح خارجی لوله‌ها موجب کاهش انتقال گرما در گرمکن ها می‌شوند، که چنین مساله ای در چگالنده اصلی نیز وجود دارد. بااستفاده از یک مکانیسم تخلیه مناسب، گازهای چگالش ناپذیر را از گرمکنها خارج می‌کنند.
در شرایط وقوع روندهای دپلاریزاسیون هیدروژنی، فاز جامد حاصل از اکسیدهای هیدراته به صورت ضعیف در سطح فلز تحت خوردگی می‌چسبد و مقدار زیادی نیزذرات جامد نظیر Fe(OH)2 و Fe(OH)3 وارد آب تغذیه شده و همراه جریان آب برده می‌شود. PH محلول در سرعت روندهای دپلاریزاسیون هیدروژنی واکسیژنی تاثیر دارد. با افزایش PH، دپلاریزاسیون هیدروژنی کاهش می‌یابد. افزایش غلظت یون -OH نیز سرعت دپلاریزاسیون هیدروژنی را کاهش می‌دهد؛ لذا ورود یونهای آهن از قسمت آندیک کاهش یافته و حل شدن فلز، کند می‌شود. با رسیدن PH به بیش از 8/8 دپلاریزاسیون هیدروژنی متوقف می‌شود.
در شرایط 9=PH دپلاریزاسیون اکسیژنی با سرعت کمتری جریان می‌یابد. همچنین مشاهده شده است که در محلولهای قلیایی لایه اکسیدهای هیدراته، روی فلزاستحکام بیشتری دارند و قابلیت حل شدن اکسیدهای هیدراته آهن در PH بالا (دمای ثابت) کمتر می‌شود. مجموع مساحت قسمتهای آندیک در چنین شرایطی محدود وآندهای باقی مانده سریع‌تر حل می‌شوند. اکسیژن حل شده باعث تخریب موضعی فولاد کربنی به صورت حفره می‌شود.
در صورتی که اکسیژن و دی اکسیدکربن همزمان حضور داشته باشند خوردگی یکپارچه و محصولات آن به راحتی از سطح فلز پاک می‌شود همچنین غلظت ناخالصی‌ها در آب افزایش می‌یابد. برای از بین بردن خوردگی بر اثردپلاریزاسیون هیدروژنی در نیروگاههای حرارتی جدید، از تزریق آمونیاک استفاده می‌کنند. یونهای هیدرواکسید حاصل از تجزیه آمونیاک، یونهای هیدروژن را که موجب تجزیه هیدرواکسید آزاد شده‌اند، خنثی می‌کنند. اما باید توجه کرد که هر قدرغلظت اکسیژن و آمونیاک در آب بیشتر باشدبه همان نسبت خوردگی آلیاژی مس و روی، سریع‌تر انجام می‌شود (اکسیژن برای روی ومس دپلاریزاتور کاتدیک است و وجودآمونیاک باعث ایجاد کمپلکس Zn )NH3n و Cu (NH3) n و زدایش روی و مس می‌شود. n ممکن است به عدد شش هم برسد ازجمله تجهیزاتی که برای کاهش غلظت اکسیژن در آب تغذیه بکار می‌رود دی اریتور است که نقش هیتر را نیز ایفا می‌کند. با ورودبه دی اریتور، افزایش دمای آب طبق قانون هنری Ci=K.Pi ( Ci= غلظت گازحلال در مایع و Pi= فشار جزیی همان گاز در بالای مایع و K= ضریب متناسب با دما) اکسیژن از فاز مایع که غلظت بیشتری دارد به فاز گاز با فشار جزیی کم و غلظت کمتر منتقل می‌شود.
برای کاهش هر چه بیشتر اکسیژن به خروجی از دی اریتور، تزریق هیدرازین انجام می‌شود. سرعت تاثیر متقابل هیدرازین با اکسیژن بستگی به دما و PH محلول دارد. در شرایط حرارتی بیش از 100 درجه سانتیگراد و PH بیش از 7/8، هیدرازین در 2 تا 3 ثانیه با اکسیژن، واکنش انجام می‌دهد. هیدرازین با واکنش شدید، اکسیدهای آهن و مس را نیز احیا می‌کند که واکنشهای آن عبارتند از:
واکنش اکسید مس در شرایط حرارتی 65 درجه سانتیگراد و واکنش اکسیدآهن درشرایط حرارتی 120 درجه سانتیگراد انجام می‌شود. در دمای بیش از 180 درجه سانتیگراد نیز هیدرازین تجزیه می‌شود.
تجزیه هیدرازین در لوله آب تغذیه شروع شده و در دیگ بخار ادامه یافته و درشرایط گرم کردن بخار (سوپرهیت) خاتمه می‌یابد. در خروجی سوپر هیتر معمولاهیدرازینی در بخار مشاهده نمی‌شود. ازت تشکیل شده در جریان احیا همراه با بخار ازدیگ بخار خارج می‌شود. با توجه به تجزیه هیدرازین و تاثیرمتقابل آن بر ناخالصی‌های موجود در آب تغذیه، میزان تزریق باید به گونه ای تنظیم شود که مقدار هیدرازین در ورودی به اکونومایزر دیگ بخار حدود 30 تا 50 میکروگرم در لیتر باشد. از انواع هیدرازین موجود (هیدرازین سولفات، هیدرات وفسفات) هیدرازین هیدرات به علت این که املاح موجود در آب را افزایش نمی‌دهد بهتر از سایر انواع است.
در صورتی که دمای آب حدود 150 تا 200 درجه سانتیگراد نگهداشته شود نتیجه عمل بهتر خواهد بود. همچنین در زمانی که گاز ازت برای نگهداری استفاده می‌شود بایدضمن اکسیژن زدایی آب، فشار گاز ازت را بیش از اتمسفر نگاهداشت تا از ورود هوا به داخل سیکل آب و بخار جلوگیری شود.
در مولدهای بخار درام دار فشار بالا، آب افزودنی از نوع بدون یون و سیلس زدایی شده، است لذا غلظت ناخالصیهای داخل آب تغذیه بویلرهای فشار قوی، کم است. عناصرترکیبی اصلی ناخالصیهای محلول در آب این نوع از بویلرها، کلریدها، سولفات‌ها، فسفاتهای سدیم و همچنین اسیدسیلیسیک آزاد است که به صورت مولکولهای تجزیه نشده بوده وقسمتی از آن نیز ممکن است به حالت کلوئیدی در محلول موجود باشد. مواد ناشی ازخوردگی اکسیدهای آهن و مس و هیدروکسیدآپاتیت عمدتا به صورت ذرات درشت (لجن داخل بویلر) و در حالت پراکنده در داخل آب بویلر وجود دارد. آب بویلر مولدهای بخار فشارقوی در شرایط رژیم بدون فسفات، فاقد فسفات است و در داخل آب بویلر علاوه بر کلریدها و سولفاتهای سدیم، کلریدها وسولفاتهای کلسیم و منیزیم و اسیدسیلیسیک آزاد نیز به صورت محلول وجود دارد. با توجه به نسبت قابلیت حل شوندگی ناخالصی‌ها در بخار و یا حمل توسط قطره، این ناخالصیها به قسمت سوپرهیت نیزمنتقل می‌شود از جمله اکسیدهای آهن و مس و سولفات سدیم.
بخار سوپرهیت ضمن عبور از قسمت محوری (پره های توربین) منبسط شده وعوامل آن سریع افت می‌کند. با کاهش فشار ودما، قابلیت حل شوندگی تمام املاح، اکسیدهای آهن و مس و همچنین اسید سیلیسیک آزاد، کاهش می‌یابد. برای ناخالصیهایی که در بخار با عوامل اولیه درحالت محلول اشباع قرار داشته باشد، حالت اشباع مجدد و از جمله شروع تشکیل فازجامد از محلول بخار، به همان نسبتی که قابلیت حل شوندگی آن‌ها کمتر باشد زودترشروع می‌شود. برای ناخالصیهایی که درعوامل اولیه در حالت محلول اشباع نشده قرار داشته باشند، حالت اشباع، هنگامی شروع می‌شود که غلظت واقعی ناخالصی مساوی با قابلیت حل شوندگی باشد. در موقع افت بعدی عوامل بخار و قابلیت حل شوندگی مواد محلول بخار مجددا اشباع و تجزیه فازجامد از آن شروع می‌شود.
بخار دارای عوامل (پارامترهای) بالا وبسیار بالا در رابطه با اکسیدهای آهن همیشه محلول اشباع شده، است و ته نشین شدن اکسیدهای آهن از محلول بخار از مراحل اول توربین شروع می‌شود. با توجه به کاهش بسیار آهسته قابلیت حل شوندگی اکسیدهای آهن، عمل تجزیه باید بر حسب کاهش عوامل آن‌ها ناحیه قابل ملاحظه ای از قسمت محوری (پره های) توربین را در برگیرد. دررابطه با Na2So4 و Na2Sio3 موجود در بخار، عوامل اولیه قاعدتا باید محلول اشباع شده ودر رابطه با NaCl محلول اشباع نشده، باشد. بنابراین Na2So4 و Na2Sio3 باید زودتر از NaCl تجزیه شوند. با توجه به کاهش سریع قابلیت حل شوندگی املاح سدیم، عمل تجزیه آن‌ها و تبدیل شدن به فاز جامدبرحسب افت عوامل بخار باید در قسمت محدودی از توربین گسترش یابد.
اسید سیلیسیک آزاد در بخار سوپرهیت دچار تغییراتی می‌شود و به صورت کوارتزکریستالیک و اسید سیلیسیک بی شکل (آمورف) نیز وجود دارد و تجزیه فاز جامدکوارتز زودتر از نوع بی شکل شروع می‌شود. در روسوبات حاصل در قسمت محوری (پره های) توربینهای فشارقوی تمام ناخالصیهای موجود در بخار سوپرهیت مشاهده می‌شود. درصد نسبی رسوبات باقابلیت حل شوندگی آن‌ها در بخار سوپرهیت مطابقت دارد. به عنوان مثال رسوبات قسمت فشارقوی توربین معمولا حدود 20 تا 50 درصد، املاح سدیم و 40 تا 70 درصد، اکسید آهن و مس است.
در قسمت فشار ضعیف توربین 40 تا 80 درصد اسید سیلیسیک آزاد و حدود 10 تا 12 درصد اکسید آهن مشاهده می‌شود. طی آنالیز شیمیایی رسوبات می‌توان مقدارسیلیکاتها، کربنات‌ها و کلریدها را معلوم کرد. مقدار ترکیبات کلسیم و منیزیم داخل رسوبات، زیاد نبوده و معمولا کمتر از پنج درصد است. در نزدیکی انتهای توربین، میزان درصد هماتیت داخل رسوبات و میزان کل رسوب افزایش می‌یابد. همچنین امکان وجود انواع کمپلکسهای پیچیده و مگنتیت نیزوجود دارد. با ظاهر شدن رسوبات بر روی پره های توربین، زبرشدن سطوح آن‌ها، افزایش می‌یابد. در نتیجه نشست غیر یکنواخت رسوبات در سطح هر پره و در مراحل (Stage)جداگانه، پروفیل کانالهاتغییر می‌کند و عمل تقسیم مجدد افتهای حرارتی مراحل، صورت می‌گیرد. رسوباتی که در قسمت محوری توربینها به وجود می‌آیند، قاعدتا منجر به توقف دستگاههای مزبور نمی‌شود، اما تاثیر مهمی بر کارکرد اقتصادی آن دارد. در شرایط تجمع رسوبات، ضریب عملکرد مفید نسبی داخلی توربین کاهش می‌یابد. در توربینهای به قدرت 300 مگاوات در شرایط تجمع رسوبات به مقدار یک کیلوگرم ضریب عملکرد مفید 5/0 تا یک درصد کاهش داشته است.
در نتیجه تجمع رسوبات، افزایش فشاردر مراحل توربین، در مقایسه با ارقام محاسباتی، حاصل می‌شود. برای این که فشارهای مجاز در مراحل توربین از حد تعیین شده بیشتر نشود باید بخار عبوری از توربین را کاهش داد و به این ترتیب قدرت توربین را تنظیم کرد. با توجه به این که مقاطع عبوری در قسمت محوری (پره‌ها) محفظه فشار قوی توربین بزرگ نیست در شرایط عوامل مافوق بحرانی بخار، افزایش قابل ملاحظه فشار در مراحل توربین در موقع پیدایش رسوبات کم و ناچیز نیز مشاهده می‌شود.
رسوباتی که بر روی سطوح حرارتی تولیدبخار به وجود می‌آیند از نظر ترکیب شیمیایی و فازی و همچنین ساختار خود کاملامتفاوتند. اکثر رسوبات، دارای قابلیت کم هدایت گرماهستند و کم و بیش به طرز محکمی به سطح فلز می‌چسبند. در صورتی که تجمع رسوبات بر روی جداره لوله‌ها به چند صدم میلیمتربرسد دمای جداره از حد مجاز (برای فولاد کربنیزه، حد مجاز 500 درجه سانتیگراد است) بالاتر رفته و این امر موجب کاهش استحکام آن و تشدید روند خوردگی می‌شود.
پس از مدتی قسمتهای سوپر هیت فلزتحت تاثیر فشار ماده سیال تغییر شکل داده وجداره لوله در این قسمت‌ها نازک شده وسرانجام پاره می‌شود. منشاء ایجاد رسوبات ناشی از کلسیم و منیزیم، نفوذ آب خنک کننده به داخل کندانسور و سایر مبدلهای حرارتی، خرابی دستگاههای اصلی تولید آب بدون یون و یا تصفیه آب کندانسه است.
همان طور که توضیح داده شد وجوداکسیدهای آهن بر روی سطوح داخلی مولدهای بخار از یک طرف در نتیجه روندهای خوردگی فلز بویلر است که به طورمداوم ولی در رابطه با شرایط متغیر با سرعت مختلف جریان دارند و از طرف دیگر پدیدارشدن آن‌ها در روند تشکیل رسوب می‌تواند ناشی از اکسیدهای آهن که به صورت محلول یا محلول کلوئیدی در آب بویلر وجود دارند، باشد.
در موقع بروز این گونه حوادث باید دیگ بخار به صورت اضطراری متوقف وتعمیر شود. معایب خوردگی فلز در محیطکاری نیز مضاف بر خرابیهای فوق است برای توقف خنک کردن و رفع عیب قسمت معیوب، انجام تعمیرات و راه اندازی مجدد دیگ بخارنیاز به دقت قابل ملاحظه ای دارد. هر قدر که قدرت تولیدی واحد بیشتر باشد به همان نسبت توقف خارج از برنامه ای آن زیان اقتصادی بیشتری را در بر دارد. برای این که از توقفهای اضطراری دیگهای بخار بنا به دلایل فوق جلوگیری شود، بدیهی است شرایطی را باید به وجود آورد که باعث جلوگیری از تشکیل رسوبات و نیز خوردگی فلزات شود.
طی مطالعات و تحقیقات، مشخص شده است که آب در شرایط حرارتهای بیش از 230 درجه سانتیگراد، آهن را اکسید می کنداما در شرایط مناسب طی واکنشهایی پوسته حفاظتی مانینیت Fe3O4 را تشکیل می‌دهد. طبق تئوری الکترونی یونی روندرشد پوسته مگنتیت را به عنوان نتیجه عملکرد عنصر مختص به خود مورد بررسی قرار می‌دهند که سطح فلز در مرز پوسته آندبوده و سطح پوسته در مرز آب کاتد است. پوسته اکسید که دارای قابلیت هدایت الکترونی و یونی است نقش مدار داخلی وخارجی سلول بسته را انجام می‌دهد. اتمهای آهن که به وسیله حرارت، فعال شده‌اند درلایه بین قسمت فلز و اکسید، پراکنده می‌شوند. روند آندیک در این مرز، جریان می‌یابد و یونهای تشکیل شده آهن ازطریق قسمتهای آزاد شبکه کریستالی اکسیددر سطح قسمت اکسید آب، پراکنده می‌شوند. در این سطح یونهای آهن با یونهای هیدرواکسید موجود در آب و طبق این معادله، متقابلا عمل می‌کنند: الکترونهای جابه جا شده در مرز قسمت اکسید آب باعث به وجود آمدن قسمت یونهای هیدروژن موجود در آب و در نتیجه تشکیل هیدروژن اتمی می‌شوند. هیدروژن مزبور ضمن این که قسمتی از آن تحت ترکیب مجدد با تشکیل هیدروژن مولکولی قرار می‌گیرد از طریق اکسید در فلز پخش می‌شود.
در مرز قسمت اکسید - فلز تعادل بین هیدروژن حل شده در فلز و هیدروژن جذب شده سطحی در پوسته اکسید برقرار می‌شود. به دلیل این که جذب در پوسته تشکیل شده مگنتیت مشکل است، لذا با گذشت زمان سرعت اکسیداسیون آهن به وسیله آب و سپس سرعت رشد پوسته کاهش می‌یابد. در شرایطی که در تمام سطوح فلز، پوسته مکنتیت تشکیل و حفظشود، تاثیر خوردگی آب با دمای زیاد بر روی فولاد کربنیزه عملا قطع می‌شود. به این ترتیب مجموع خوردگی فولاد، تحت تاثیر آب با دمای زیاد بدون اتلاف قابل ملاحظه فلز وعبور اکسیدهای آهن به محیط کاری جریان می‌یابد و هیدروژنهای آزاد شده از دیگ بخارهمراه با بخار، وارد محیط کاری می‌شود. مقدار هیدروژن آزاد شده، مقاومت و استحکام پوسته های حفاظتی مگنتیت رادر سطوح دیگ بخار آغشته به آب مشخص می‌کند.

نویسنده: بابک محیط

منبع:http://www.electricalbank.com