up
Search      menu
صنعت و مکانیک :: مقاله ديگ بخار PDF
QR code - ديگ بخار

ديگ بخار

عوامل خوردگي کوره ديگ بخار

يکي از مشکلات اساسي که مي تواند باعث بروز مشکل براي کوره ها باشد، خوردگي در نقاط و وسايل مختلف آن است که ضمن هدر رفتن مقدار زيادي انرژي، آسيب هاي مکانيکي متعددي به کوره وارد مي کند. از آنجا که هر کوره از بخش هاي متعددي همچون بدنه، اطاقک احتراق (Fire Chamber)، دودکش، مشعل و ساير تجهيزات جانبي تشکيل شده، لذا علل خوردگي و راه حل هاي پيشنهادي در هر يک از بخش ها به طور مجزا مورد بحث و بررسي قرار مي گيرد.
● بدنه کوره :
معمولاً بدنه يا ديواره خارجي کوره ها را از ورقه استيل۱۶ ۳ و کف آن را از ورقه ۴ ۱ مي سازند.
در طراحي ها عموماً اتلاف حرارتي از بدنه کوره حدود ۲ درصد منظور مي شود. نوع و ضخامت عايق کاري بدنه داخلي کوره بايد طوري در نظر گرفته شود که دماي سطح خارجي کوره بيش از (۱۸۰۰° F) نشود. اصولاً عايق کاري و عايق هاي به کار رفته در کوره ها از نظر سرويس دهي مناسب، عمر معيني دارند و به مرور زمان ساختمان کريستالي آنها تغيير يافته و ضخامت آنها کم مي شود و اين تغييرات ساختماني سبب تغيير ضريب انتقال حرارت و اتلاف انرژي به بيرون خواهد بود. مطالعات ميکروسکپيک و کريستالوگرافيک چند نمونه عايق کار کرده، با نوع تازه آن مويد اين مطلب است. در صورتي که عايق ديواره هاي کوره بر اثر بنايي ناصحيح، عدم انجام صحيح Curing بر مبناي دستورالعمل، حرارت زياد و يا شوک هاي حرارتي ترک بردارد، نشت گازهاي حاصل از احتراق که عبارتند از: So x، No x، N۲،Co۲ (درصورتي که نفت کوره به عنوان سوخت مصرف شود) و بخار آب در لابلاي اين ترک ها و تجمع آنها در لايه بين بدنه کوره و عايق ديواره و سرد شدن تدريجي آنها تا دماي نقطه شبنم، باعث خوردگي بدنه مي شود.
تداوم اين امر ضمن اتلاف مقدار بسيار زياد انرژي (از طريق بدنه کوره به محيط اطراف)، باعث ريختن عايق و در نتيجه اتلاف بيشتر انرژي و گسترش خوردگي بر روي بدنه کوره و ساير نقاط آن خواهد شد.
در يک بررسي ساده بر روي کوره اي که چندين سال از عمر عايق آن مي گذشت ملاحظه شد که دماي اندازه گيري شده واقعي سطح کوره در اکثر نقاط بسيار بيشتر از ميزان طراحي است. اين مقدار در بعضي از موارد به (۱۸۰۰° F) نيز مي رسيد.
در اين کوره ضمن جدا شدن عايق از ديواره کوره و گسترش خوردگي در نقاط مختلف بدنه، گرم شدن بدنه کوره نيز موجب خم شدن ديواره ها شده و سرعت خوردگي را افزايش داده و باعث خرابي قسمت هاي مختلف کوره شده است. به طور کلي براي جلوگيري و يا کاهش مشکلات خورندگي بر روي بدنه کوره لازم است به هنگام تعميرات اساسي ضمن توجه به عمر عايق ديواره در صورتي که عمر آنها از حد معمول گذشته باشد (البته با توجه به درجه حرارتي که درهنگام کار کردن واحد درمعرض آن بوده اند) آنها را با عايق مناسب و استاندارد تعويض کرد و در صورت وجود ترک (قبل و يا بعد از بنايي)، محل ترک ها را با الياف مخصوص KAOWOOL پر کرد. همچنين در بنايي، عمليات Curing را مطابق دستور العمل انجام داد تا پيوند هيدروليکي در عايق هاي بکار رفته در بنايي، به پيوند سراميکي تبديل شده و ميزان رطوبت باقيمانده در ديواره از ۰.۴ gr m۲ بيشتر نشود.
البته چنانچه Ceramic Fiber (الياف سراميکي) به عنوان عايق ديواره کوره مورد استفاده قرار گيرد، بدليل عدم نياز به Curing و Drying و سبکي وزن، مشکلات احتمالي استفاده از عايق هاي نيازمند به Curing را نخواهيم داشت. ضمن اين که عمر بيشتر و چسبندگي بهتري به ديواره، نسبت به ديگر عايق هاي موجود دارند.
● تيوب ها يا لوله هاي داخل کوره
معمولاً کوره ها متشکل از دو بخش RADIATION و CONVECTION هستند که بايستي ظرفيت گرمايي (DUTY) کوره از نظر درصد، تقريباً به نسبت۷۰ و۳۰ درصد بين اين دو بخش تقسيم شود.
از آنجا که لازم است سيال به اندازه دماي مورد نظرگرم شود بايستي حرارت مورد نياز خود را از طريق هدايتي از لوله ها و تيوب هاي داخل کوره دريافت کند، اين لوله ها نيز حرارت مورد نياز براي اين انتقال حرارت را از طريق تشعشعي و جابجايي در اثر احتراق سوخت در داخل کوره جذب مي کنند. انتخاب آلياژ مناسب جهت لوله با توجه به نوع سيال و ترکيبات آن و ميزان حرارت دريافتي توسط لوله و در معرض شعله قرار گرفتن از اهميت بسزايي برخوردار است.
مسائلي که به بروز مشکلاتي براي تيوب ها منجر مي شود عبارتند از:
سرد و گرم شدن ناگهاني لوله، گرم شدن بيش از حد لوله و بالا رفتن دماي تيوب از حداکثر مجاز آن، در معرض شعله قرار گرفتن و برخورد شعله به لوله (impingement) ، ايجاد يک لايه کُک بر روي جداره داخلي لوله، Carborization، Hogging، Bending، Bowing، Sagging، Creeping، خوردگي جداره داخلي لوله بر اثر وجود مواد خورنده در سيال عبوري، خوردگي جداره بيروني لوله در اثر رسوبات حاصل از احتراق سوخت مايع بر روي جداره خارجي لوله، کارکرد لوله بيش از عمر نامي آن (۸۰ هزار الي ۱۱۰ هزار ساعت)
سرد و گرم شدن ناگهاني لوله، ممکن است به Creeping (خزش) که نتيجه آن ازدياد قطر لوله مي باشد منجر شود که در اين صورت احتمال پارگي لوله و شکنندگي آن را افزايش مي دهد. چنانچه در اثر Creeping مقدار ازدياد قطر از ۲ درصد قطرخارجي لوله بيشتر شود، لوله مزبور بايستي تعويض شود.
در يک اندازه گيري عملي که براي برخي از تيوب هاي هشت اينچي و شش اينچي کوره (کوره تقطير در خلا) H-۱۵۱ در هنگام تعميرات اساسي صورت پذيرفت، محاسبات زير بدست آمد:
□ براي تيوب ۸
▪ OD = ۸.۷۵ (اندازه گيري شده)
▪ (OD = (۰.۱۲۵ (افزايش قطر لوله)
▪ (OD ALLOWABLE = (۸.۶۲۵x۲%=۰.۱۷۲۵
هنوز مي توان از تيوب مزبور استفاده کرد.
□ براي تيوب ۶
▪ OD = ۸.۶۲۵ (اصلي)
▪ OD = ۸.۶۷۵ (اندازه گيري شده)
▪ (OD = (۰.۰۵ (افزايش قطر لوله)
▪ (OD ALLOWABLE = (۶.۶۲۵x۲%=۰.۱۳۲۵
که هنوز مي توان از تيوب شش اينچي مزبور استفاده کرد.
همان طور که مشخص است تيوب ۸ حدوداً بيش از دو برابر تيوب ۶ ازدياد قطر داشته است
□ براي لوله ۶
▪ کوره H-۱۰۱ (اتمسفريک)
▪ OD =۶.۶۲۵ (اصلي)
▪ OD = ۶.۶۳۵ (اندازه گيري شده)
▪ OD =۰.۰۱ (اندازه قطر لوله)
▪ (OD ALLOWABLE = (۶.۶۲۵x۲%=۰.۱۳۲۵
بالا نگه داشتن دماي پوسته تيوب ها سبب کاهش مقاومت لوله ها و کاهش عمر مفيد و گارانتي حدود يکصد هزار ساعتي آنها مي شود.
تجربه نشان داده است که اگر به مدت ۶ هفته سطح خارجي (پوسته) لوله اي ۹۰۰°C بيش از مقدار طراحي در معرض حرارت قرار بگيرد، عمر تيوب ها نصف مي شود.
يکي ديگر از مشکلات پيش آمده براي لوله ها، برخورد شعله به لوله (IMPINGEMENT) است، که باعث OVER HEATING کوره و در نهايت HOT SPOT مي شود. اين امر مي تواند ضمن لطمه زدن در محل برخورد شعله به لوله، باعث تشديد عمل کراکينگ مواد داخل لوله شود و مواد مزبور به دو قسمت سبک و سنگين تبديل گردند.
مواد سنگين به جداره داخلي لوله چسبيده و کک ايجاد مي کنند. به ازاي تشکيل يک ميلي ليتر ضخامت کک با توجه به ضريب هدايتي کک که برابر مقدار خاصي مي باشد براي يک شارژ حرارتي معمول در قسمت تشعشعي کوره H-۱۰۱ (اتمسفريک) مي باشد، معادل فرمول زير است:
مي بايستي ۳۰۰°C دماي پوسته تيوب بالاتر رود تا سيال موجود در تيوب به همان دماي موردنظر برسد. در اين صورت ملاحظه مي شود بالا رفتن دماي تيوب به چه ميزان اتلاف سوخت و انرژي، داشته و به طور کلي به مرور زمان چه لطمه ها و آسيب هايي به کل کوره وارد مي شود. به عبارت ديگراختلاف دماي پوسته تيوب هاي کوره که در طراحي عموماً ۱۰۰۰°F بالاتر از دماي متوسط سيال درون آن در نظر گرفته مي شود، به مرور زمان با تشکيل کک (با رسوبات بيروني) بيشتر مي شود.
مشکل ديگر که به علت دماي بالا براي تيوب هاي کوره ها ايجاد مي شود خميدگي در جهت هاي مختلف اين تيوب هاست.
يکي ديگر از مسائلي که باعث خم شدن و شکستگي لوله ها مي شود پديده کربوريزيشن (carborization) است که بر اثر ترکيب کربن با آهن پديد مي آيد: اين واکنش که باعث توليد کربور آهن خواهد شد در دماي بالاتر از ۷۰۰۰°c ايجاد مي شود ۷۰۰۰°C)تا ۱۴۰۰۰°C). اين حالت عمدتاً در زمان Curing و drying کوره پديد مي آيد. البته Hot spot نيز بيشتر در اين زمان ها اتفاق مي افتد.
وجود ناخالصي هاي مختلف مثل فلزات سديم، واناديم، نيکل و غير...، فلزاتي مثل گوگرد و ازت به صورت ترکيبات آلي در سوخت هاي مايع، مسائل عديده اي را باعث مي شوند، که از آن جمله کاهش انتقال حرارت از طريق سطح خارجي تيوب به سيال درون تيوب است که به علت تشکيل رسوبات مربوط به ناخالصي هاي مزبور بخصوص رسوبات فلزي بر روي تيوب هاست. به همين دليل براي رسيدن به دماي مورد نظر سيال موجود در لوله، مجبور به مصرف سوخت بيشتر خواهيم شد. در نتيجه مشکلات ايجاد گرماي بيشتر در کوره و مسائل زيست محيطي در اثر تشکيل SOX، NOX و ... را خواهيم داشت. از طرفي به دليل نشست اين رسوب ها بر روي تيوب ها مسئله خوردگي و سوراخ شدن پيش خواهد آمد. علت اين خوردگي که از نوعHigh temp corrosion مي باشد پديده سولفيديش است، که در دماهاي بين۶۳۰°C تا۷۰۰°C بوقوع مي پيوندد. همان طور که گفته شد علت اصلي آن وجود عناصر واناديم، گوگرد، سديم و نيکل به همراه گازهاي حاصل از احتراق سوخت است.
فلزات ذکر شده (بصورت اکسيد) به کمک اين گازها بالا رفته و بر روي تيوب هاي قسمت تشعشع و جابه جايي مي نشينند. خوردگي و سوراخ شدن تيوب، بر اصل اکسيد شدن و ترکيب عناصر مزبور باآلياژ تيوب استوار بوده که باعث ايجاد ترکيبات کمپلکس با نقطه ذوب پايين مي شود.
ترکيب اوليه پس از Na۲SO۴، سديم وانادايت به فرمول Na۲O۶V۲O۵ است که نقطه ذوب آن ۶۳۰۰°C مي باشد. عمده ترکيبات ديگر که شامل کمپلکسي از ترکيب پنتا اکسيد واناديم و سديم است در شرايطي به مراتب ملايم تر و درجه حرارتي پايين تر ذوب مي شوند. براي مثال مخلوط واناديل واناديت سديم به فرمول Na۲OV۲O۴۱۱V۲O۵ و متاوانادات سديم به فرمول Na۲OV۲O۵ در ۵۲۷۰°C ذوب مي شوند. ذوب اين کمپلکس ها شرايط مساعدي را براي تسريع خوردگي بوجود مي آورد. در اينجا ترکيبات حاصل از احتراق نه تنها به نوع ناخالصي بلکه به نسبت آنها نيز بستگي کامل دارد و در مورد واناديم ميزان سديم از اهميت خاصي برخوردار است.
البته سديم واناديل وانادايت پس از توليد و ذوب شدن، با فلز آلياژ مربوط به تيوب، ترکيب شده و بر اثر سيال بودن از سطح آلياژ کنار رفته و سطوح زيرين تيوب مربوطه در معرض ترکيب جديد قرار مي گيرد. ادامه اين وضع به کاهش ضخامت تيوب و در نهايت سوراخ شدن و از کار افتادن آن منجر مي شود.
● مشعل ها و سوخت:
نقش کيفيت نوع سوخت و نوع مشعل ها شايد از همه عوامل ياد شده در کارکرد مناسب، راندمان بيشتر و کاهش خوردگي بيشتر برخوردار باشد. چنانچه از مشعل هاي Low excess air و يا نوع مرحله سوز (stage burning) استفاده شود، هواي اضافي مورد نياز به ميزان قابل توجهي کاهش يافته و به حدود ۳ و ۵ درصد مي رسد که ضمن کاهش و به حداقل رساندن گازهاي خورنده و مضر زيست محيطي مثل NOx، Sox، در بالا بردن راندمان کوره بسيار موثر خواهد بود. اين امر باعث کاهش مصرف سوخت شده، و در نتيجه باعث کاهش گازهاي حاصل از احتراق و آسيب رساندن به تيوب ها، بدنه کوره و دود کش ها خواهد شد. وضعيت عملکرد مشعل ها بايستي به طور مداوم زير نظر باشد. بد سوزي مشعل ها مي تواند دلايل متضادي، همچون نامناسب بودن سوخت، عيب مکانيکي، کک گرفتگي سرمشعل و يا بالعکس، رفتگي و سائيدگي (Errosion) بيش از حد سر مشعل، کمبود بخار پودر کننده و ... داشته باشد. وجود مواد آسفالتي، افزايش مقدار کربن باقيمانده (carbon residue) ، بالا بودنِ مقادير فلزات مثل سديم، نيکل، واناديم و هم چنين سولفور در سوخت مسائل متعددي را در سيستم احتراق ايجاد مي کند که اين مسائل به طور کلي به دو دسته تقسيم مي شوند.
الف) مسائل عملياتي قبل از مشعل ها و احتراق:
اين مسايل در اثر وجود آب و نمک ها و ته نشين شدن آنها در ذخيره سازي نفت کوره بوجود مي آيند. در اين رابطه عدم تخليه مداوم مخزن ذخيره سازي، خوردگي و مشکلات ايجاد شده به طور خلاصه عبارتست از:
تشکيل لجن (sludge) در مخزن در اثر عدم استخراج کامل نفت کوره و آب، انباشته شدن لجن در فيلترها در اثر محصولات ناشي از خوردگي و پليمريزاسيون هيدروکربورهاي سنگين به علت اثر کاتاليزوري محصولات ناشي از خوردگي، انباشته شدن لجن و صمغ هاي آلي در گرم کننده سوخت، گرفتگي و خوردگي در نازل هاي پودر کننده نفت کوره (Atomizer).
ب) مسائل عملياتي بعد از مشعل ها و احتراق:
ايجاد خوردگي در مناطق گرم و سرد کوره ها و ديگ هاي بخار، ايجاد رسوبات بر روي لوله هاي قسمت جابه جايي کوره و قسمت سوپر هيت ديگ هاي بخار، کاهش ضريب انتقال حرارتي در اثر رسوبات و در نهايت افت راندمان حرارتي در اثر افزايش دماي گازهاي خروجي حاصل از احتراق از دودکش کوره.
در اثر احتراق سوخت هايي که داراي مقادير زيادي کربن باقيمانده و خاکستر باشند، مقادير متنابهي رسوب در قسمت هاي جابه جايي کوره و يا قسمت سوپر هيت ديگ هاي بخار توليد مي شوند. اين رسوبات به سختي در اثر عمليات دودزدايي از سيستم خارج مي شوند. مسئله سازترين سوخت ها، سوخت هايي است که در آنها نسبت واناديم به سديم ۱۲Na کمتر از ۱۰ باشد.
به غير از مشکلات ايجاد شده توسط اکسيدهاي سديم و واناديم، فلز نيکل نيز که در سوخت وجود دارد با اکسيژن ترکيب شده و اکسيدهاي نيکل را به صورت رسوباتي بر روي لوله ها بوجود مي آورد.
براي جلوگيري از ايجاد خوردگي توسط اکسيدهاي واناديم و يا کاهش سرعت آن اقدامات زير لازم است:
۱) کاهش مقدار اکسيژن موجود در گازهاي حاصل از احتراق، که اين مقدار اکسيژن را مي توان با تنظيم مقدار هواي اضافي کوره يا ديگ بخار کنترل کرد و نسبت به کاهش آن اقدام نمود. در اين حالت راندمان حرارتي به طور چشمگيري افزايش مي يابد.
۲) جلوگيري از تشکيل گاز So۳ (انيدريد سولفوريک) يا کاهش آن در اثر کاهش هواي اضافي از ۳۵ درصد به ميزان ۱۰ درصد، که در اين صورت ميزان تبديل گاز انيدريد سولفورو (SO۲) نصف مي شود.
۳) افزايش نقطه ذوب رسوبات تشکيل شده در سطوح لوله ها، به طوري که در شرايط عملياتي موجود اين رسوبات به نقطه ذوب خود نرسند. اين امر با افزودن ترکيبات منيزيم، به علت داشتن اختلاف پتانسيل شيميايي زياد و اورتوواناديم (۳MGO-V۲ O۵) که داراي نقطه ذوب بالايي هستند (حدود ۱۱۲۰°C)، ميسر مي شود.
۴) مناسب ترين روش جلوگيري از خوردگي بواسطه وجود ناخالصي هاي موجود در سوخت مايع، استفاده از سوخت هاي گازي و بخصوص گاز طبيعي است که ضمن داشتن صرفه اقتصادي، با يک سرمايه گذاري اوليه به نسبت کم مي توان مشکلات خوردگي ذکر شده را به شدت کاهش داد.
براساس برآورد اقتصادي انجام شده، تعويض سوخت مايع و جايگزيني آن با سوخت گاز طبيعي، پس از بيست ماه، بازگشت سرمايه گذاري را در پي خواهد داشت. در عين حال گاز طبيعي مشکلات ذکر شده مربوط به مصرف سوخت مايع و هم چنين عدم مصرف بخار به عنوان بخار پودر کننده کاهش قابل ملاحظه مسائل زيست محيطي را به همراه دارد. به واسطه مصرف سوخت مايع (توليد NOx، Sox) ، به اندازه تفاضل قيمت جهاني سوخت گاز مصرفي و سوخت مايع، که يا به فروش مي رسد و يا به عنوان خوراک واحد RFCC مورد استفاده قرار مي گيرد، سود عايد مي کند.
● تجهيزات جانبي:
مهم ترين تجهيزات جانبي مورد استفاده در کوره ها را عموماً دوده زداها (SOOT BLOWERS) و آنالايزرها (O۲ ANALAYZER) يا اخيراً (CO۲ ANALYZER) تشکيل مي دهند.
با استفاده روزانه از دوده زدا (يک بار در روز) در يک کوره ملاحظه شده که بلافاصله ۱۰°C دماي سيال خروجي از کوره افزايش مي يابد، به عبارت ديگر به ميزان همان ۱۰°C اضافي، سوخت مصرفي کوره کاهش مي يابد. ضمن اين که ترکيبات مضر و خطرناک که هم باعث مسائل خوردگي مي شوند و هم انتقال حرارت را کاهش مي دهند، از روي لوله ها زدوده مي شوند. استفاده از ساير تجهيزات جانبي پيشگرمکن هاي هوا AIR PREHEATERS و لوازم بازيافت حرارتي از دودکش هاFORCED AND INDUCED FANS، و يا ECONOMIZER در ديگ هاي بخار باعث کاهش سوخت مصرفي و در نتيجه کاهش مشکلات ايجاد شده در کوره ها و ديگ هاي بخار مي شود.

بُخارا، با جمعيتي بالغ بر ۲۳۷٫۹۰۰ نفر (برآورد تخميني سال ۱۹۹۹)، پنجمين شهر بزرگ ازبکستان، و مرکز استان بخارا است. شهر بخارا در جلگهٔ واقع‌ در مسير سفل ...

ديگ بخار دستگاهيست كه براي توليد بخار از آن استفاده مي‌شود. اين بخار مي‌تواند براي چرخاندن توربين يا گرم كردن برخي كوره‌ها استفاده شود. در ديگهاي بخار ...

ديگوکسين براي افزايش قدرت قلب به عنوان تلمبه تجويز مي شود. اين دارو با بهبود تعداد ضربان قلب و ضرباهنگ آن چنين تأثير مي گذارد. در نتيجه ، گردش خون بهب ...

بيوشيمي بيگانه يا بيوشيمي ديگر (Alternative biochemistry) نوعي مفهوم فکري براي بررسي انواع زندگي موجودات فرازميني است که به صورت اساسي با زندگي بر روي ...

خواص بخار و آب در صنعت برق، در طراحي ديگها، توربينها و تجهيزات ديگر و همچنين براي ارزيابي عملكرد تجهيزات نقشي اساسي دارد. در حدود ۷۰ سال قبل پيشتازان ...

تبديل مواد شيميائي به انرژي الكتريكي كه در باطري اتفاق مي افتد باعث مي شود مقدار نسبتاً كمي برق براي استفاده موقت توليد شود. در نيروگاهي كه از سوخت فس ...

● چند نكته از اين آزمايش نتيجه مي شود: ۱) سيستم آشكارساز و تزريق هوا به خوبي كار مي كنند. ۲) پروب در محيطي با دماي ۱۰۰ درجه سانتي گراد كار كرده است، ك ...

بخار مرطوب باعث خوردگي و ساييدگي پره هاي توربين و قطعات ديگر مي شود و بازده توربين را كم مي كند. از نظر اطمينان و عملكرد اقتصادي نيروگاه، بايد به اندا ...

دانلود نسخه PDF - ديگ بخار