ăn Mòn Lý Thuyết.docx

Ăn mòn, cáu cặn trong lò hơi 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. 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）

Ăn mòn lỗ trên ống lò hơi.

O2 ＋ 2H2O ＋ 4e- → 4OH-（Cathode）

Heat 2Fe（OH）2+＋2OH-

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.

1. Vấn đề ăn mòn: 1.1. Ăn mòn khi trong nước lò khi có mặt các chất khí: ► Sự có mặt của oxi (O2) Khí oxi có mặt trong nước sẽ thúc đẩy quá trình ăn mòn điện hóa theo phản ứng sau: - Tại điện cực Anode: Fe = Fe2+ + 2e Fe2+ + 2(OH-) = Fe(OH)2 Fe(OH)2 + 1/2 O2 + H2O = 2Fe(OH)3

Hình: Ăn mòn đường ống lò hơi do khí hòa tan - Tại điện cực Cathode: H+ + 1e = H0 2H0 + 1/2O2 = H2O - Tổng hợp phản ứng: 4Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3

2Fe(OH)3 = Fe2O3 ( Số nhiều sẽ thành gỉ sắt) + H2O Kết quả của quá trình ăn mòn bên trong lò hơi do ảnh hưởng của khí oxi hòa tan sẽ tạo ra gỉ sắt làm hư hỏng các van khí, van nước và làm mỏng lò hơi. ► Sự có mặt của khí cacbonic (CO2) Khí CO2 hòa tan trong nước tạo ra H2CO3 làm giảm pH của nước và ăn mòn kim loại. Phản ứng ăn mòn như sau: CO2 + Fe + H2O = FeCO3+ H2 Mục đích xử lý khí là nhằm khử đi toàn bộ khí hòa tan như O2, CO2 còn sót lại trong nước, để tránh sự ăn mòn và phá hủy kim loại từ đó chống đóng cáu trong lò hơi. 1.2. Ăn mòn lò hơi do pH của nước lò: Fe + 2H2O = Fe(OH)3 + 2H2 2Fe(OH)3 = Fe2O3 + H2O pH >= 10.5: Fe2O3 không tan, không xảy ra hiện tượng ăn mòn. pH < 10.5: Fe2O3 tan, ăn mòn lò hơi xảy ra.

Hình - Ăn mòn đường ống do pH

i. ii. iii. iv. v. vi. vii. viii.

2. Vấn đề cáu cặn trong lò hơi:Trong nước lò hơi, các ion Ca2+, Mg2+ là nguyên nhân chính gây ra cáu cặn cho lò hơi. Các dạng cáu cặn thường gặp của các ion này bên trong lò hơi: Xinotlite: 5CaO.5SiO2.H2O Anhydrite: CaSO4 Hemihydrite: 2CaSO4.H2O Calcite: CaCO3 Calcium Hydroxyapatite: 3Ca3(PO4)2.Ca(OH)2 Magnesium Phosphate: Mg3(PO4)2 Brucite: Mg(OH)2 Serpentine: 2MgSiO3.Mg(OH)2.H2O

Hình - Một số hình ảnh cáu cặn lò hơi Giải pháp bảo vệ lò hơi và tiết kiệm nhiên liệu đốt của Ptech Nguyên tắc để xử lý nước cho lò hơi là phải loại bỏ các khí gây ăn mòn (O2, CO2) và các ion gây đóng cáu cặn Ca2+, Mg2+. ♦ Bước 1: Xử lý nước cấp đầu vào Để đáp đảm bảo an toàn khi hoạt động và nâng cao tuổi thọ của lò hơi, nước trước khi được cấp vào lò hơi cần thiết phải được loại bỏ các thành phần gây ra độ cứng của nước, đây cũng là những thành phần gây nên phần lớn cáu cặn trong lò hơi. Tùy thuộc nguồn cấp nước để thực hiện phương án xử lý nước cấp đầu vào:

a. Nguồn nước là nước sông, nước giếng thì phương án xử lý có thể là: b. Nguồn nước là nước nhiễm mặn Phương án có thể là hệ thống lọc ngược RO, khử khoáng DI, chất lượng nước đầu ra ít nhất theo Bảng 1.

c. Nguồn nước là nước cấp thành phố hoặc đáp ứng QCVN 02:2009/BTNMT Phương án là làm mềm nước sao cho các chỉ tiêu nước đầu ra đáp ứng Bảng 1 ♦ Bước 2: Loại bỏ các tác nhân gây ăn mòn và cáu cặn trong lò hơi Bước này loại bỏ các khí (O2, CO2) gây ăn mòn cho lò hơi và triệt để loại bỏ cáu cặn trong suốt quá trình hoạt động của lò hơi. Để chống lại các tác nhân gây hại cho lò hơi như đã nêu ở trên, chúng tôi đề nghị Quý công ty sử dụng hóa chất bảo trì lò PT-01

Sử dụng hóa chất Pt-01 để loại bỏ các tác nhân gây ăn mòn, cáu cặn trong lò hơi Hóa chất chống cáu cặn và ăn mòn lò hơi PT-01 là hỗn hợp có tác dụng sau Xử lý ăn mòn lò hơi do Oxi: Hóa chất PT-01 sẽ khử Oxi hòa tan trong nước lò hơi: SO32- + O2 = SO42Gốc SO42- sẽ được hóa chất PT-01 chuyển thành bùn lơ lững và theo nước xả đáy ra ngoài. Xử lý ăn mòn lò hơi do pH: Pt-01 giúp nâng pH của nước lò về giới hạn kiểm soát 10.5 – 12, trong giới hạn pH này lượng lớp màng sắt oxit Fe2O3 sẽ không bị tan ra mà tạo một lớp màng mỏng trên bề mặt trao đổi nhiệt, bảo vệ lò hơi không bị ăn mòn. Xử lý cáu cặn lò hơi: Hóa chất PT-01 sẽ tác dụng với các ion tạo cáu Ca , Mg2+ để chuyển các ion này về dạng phức bùn lơ lửng, không kết tủa và sẽ lắng xuống đáy lò hơi và theo nước xả đáy lò ra ngoài. 2+

Sử dụng hóa chất Pt-01 cần kết hợp với quá trình xả đáy điều đặn và liên tục. 



Quá trình vận hành lò hơi là quá trình hóa hơi liên tục của nước, các chất lơ lửng và các muối tan bị giữ lại trong lò. Do việc sử dụng hóa chất Pt-01 khiến chúng không thể bám vào thành lò mà chỉ lắng xuống đáy lò, làm cho nồng độ các chất lơ lửng trong nước lò ngày càng cao và hình thành một lớp bùn lơ lửng ở đáy lò. Việc xả đáy lò chính là nhằm loại bỏ lớp bùn lơ lửng này ra khỏi lò hơi. Xả đáy lò hơi có thể được thực hiện bằng tay hoặc bằng hệ thống xả đáy tự động.

(http://www.ptechcor.com/san-pham/hoa-chat-bao-tri-lo-hoi-pt01.html)