اکسیژن زدا و کاهش هزینه های خوردگی

اکسیژن محلول در تمامی آب هایی که به نحوی با اتمسفر هوا در تماس هستند، موجود می باشد و شاخصی از کیفیت آب است. حذف اکسیژن محلول از آب را تجزیه هوازدایی می نامند که به روش های معمول مکانیکی، حرارتی و شیمیایی انجام می گیرد. آب مهمترین ماده حیات و آبادانی است. بسیاری از مشکلات بهداشتی کشورهای در حال پیشرفت، ناشی از عدم برخورداری از آب آشامیدنی سالم است. تصفیه آب برای بشر دارای سابقه ای طولانی و قدیمی است و در تصفیه آب شناسایی ویژگی های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی آب حائز اهمیت می باشند که بایستی این شرایط با استانداردهای موجود مطابقت داشته باشند. اکسیژن محلول شاخصی مربوط به کیفیت آب است و در تمامی آب هایی که به نحوی با اتمسفر هوا در تماس هستند، موجود می باشد. حذف اکسیژن از آب را تجزیه هوازدایی می نامند که به روش-های معمول هوازدایی مکانیکی، حرارتی و شیمیایی انجام می گیرد. هیدرازین نیز یکی از مواد معمول مصرفی در اکسیژن زدایی میباشد و مصرف این ماده طی دو دهه اخیر به دلیل شناخت اثرات مضر آن بر بدن انسان و محیط زیست به شدت رو به کاهش گذاشته و اقدامات وسیع جهانی برای جایگزینی آن با مواد غیرسمی در حال انجام است. از ماده کربوهیدرازید بعنوان جایگزین مناسب برای هیدرازین برای اکسیژن-زدایی از آب بویلرها و در واقع حل مشکل زیست محیطی و خطرات ناشی از مصرف هیدرازین استفاده شده است. کاهش اکسیژن محلول آب با استفاده از دی اتیل هیدروکسیل آمین در حضور هیدروکینون یا کینون بعنوان کاتالیزور با در نظر گرفتن سرعت واکنش و بازده کاتالیزور مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان داد که سیستم حذف اکسیژن با استفاده از دی اتیل هیدروکسیل آمین گالیک اسید کاتالیزوری کارآمدتر نسبت به سیستم فعلی دی اتیل هیدروکسیل آمین هیدروکینون می باشد زیرا در نهایت کاهش اکسیژن محلول با بازده بالاتری در واکنش صورت می گیرد.
خوردگی در سیستم هاي تولید بخار باعث ایجاد مشکلات زیادي در واحدهاي صنعتی می شود. اکونومایزر و گرم کننده آب تغذیه اولین مناطقی هستند که در یک سیستم تولید بخار در حال کار دچار خوردگی می شود. اکونومایزر به دلیل استفاده از انرژي گاز در حال خروج از سیستم بویلر، عاملی کلیدي در افزایش بهره وري حرارتی بویلر است. بروز خوردگی باعث کاهش بهره وري بویلر می شود. عموماً خوردگی در این تجهیزات در اثر ورود گاز اکسیژن، دي اکسیدکربن و آمونیاك رخ می دهد.
سیستم هاي تولید بخار معمولی شامل بخش پیش – بویلر (هیترهاي هوازدا، لوله کشی، پمپ ها، هیترهاي مرحله اي و اکونومایزر)، بخش تولید کننده ي بخار (شامل بویلر، سوپرهیترها و ري هیترها)، بخش بعد از تولیدکننده ي بخار (شامل تجهیزات فرآیندي، لوله هاي بخار و تله هاي کندانس) و بخش کندانس (شامل لوله ها، فلاش تانک ها، پمپ ها و تانک هاي ذخیره ي کندانس) است. خوردگی در سیستم هاي تولید بخار باعث ایجاد مشکلات زیادي در پالایشگاه ها، واحدهاي گاز و پتروشیمی می شود. خوردگی در بویلرها تابعی از غلظت اکسیژن، دي اکسید کربن و آمونیاك و نحوه کنترل این گونه ها و در برخی موارد ناشی از وجود آنیون هاي هیدروکسید و کلراید یا غلظت بالاي مواد شیمیایی چلانت در آب بویلر است. به هر حال، در سیستم هاي پیشرفته تر تولید بخار، معمولاً کنترل گازهاي محلول در آب مانند اکسیژن و دي اکسید کربن منجر به کاهش خوردگی دیواره ي داخلی تیوب هاي مورد استفاده در سیستم هاي تولید بخار می شود.
اکسیژن عامل اصلی خوردگی پیش از بویلر و داخل بویلر خواهد بود. خوردگی اکسیژنی و محصولات خوردگی در بویلر باعث تحمیل هزینه ي سنگین نگهداري بویلر می شود. خرابی تجهیزات گران قیمت و رسوب محصولات خوردگی منجر به کاهش بازدهی سیستم بویلر می شود. بنابراین پایش و کنترل غلظت اکسیژن در بویلر از اهمیت ویژه اي برخوردار است. در عمل به منظور جلوگیري از وقوع خوردگی اکسیژنی در بویلر، غلظت اکسیژن در آب بویلر باید به چند ppb تقلیل یابد و در این مقادیر کم کنترل شود. اکونومایزر و گرم کننده آب تغذیه اولین مناطقی هستند که در یک سیستم در حال کار دچار خوردگی اکسیژنی می شود. در مواردي که مقدار اکسیژن محلول در آب زیاد باشد، خوردگی اکسیژنی ممکن است قسمت هاي دیگر سیستم بویلر را نیز تحت تأثیر قرار دهد. در اکثر موارد، خسارات ناشی از خوردگی اکسیژنی حتی اگر مقدار اکسیژن در یک محدوده زمانی کوتاه از حد مجاز فراتر رفته باشد بسیار زیاد است.
با توجه به این که عملکرد اکسیژن زداها نیاز به گذشت زمان دارد، لازم است یک فاصله زمانی بین تزریق مواد اکسیژن زدا و مصرف آب در بویلر وجود داشته باشد. به همین دلیل براي آن که ماکزیمم مدت زمان براي عملکرد اکسیژن زدا فراهم شود، تزریق آن باید بلافاصله بعد از هوازدایی مکانیکی باشد. معمولا تزریق در تانک ذخیره ي هوازدا انجام می گیرد. علاوه بر این، استفاده از مواد شیمیایی با قابلیت کاتالیزوري در حذف اکسیژن براي کاهش زمان عملکرد آن پیشنهاد می گردد. اکسیژن زداها در شکل کاتالیست شده (نمک هاي کبالت و منگنز به طور معمول براي سولفیت و کاتالیست هاي ارگانیک معمولا براي اکسیژن زداهاي فرار) استفاده می شود.
خوردگی ناشی از اکسیژن در بویلرها می تواند با افزودن مواد شیمیایی اکسیژن زدا قبل از سیستم تولید کننده بخار کنترل شود. مواد اکسیژن زدا همراه با مواد شیمیایی دیگر بعنوان یک محلول آبی در قسمت بالادستی تزریق می شوند.
مواد اکسیژن زدایی که به صورت گسترده ای کاربرد دارند سدیم سولفات (Na2SO3) و هیدرازین (N2H4) هستند که هر دو بعنوان یک سیستم کاتالیزی در دماها و فشارهای پائین تر، جهت افزایش واکنش پذیری با اکسیژن می شوند.
کینون ها و نمک های کبالت عموما بعنوان کاتالیست استفاده می شوند.

ترکیبات اکسیژن زدا

سولفیت

سولفیت ارزان ترین و فعال ترین اکسیژن زدا برای بویلرهای با فشار متوسط و پائین تر (تا ۶۰۰ psig (42 bar abs)) است. سدیم سولفیت در واکنش با اکسیژن، سدیم سولفات را تولید کرده که باعث ایجاد مواد جامد در سیستم بویلر چرخشی است.

بنابراین در فشار بالا و بویلرهای فوق بحرانی، جائیکه مواد جامد مشکلی اساسی ایجاد می کنند، سولفیت نمی تواند راهگشا باشد. دوز تئوری سدیم سولفیت یا تعداد واحدهای Na2SO3 مورد نیاز برای مصرف یک واحد اکسیژن می تواند بر اساس واکنش آن با اکسیژن به صورت زیر محاسبه گردد:

بنابراین ۸ واحد سدیم سولفیت برای مصرف یک واحد اکسیژن به بویلر اعمال می شود. نوعا غلظت های باقی مانده از سولفیت تا ۲۰ ppm در بویلر باقی می ماند. زمانیکه فشار به ۶۰۰ psig می رسد، سولفیت به سولفور دی اکسید و هیدروژن سولفید با دو روش شکسته می شود.

هر دو گازهای خورنده هستند که با بخار بویلر را ترک می کنند.
سولفیت اکسیژن زدای موثری است، اما غیر فرار بوده و بویلر را با بخار ترک نمی کند بنابراین محافظتی برای سیستم ایجاد نمی کند. همچنین سولفیت سبب کاهش هماتیت به مگنتیت نمی شود و در رسوب زدایی بویلر از مواد جامد موثر نمی باشد.
از اکسیژن زداهایی که در بویلرهای فشار بالا کاربرد دارند دی اتیل هیدروکسی آمین است که با هیدرازین و هیدرازین کاتالیز شده رقابت می کند. هیدرازین در فشار ها و دماهای بالا باعث تولید گازهای خورنده نمی شود و در واکنش با اکسیژن نیتروژن و آب تولید می کند.

فروش آمونیوم بی سولفیت

آمونیوم بی سولفیت Ammunium Bisulphite


بشکه 200 کیلویی / گالن 20 کیلویی
فروش اکسیژن زدای مورد نیاز صنایع مختلف، جهت کسب اطلاعات بیشتر با دکتر کمیکال تماس بگیرید.

هیدرازین

اکسیژن محلول نقش مهمی در خوردگی در چرخه بخار نیروگاه ها دارد و استفاده از مواد اکسیژن زدا یکی از راه های نگه داشتن آن در کمترین حد ممکن است.

اندازه گیری هیدرازین و سایر مواد شیمیایی اکسیژن زدا، از خوردگی اکسیژن یا مصرف بیش از حد آن که باعث افزایش هزینه های عملیاتی می شود و خطر خوردگی مس را افزایش می دهد، ممانعت می کند.

اندازه گیری بسیار دقیق، پایدار و سریع هیدرازین باعث بهبود کنترل فرآیند و کنترل کارایی سیستم می شود.

معیارهای زیادی برای انتخاب ماده اکسیژن زدا  وجود دارد.

اولین معیار این است که نباید مواد جامد تولید کند، که می تواند به پره های توربین آسیب برساند و یا گرما ایجاد کند. نتیجه این است که در ابتدا به دنبال اکسیژن زدای غیر آلی و غیر جامد باشید.

سایر معیارهای مورد نیاز برای انتخاب اکسیژن زدا عبارتند از:

  • راندمان واکنش سریع در هر دما
  • خطر سرطان زا یا کارکرد دیگری نداشته باشد
  • پایداری حرارتی مناسب در دمای بالا
  • محصول جانبی تولید شده در مدار میعانات نداشته باشد و به شکل گیری یک فیلم فلزی غیرفعال کمک کند.
  • واکنشی با سایر مواد شیمیایی مورد استفاده نداشته باشد
  • باعث کاهش در pH به سطح خورنده نشود (pH <8)
  • مقرون به صرفه باشد

هیدرازین

هیدرازین یک ترکیب معدنی، یک مایع قابل اشتعال بی رنگ است با بویی شبیه آمونیاک. به روش های مختلف واکنش نشان می دهد:

  1. در مرحله اول ، محصول واکنش بین هیدرازین و اکسیژن نیتروژن است، که هیچ تاثیری در عملکرد دیگ بخار و توربین ندارد.

  1. هیدرازین باقیمانده، هنگامیکه بیش از 205 درجه سانتیگراد در دیگ بخار گرم شود، به آمونیاک تبدیل می شود که سطح pH آب ورودی را افزایش می دهد و خطر خوردگی اسیدی را کاهش می دهد.

  1. در آخر هیدرازین با لایه هماتیت (Fe2O3) روی لوله های دیگ بخار واکنش نشان می دهد و یک لایه مگنتیت پایدار و سخت (Fe3O4) تشکیل می دهد و از دیگ بخار در برابر خوردگی بیشتر محافظت می کند.

بیشتر هیدرازین با تغییر در فرایند Raschig تولید می شود، جایی که آمونیاک با استفاده از هیپوکلریت قلیایی با حضور یا بدون حضور یک کتون مانند استون یا بوتانون اکسیده می شود. همچنین با اکسیداسیون آمونیاک توسط پراکسید هیدروژن در حضور بوتانون و یک ماده انتقال دهنده اکسیژن قابل تهیه است.

هیدرازین بدون آب با شکستن آیزوتروپ هیدرازین-آب با آنیلین ساخته می شود. بخار آنیلین و آب متراکم و فاز جدا می شود. لایه آب آلوده به مقدار کمی آنیلین و هیدرازین به حوضچه تصفیه بیولوژیکی می رود. آنیلین و هیدرازین بدون آب در یک ستون نهایی از هم جدا می شوند.

کاربرد هیدرازین

هیدرازین در فرم هیدراته شده آن، (محلول هایی با غلظت 01/0 تا 100 درصد) در کاربردهای مختلف استفاده می شود. هیدرازین برای سنتز  ترکیبات داروئی، مواد شمیایی مورد استفاده در کشاورزی مانند حشره کش ها، آفت کش ها، علف کش ها و مواد شیمیایی مورد استفاده در بویلرها و سیستم های حراراتی استفاده می شود. هیدرازین به عنوان یک عامل تثبیت کننده آمین های آروماتیک برای تولید رنگ ها، جوهرها و رنگ های آلی استفاده می شود. هیدرازین به عنوان یک معرف برای درمان پسماندهای راکتور هسته ای نیز مورد استفاده قرار می گیرد. از هیدرازین به عنوان یک مونومر در پلیمریزاسیون ها و همچنین هیدرازین برای پوشش های پلی اورتان و چسب ها استفاده می شود.  کاربرد اصلی و عمده هیدرازین به عنوان یک مهار کننده خوردگی در تصفیه آب، برای از بین بردن اکسیژن محلول در سیستم است . برای تنظیم pH در آب خوراک دیگ ها و برای حذف مواد جامد از ژنراتور بخار، به ویژه در نیروگاه های هسته ای و حرارتی از هیدرازین استفاده می شود. اکسیژن زدایی بخار توسط هیدرازین ممکن است در کارخانه های کاغذ، ساخت فولاد و تولید مواد شیمیایی نیز انجام شود. همچنین از این ماده به عنوان ماده کاهش دهنده در رسوب فلزات استفاده می شود (مثلاً نیکل، کروم، قلع و فلزات گرانبها). در ساخت پلاستیک و شیشه؛ برای بازیابی فلزات گرانبها و اساسی از محلول های نمک فلزی و به عنوان ماسه پساب در تصفیه معرف های شیمیایی از هیدرازین استفاده می شود.

در محاسبات تئوری هیدرازین برای اکسیژن زدایی نسبت استفاده از هیدرازین به اکسیژن یک است.

در عمل، هیدرازین به صورت ۱۰۰ درصد اضافه استفاده می شود. باقی مانده اکسیژن زدای هیدرازین در بویلر معمولا ۱ ppm است. هیدرازین در ایجاد رسوب و مواد جامد در بویلر نقشی نداشته و بنابراین تخلیه و خروج مکانیکی مواد جامد از بخش خروجی بویلر بعنوان لجن کاهش می یابد. هیدرازین همچنین باعث بهبود تشکیل فیلم محافظ مگنتیت بر روی لوله ها و درام بویلر شده و غبار قرمز آهنی (هماتیت) را به مگنتیت تبدیل می کند. بدلیل همین اثرات محافظتی است که مقدار اضافی از این اکسیژن زدا برای بویلرها استفاده می شود. استفاده از اکسیژن زدای هیدرازین بدون محدودیت نیست. هیدرازین ماده ای فرار نیست و وقتی با اکسیژن واکنش می دهد نمی تواند از طریق بخار بویلر را ترک کند. در بویلرهایی که در بالاتر از ۴۰۰ °F (205°C) کار می کنند، هیدرازین می تواند به آمونیاک تبدیل شده و با بخار تبخیر گردد و در حضور اکسیژن به فلزات دارای مس، واکنش دهد.

اندازه گیری و بررسی هیدرازین

ترکیبات هیدرازین در آب بسیار محلول هستند و می توان با استفاده از اسپکتروفتومتری اندازه گیری کرد.

هیدرازین های دیگر، مانند 1،1- و 1،2-دی متیل هیدرازین، ممکن است در این روش ها اختلال ایجاد کند.

علاوه بر این، اندازه گیری هیدرازین بر اساس روش های رنگ سنجی تجاری، با LOD 65 میکروگرم بر متر مکعب برای نوارها و 330 میکروگرم بر متر مکعب برای لوله ها (IPCS ، 1987a).

اخیراً یک کاوشگر نوری برای هیدرازین موجود در هوا ایجاد شده است که از خروجی های رنگ سنجی، فلورسنت و شیمیایی استفاده می کند و LOD  آن 3.2 ppb (0.1 µM) است.

تولید و استفاده از هیدرازین ممکن است منجر به انتشار آن به محیط شود. هیدرازین در نمونه های فاضلاب در مقادیر پایین مشاهده شده است.

کربوهیدرازید

کربوهیدرازید اکسیژن زدای فراری است که باعث ایجاد مواد جامد در سیستم نمی شود. این اکسیژن زدا براحتی با اکسیژن در دماها و فشارهای پائین، واکنش داده و باعث محافظت فلزی در بویلر می شود. کربوهیدرازین می تواند در دمای بالاتر از ۳۵۰°C (180°C) جهت واکنش با اکسیژن به هیدرازین شکسته شود اما این تبدیل لزوما برای اکسیژن زدایی آن نیست بدلیل اینکه کربوهیدرازید می تواند مستیما با اکسیژن وارد واکنش شود.

دوز مورد نیاز برای هر واحد اکسیژن، ۱٫۴ واحد کربوهیدرازید است. باید توجه شود که در واکنش کربوهیدرازید با اکسیژن، دی اکسید-کربن تولید می شود که این گاز بعنوان کربونیک اسید (H2CO3) حل شده و باعث ایجاد خوردگی در لوله های برگشتی می شود. اکسیژن زدای کربوهیدرازید نمی تواند در کاربردهایی که بخار با مواد غذایی در تماس است، بکار رود.

فروش متا بی سولفیت سدیم

متا بی سولفیت سدیم Sodium Meta bisulphite


کیسه 20 کیلوگرمی
فروش اکسیژن زدای مورد نیاز صنایع مختلف، جهت کسب اطلاعات بیشتر با دکتر کمیکال تماس بگیرید.

اریتوربات

اریتوربات، بعنوان اکسیژن زدای بی خطر در FDA پذیرفته شده و می تواند در کاربردهای فرآیندی صنایع غذایی استفاده شود. دوز مصرفی این اکسیژن زدا ۱۱ واحد بر هر واحد اکسیژن است. اکسیژن زدای اریتوربیک اسید غیر فرار بوده و در بویلر بای می ماند و با بخار خراج نمی شود.
متیل اتیل کتوکسیم (MEKO) یک اکسیژن زدای فرار بوده و دارای ویژگی محافظت فلزی است. این اکسیژن زدا با اکسیژن واکنش داده و باعث تشکیل متیل اتیل کتون، نیتروز اکسید و آب می شود:

دوز مصرفی اکسیژن زدای مذکور ۵٫۴ واحد به ازای اکسیژن است.

هیدروکینون

هیدروکینون که بعنوان کاتالیزور واکنش های اکسیژن زدا ها با اکسیژن استفاده می شود، در کاربدهای مختلف مورد آزمون قرار گرفته است و اثرات موثر آن در کاهش سطح اکسیژن تا رنج ۱-۲ ppb تایید شده است. این اکسیژن زدا با اکسیژن وارد واکنش شده و بنزوکینون را تشکیل می دهد:

دوز تئوری اکسیژن زدای هیدروکینون ۶٫۹ واحد به ازای هر واحد اکسیژن است. هیدروکینون به شدت در بویلرهای با دما و فشار پائین با اکسیژن واکنش داده و در سیستم های فشار بالا به صورت فرار است. این اکسیژن زدا به آمونیاک تبدیل نشده و بنابراین در آلیاژهای دارای مس استفاده می شود.

دی اتیل هیدروکسی آمین یا DEHA

دی اتیل هیدروکسی آمین یا DEHA یک اکسیژن زدای محافظتی است که در واکنش با اکسیژن باعث تشکیل استات، نیتروژن و آب می شود:

در تئوری، ۱٫۲۴ واحد DEHA با یک واحد از اکسیژن واکنش می دهد اما در عمل دوز ۳ به ۱ DEHA به اکسیژن پیشنهاد می شود. DEHA مزیت های دیگری نسبت به اکسیژن زداهای مذکور داراست. این اکسیژن زدا نسبت به سولفیت، هیدرازین و اریتوربات فرارتر و ویژگی محافظتی بیشتری دارد و استفاده از آن بی خطر تر از هیدرازین است. در ملاحضات تئوری، DEHA کمتری نسبت به اریتوربات و متیل اتیل کتوکسیم مورد نیاز است. همچنین از نظر سمیت نسبت به کربوهیدرازید باعث تولید هیدرازین تحت شرایط واکنش نمی شود.
نسبت به اکسیژن زداهای دیگر، DEHA کاتالیز شده و غیر کاتالیزی واکنش پذیری بهتری با اکسیژن دارند. سدیم سولفات کاتالیز شده یکی از اکسیژن زداهای بسیار فعال در صنعت است که در سیستم های فشار پائین استفاده می شود. بین اکسیژن زداهای ارجح برای سیستم¬های با فشار بالا DEHA بالاترین سرعت واکنش را با اکسیژن دارد. در ۷۰ °F (21 °C)و pH=8.5، DEHA سطح اکسیژن حل شده را در ۱۰ دقیقه از ۹ ppm به۴ ppm کاهش داده درحالیکه کربوهیدرازید، هیدرازین کاتالیزشده و اریتوربات سطح اکسیژن را به ۷ppm می رسانند. در طی ۳۰ دقیقه سطح اکسیژن برای DEHA به زیر ۱ ppm می رسد درمقایسه با اکسیژن زداهای دیگر که ۶ ppm می رسد. در ملاحضات حرارتی محصولات جانبی که از تخریب اکسیداتیو DEHA بدست می آیند، دی آلکیل آمین ها، استالدهید، استال-دوکسیم و استیک اسید هستند که استیک اسید باعث بهبود خوردگی در pH های پائین در سیستم می شود و به صورت سدیم و کلسیم استات به رسوبات بویلر اضافه می شود. اکسیژن زداهای دیگر شامل اریتوربات، MEKO و هیدروکینون نیز به اسیدهای آلی تجزیه می شوند.

مقالات مرتبط