عوامل خوردگی کوره۲: تیوب ها

یکی از مشکلات اساسی که می تواند باعث بروز مشکل برای کوره ها باشد، خوردگی در نقاط و وسایل مختلف آن است که ضمن هدر رفتن مقدار زیادی انرژی، آسیب های مکانیکی متعددی به کوره وارد می کند. از آنجا که هر کوره از بخش های متعددی همچون بدنه، اطاقک احتراق (Fire Chamber)، دودکش، مشعل و سایر تجهیزات جانبی تشکیل شده، لذا علل خوردگی و راه حل های پیشنهادی در هر یک از بخش ها به طور مجزا مورد بحث و بررسی قرار می گیرد.

 

  • تیوب ها یا لوله های داخل کوره:

    معمولاً کوره ها متشکل از دو بخش RADIATION و CONVECTION هستند که بایستی ظرفیت گرمایی (DUTY) کوره از نظر درصد، تقریباً به نسبت۷۰ و۳۰ درصد بین این دو بخش تقسیم شود.

    از آنجا که لازم است سیال به اندازه دمای مورد نظرگرم شود بایستی حرارت مورد نیاز خود را از طریق هدایتی از لوله ها و تیوب های داخل کوره دریافت کند، این لوله ها نیز حرارت مورد نیاز برای این انتقال حرارت را از طریق تشعشعی و جابجایی در اثر احتراق سوخت در داخل کوره جذب می کنند. انتخاب آلیاژ مناسب جهت لوله با توجه به نوع سیال و ترکیبات آن و میزان حرارت دریافتی توسط لوله و در معرض شعله قرار گرفتن از اهمیت بسزایی برخوردار است.

    مسائلی که به بروز مشکلاتی برای تیوب ها منجر می شود عبارتند از:

  1. سرد و گرم شدن ناگهانی لوله
  2. گرم شدن بیش از حد لوله و بالا رفتن دمای تیوب از حداکثر مجاز آن
  3. در معرض شعله قرار گرفتن و برخورد شعله به لوله (impingement)
  4. ایجاد یک لایه کُک بر روی جداره داخلی لوله
  5. Carborization
  6. Hogging
  7. Bending
  8. Bowing
  9. Sagging
  10. Creeping - خزش
  11. خوردگی جداره داخلی لوله بر اثر وجود مواد خورنده در سیال عبوری
  12. خوردگی جداره بیرونی لوله در اثر رسوبات حاصل از احتراق سوخت مایع بر روی جداره خارجی لوله
  13. کارکرد لوله بیش از عمر نامی آن (۸۰ هزار الی ۱۱۰ هزار ساعت)

 

۱-  سرد و گرم شدن ناگهانی لوله، ممکن است به Creeping (خزش) که نتیجه آن ازدیاد قطر لوله می باشد منجر شود که در این صورت احتمال پارگی لوله و شکنندگی آن را افزایش می دهد. چنانچه در اثر Creeping مقدار ازدیاد قطر از ۲ درصد قطرخارجی لوله بیشتر شود، لوله مزبور بایستی تعویض شود.

    در یک اندازه گیری عملی که برای برخی از تیوب های هشت اینچی و شش اینچی کوره (کوره تقطیر در خلا) H-۱۵۱ در هنگام تعمیرات اساسی صورت پذیرفت، محاسبات زیر بدست آمد:

  •     برای تیوب "۸

    OD = ۸.‎۶۲۵ (اصلی)

    OD = ۸.‎۷۵ (اندازه گیری شده)

    (OD = (۰.‎۱۲۵ (افزایش قطر لوله)

    (OD ALLOWABLE = (۸.‎۶۲۵x۲%=۰.‎۱۷۲۵

  # نتیجه:  هنوز می توان از تیوب مزبور استفاده کرد.

 

  •     برای تیوب "۶

    OD = ۸.‎۶۲۵ (اصلی)

    OD = ۸.‎۶۷۵ (اندازه گیری شده)

    (OD = (۰.‎۰۵ (افزایش قطر لوله)

    (OD ALLOWABLE = (۶.‎۶۲۵x۲%=۰.‎۱۳۲۵

    # نتیجه:هنوز می توان از تیوب شش اینچی مزبور استفاده کرد.

همان طور که مشخص است تیوب ۸ حدوداً بیش از دو برابر تیوب ۶ ازدیاد قطر داشته است.

 
۲- بالا نگه داشتن دمای پوسته تیوب ها سبب کاهش مقاومت لوله ها و کاهش عمر مفید و گارانتی حدود یکصد هزار ساعتی آنها می شود. تجربه نشان داده است که اگر به مدت ۶ هفته سطح خارجی (پوسته) لوله ای ۹۰۰°C بیش از مقدار طراحی در معرض حرارت قرار بگیرد، عمر تیوب ها نصف می شود.

 

۳- یکی دیگر از مشکلات پیش آمده برای لوله ها، برخورد شعله به لوله (IMPINGEMENT)است، که باعث OVER HEATING کوره و در نهایت HOT SPOT می شود. این امر می تواند ضمن لطمه زدن در محل برخورد شعله به لوله، باعث تشدید عمل کراکینگ مواد داخل لوله شود و مواد مزبور به دو قسمت سبک و سنگین تبدیل گردند.

 

۴- مواد سنگین به جداره داخلی لوله چسبیده و کک ایجاد می کنند. به ازای تشکیل یک میلی لیتر ضخامت کک با توجه به ضریب هدایتی کک که برابر مقدار خاصی می باشد برای یک شارژ حرارتی معمول در قسمت تشعشعی کوره H-۱۰۱ (اتمسفریک) می باشد، معادل فرمول زیر است:

    می بایستی ۳۰۰°C دمای پوسته تیوب بالاتر رود تا سیال موجود در تیوب به همان دمای موردنظر برسد. در این صورت ملاحظه می شود بالا رفتن دمای تیوب به چه میزان اتلاف سوخت و انرژی، داشته و به طور کلی به مرور زمان چه لطمه ها و آسیب هایی به کل کوره وارد می شود. به عبارت دیگراختلاف دمای پوسته تیوب های کوره که در طراحی عموماً ۱۰۰۰°F بالاتر از دمای متوسط سیال درون آن در نظر گرفتهمی شود، به مرور زمان با تشکیل کک (با رسوبات بیرونی) بیشتر می شود.

 

  ۵-  یکی دیگر از مسائلی که باعث خم شدن و شکستگی لوله ها می شود پدیده کربوریزیشن (carborization) است که بر اثر ترکیب کربن با آهن پدید می آید: این واکنش که باعث تولید کربور آهن خواهد شد در دمای بالاتر از ۷۰۰۰°c ایجاد می شود ۷۰۰۰°C)تا ۱۴۰۰۰°C). این حالت عمدتاً در زمان Curing و drying کوره پدید می آید. البته Hot spot نیز بیشتر در این زمان ها اتفاق می افتد.

    وجود ناخالصی های مختلف مثل فلزات سدیم، وانادیم، نیکل و غیر...، فلزاتی مثل گوگردو ازت به صورت ترکیبات آلی در سوخت های مایع، مسائل عدیده ای را باعث می شوند، که از آن جمله کاهش انتقال حرارت از طریق سطح خارجی تیوب به سیال درون تیوب است که به علت تشکیل رسوبات مربوط به ناخالصی های مزبور بخصوص رسوبات فلزی بر روی تیوب هاست.

    به همین دلیل برای رسیدن به دمای مورد نظر سیال موجود در لوله، مجبور به مصرف سوخت بیشتر خواهیم شد. در نتیجه مشکلات ایجاد گرمای بیشتر در کوره و مسائل زیست محیطی  در اثر تشکیل SOX، NOX و ... را خواهیم داشت. از طرفی به دلیل نشست این رسوب ها بر روی تیوب ها مسئله خوردگی و سوراخ شدن پیش خواهد آمد. علت این خوردگی که از نوعHigh temp corrosion می باشد پدیده سولفیدیش است، که در دماهای بین۶۳۰°C تا۷۰۰°C بوقوع می پیوندد. همان طور که گفته شد علت اصلی آن وجود عناصر وانادیم، گوگرد، سدیم و نیکل به همراه گازهای حاصل از احتراق سوخت است.

 

    فلزات ذکر شده (بصورت اکسید) به کمک این گازها بالا رفته و بر روی تیوب های قسمت تشعشع و جابه جایی می نشینند. خوردگی و سوراخ شدن تیوب، بر اصل اکسید شدن و ترکیب عناصر مزبور باآلیاژ تیوب استوار بوده که باعث ایجاد ترکیبات کمپلکس با نقطه ذوب پایین می شود.

 

    ترکیب اولیه پس از Na۲SO۴، سدیم وانادایت به فرمول Na۲O۶V۲O۵ است که نقطه ذوب آن ۶۳۰۰°C می باشد. عمده ترکیبات دیگر که شامل کمپلکسی از ترکیب پنتا اکسید وانادیم و سدیم است در شرایطی به مراتب ملایم تر و درجه حرارتی پایین تر ذوب می شوند. برای مثال مخلوط وانادیل وانادیت سدیم به فرمول Na۲OV۲O۴۱۱V۲O۵ و متاوانادات سدیم به فرمول Na۲OV۲O۵ در ۵۲۷۰°C ذوب می شوند. ذوب این کمپلکس ها شرایط مساعدی را برای تسریع خوردگی بوجود می آورد. در اینجا ترکیبات حاصل از احتراق نه تنها به نوع ناخالصی بلکه به نسبت آنها نیز بستگی کامل دارد و در مورد وانادیم میزان سدیم از اهمیت خاصی برخوردار است.

 

    البته سدیم وانادیل وانادایت پس از تولید و ذوب شدن، با فلز آلیاژ مربوط به تیوب، ترکیب شده و بر اثر سیال بودن از سطح آلیاژ کنار رفته و سطوح زیرین تیوب مربوطه در معرض ترکیب جدید قرار می گیرد. ادامه این وضع به کاهش ضخامت تیوب و در نهایت سوراخ  شدن و از کار افتادن آن منجر می شود.

 

۶-     مشکل دیگر که به علت دمای بالا برای تیوب های کوره ها ایجاد می شود خمیدگی در جهت های مختلف این تیوب هاست.

نام منبع: 
پورتال تاسیسات