Nhà phân phối hóa chất Hydrazine công nghiệp VN » Tổng quan về Hydrazine » Ăn mòn, cáu cặn trong lò hơi

Ăn mòn, cáu cặn trong lò hơi

Thứ Hai, 24 tháng 3, 2014

1. Ăn mòn

Ăn mòn là phản ứng nghịch của kim loại để hình thành quặng sắt. Ví dụ, sắt tạo thành sắt oxit là kết quả của việc ăn mòn. Quá trình ăn mòn là phản ứng hóa học điện hóa phức tạp tạo thành nhiều sản phẩm khác nhau. Ăn mòn hình thành những sản phẩm bám trên phần lớn bề mặt kim loại hoặc tạo thành các đinh nhọn kim loại. Do đó, nước là vấn đề gây ra ăn mòn.

Hình 1: Ăn mòn lỗ trên ống lò hơi

Nguồn gốc và bản chất của ăn mòn do sự hoạt động của oxy hòa tan, làm cho bề mặt kim loại không đồng nhất hoặc do nước trực tiếp tấn công.

Vấn đề ăn mòn trong lò hơi chủ yếu do phản ứng của kim loại với oxy, các tác nhân khác như stresses, điều kiện acid, các hóa chất gây ăn mòn có tầm ảnh hưởng quan trọng và hình thành những sản phẩm khác nhau. Do đó, một điều thật sự cần thiết là phải xem xét lượng chất gây hại thay đổi trong lò hơi mà không gây phá hủy lò. Ăn mòn có thể xảy ra trong hệ thống nước cấp khi pH thấp và có sự hiện diện của oxy, carbon dioxide.

Các phản ứng xảy trong trong lò hơi gây ăn mòn.

Fe → Fe⁺⁺ 2e^-（Anode）

O₂ ＋ 2H₂O ＋ 4e^- → 4OH^-（Cathode）

2Fe（OH）₂⁺＋2OH^-	Heat	Fe₂O₃ ＋ 3H₂O

	Pressure drop

2FeOH₂⁺⁺ ＋ Fe⁺⁺ ＋2H₂O → Fe₃O₄＋6Ｈ⁺

Ăn mòn chủ yếu gây ra bởi xỉ sắt ở điểm nóng chảy thấp. Nhiệt độ cao ăn mòn dưới lớp cáu cặn sẽ xảy ra khi pha lỏng và pha rắn trực tiếp tương tác với kim loại. “Deposit” cũng thúc đẩy vận chuyển oxy tiếp xúc với kim loại. Ăn mòn trong lò hơi thường xảy ra khi nước trong lò hơi có độ kiềm thấp hoặc khi bề mặt kim loại không được bảo vệ tiếp xúc trực tiếp với oxy và nước trong suốt quá trình hoạt động hoặc thời gian nghỉ. Nhiệt độ cao và stresses trong lò hơi thúc đẩy cơ chế ăn mòn nhanh hơn. Ăn mòn trong hệ thống hơi và ngưng tụ thường là kết quả của việc tiếp xúc oxy và carbon dioxide. Các tạp chất đặc biệt như ammoniac hoặc sulfite làm tăng tương tác với hợp kim đồng trong hệ thống. Ăn mòn còn do sự kết hợp của màng oxit dễ nóng chảy và tác nhân oxy hóa là oxy.

2HCO₃^- → CO₃^-- ＋ CO₂ ＋ H₂O

CO₂ ＋ H₂O → H₂CO₃

Fe ＋ 2H₂CO₃ → Fe(HCO₃)₂ ＋ H₂

Fe(HCO₃)₂ → FeO ＋ 2CO₂ ＋ H₂O

2Fe(HCO₃)₂ ＋ 1/2O₂ → Fe₂O₃ ＋ 4CO₂ ＋ 2H₂O

Sự đứt gãy kim loại trong lò hơi có thể xảy ra theo 2 cơ chế khác nhau. Cơ chế đầu tiên, tuần hoàn cưỡng bức tạo ra bởi tốc độ gia nhiệt, làm mát và nồng độ tại các điểm đã xảy ra ăn mòn trên bề mặt kim loại. Điều này là do việc ngăn ngừa ăn mòn không thích hợp. Loại thứ 2 là ăn mòn đứt gãy do sức bền kim loại. Sự đứt gãy này thường bắt nguồn tại nơi mà màng oxide dày đặc bao bọc bề mặt kim loại. Dạng ăn mòn này thường mỏng, từ từ và dọc theo hạt kim loại. Chúng luôn luôn bắt đầu bên trong bề mặt ống tube. Kỹ thuật kiểm soát ăn mòn thay đổi tùy theo dạng ăn mòn. Các phương pháp chính: duy trì độ pH thích hợp, kiểm soát oxy, kiểm soát cáu cặn và giảm stresses do thiết kế và hoạt động.

2. Cáu cặn:

Cáu cặn trong lò hơi do các tạp chất trong nước kết tủa trên bề mặt bộ phận trao đổi nhiệt hoặc các chất lơ lửng trong nước lắng trên bề mặt kim loại và dần dần bám cứng trên bề mặt kim loại. Sự bay hơi trong lò làm tăng nồng độ các tạp chất. Điều này gây trở ngại với việc trao đổi nhiệt và làm nóng cục bộ. Dẫn đến quá nhiệt cục bộ. Cáu cặn hình thành khi nồng độ các chất khoáng vượt mức do nhiệt độ cao và chúng nằm ở ranh giới ống tube/nước. Sự lắng đọng các tinh thể kết tủa trên thành lò hơi và bề mặt trao đổi nhiệt có thể gây nóng cục bộ, dẩn đến quá nhiệt cục bộ. Giảm hiệu quả cấp nhiệt và gây nguy hiểm cho lò hơi và người sử dụng.

Các tạp chất thông thường trong nước cấp mà hình thành cáu cặn bao gồm calcium, magnesium, sắt, nhôm và silic. Cáu cặn là do sự hòa tan không hoàn toàn của muối trong lò hơi hình thành các kết tủa không tan.

Nguyên nhân chính của cáu cặn là do sự hiện diện của muối calcium và magnesium (carbonates hoặc sulfates), ít hòa tan hơn khi nhiệt độ cao và ngược lại. Hoặc khi silic có nồng độ quá cao liên quan đến độ kiềm của nước trong lò hơi.

Hình 02: cặn bám trên ống tube lò hơi

Cặn carnonate thường là dạng hạt, đôi khi dạng xốp. Tinh thể calcium carbonate lớn nhưng luôn liên kết với các hạt khác hình thành vật liệu trông dày đặc và đồng nhất. Cho chúng vào trong dung dịch acid có thể dễ dàng xác định cặn carbonate. Khí carbon dioxide sẽ sủi bọt từ cặn. Cặn sulfate thì cứng hơn và dày hơn cặn carbonate bời vì tinh thể của nó nhỏ hơn và liên kết với nhau bền hơn. Căn sulfate dễ gãy, không đễ đánh tan và không sủi bọt khi cho vào dung dịch acid.

Cặn silica rất cứng, tương tự như gốm sứ. Tinh thể silica rất nhỏ, hình thành rất dày và không thấm nước. Cặn này rất dòn và rất khó đánh tan. Nó không tan trong acid hydrochloride và sáng màu.

Cặn sắt, do ăn mòn hoặc do nước nhiễm sắt, có màu tối. Chúng tan trong acid nóng tạo dung dịch màu nâu tối.

Hình 03: Cặn bên trong ống tube lò hơi

Nếu không được kiểm tra, lớp cặn ngày càng cản trở trao đổi nhiệt, hoạt động như một chất cách nhiệt. Thậm chí, khi cặn lớn dần sẽ gây quá nhiệt và vỡ ống đồng. “Deposit” lò hơi cũng gây tắc nghẽn, bít kín một phần lò hơi, xảy ra ăn mòn dưới lớp cáu cặn. Nói chung, cặn lò hơi làm giảm hiệu quả hoạt động, lò hơi ngừng hoạt động một cách đột ngột và tăng chi phí tẩy rửa

Hình 04: Scaling on tube sheet of boiler

Biện pháp đầu tiên chống cáu cặn là cung cấp nước chất lượng tốt, nước đã được khử tạp chất khi cấp cho lò hơi. Các khoáng chất hình thành cặn xâm nhập vào lò hơi còn gây nguy hại đến hóa chất xử lý. Một kỹ thuật được áp dụng từ rất lâu đó là loại bỏ độ cứng cation, magnesium và calcium, các chất khoáng hình thành cặn và thay thế chúng bằng ion natri.