مواد رسوبزدا در تصفیه آب و فاضلاب انواع مختلف معدنی و آلی دارند. بهترین مواد رسوبزدای معدنی فسفاتها هستند که البته نوع و منشأ فسفات بسیار حائز اهمیت است. از بهترین مواد رسوبزدای آلی نیز میتوان به HEDP (اتیدرونیک اسید) اشاره نمود.
دکتر کمیکال انواع مواد ضد رسوب خود را با کیفیت بالا و ضمانت بهفروش میرساند.
مواد ضد رسوب دیگ بخار صنعتی
مشکل عمده در صنایعی که از تجهیزات مبدل حرارتی و دیگ بخار در فرایندهای صنعتی خود استفاده میکنند تشکیل رسوب است. بهترین روش کنترل رسوب دیگ بخار روش برخط با استفاده از مواد شیمیایی ضد رسوب بویلر است. تاکنون روشی که کارایی بالاتری از مواد شیمیایی ضدرسوب بویلر داشته باشد پیدا نشده است.
به منظور درک بهتر مسئله تشکیل رسوب در بویلر، لازم است رایجترین اشکال رسوب را در دیگ بخار بشناسیم:
رسوب بیولوژیکی
رسوب گیری توسط واکنش شیمیایی
رسوب گیری در اثر خوردگی
رسوب گیری توسط ذرات
ترکیبات شیمیایی که به عنوان عوامل ضد رسوب بیولوژیکی در مبدلهای حرارتی استفاده میشوند، بایوساید نامیده میشوند. علاوهبراین، جداکنندهها، دیسپرسنت و کیلیت کننده ها نیز از دیگر مواد ضدرسوب دیگ بخار هستند که در جدول زیر مکانیسم عملکرد هرکدام را مشاهده میکنید:
عامل ضدرسوب بویلر
متودولوژی
جداکننده (Sequester)
مواد درون مخزن را در حالت تعلیق یا سوسپانسیون حفظ میکند.
دیسپرسنت (Dispersant)
با پخش بار در سطح ذرات آن ها را در معلق نگه میدارد.
کیلیت کننده (Chelator)
تشکیل کمپلکس شیمیایی قوی با ذرات
بایوساید (Biocide)
باعث توقف کامل یا ایجاد اختلال در فعالیت میکروارگانیسمها میشود.
رسوب در دیگ بخار (بویلر)
آب تغذیه دیگ بخار باید عاری از سختی باشد. گاهی به سبب کوتاهی و یا بهرهبرداری نادرست از دستگاه سختیگیر و یا عدم احیا بهموقع رزینها، مقداری سختی وارد آب تغذیه دیگ میشود. افزایش دمای آب در دیگ بخار حلالیت املاح آب را کاهش میدهد. آب مجاور سطوح گرم اشباع میگردد و شرایط رسوبگذاری مواد کم محلول، فراهم میشود.
رسوب ایجاد شده در دیگ بخار، عایق حرارت است. اگر جداره لولهای توسط رسوب پوشیده شود، راندمان حرارتی دیگ افت میکند. در نتیجه جذب حرارت از گازهای حاصل از احتراق کاهش مییابد، انرژی هدر میرود و تولید بخار کم میشود. بهمنظور جبران کاهش تولید بخار، سوخت و بار حرارتی دیگ افزایش مییابد. تحت این شرایط، لولهها گداخته شده و مقاومت خود را از دست میدهند.
رسوبهای جداره و لولههای دیگ بخار به روش مکانیکی و یا شیمیایی پاک میشوند. به طور معمول مواد شیمیایی که برای این منظور بکار میروند، پایه اسیدی دارند. برای این منظور بکار میروند، پایه اسیدی دارند. برای جلوگیری از اثرات نامطلوب اسید بر روی فلز به آنها موادی به نام بازدارنده (Inhibitor) میافزایند. این ترکیب تحت عنوان رسوبزدا (Descaler) در بازار عرضه میشود.
اسید بکار رفته در این مواد، بسته به جنس و حساسیت دستگاهها ممکن است، معدنی، آلی و یا مخلوطی از هر دو باشد. برای رسوبزدایی، محلول ۵ تا ۸ درصد رسوبزدا به کمک پمپ سیرکولاسیون از قسمت فوقانی وارد دیگ بخار میشود و از لوله تخلیه در قسمت تحتانی خارج و به تانک سیرکولاسیون برمیگردد. شیر خروجی هوای دیگ بخار، برای خروج گازها باز است. شستشو تا ثابت ماندن غلظت اسید ادامه مییابد.
غلظت اسید با استفاده از محلول سود یک نرمال، کنترل میشود. میزان مصرف اسید، بستگی به حجم دیگ بخار و مقدار رسوب دارد. درصورتیکه رسوب سولفاتی و سیلیسی در دیگ بخار وجود داشته، به همراه رسوبزدا از آمونیوم بای فلوراید (NH4HF2) استفاده میشود.
باید توجه داشت از مخلوط اسید و این ماده، اسید فلوئوریک تولید میگردد که گازی سمی و خطرناک است. رعایت نکات ایمنی در حین کار الزامی است. عملیات رسوبزدایی در دمای پایینتر از ۶۰ درجه سانتیگراد انجام میگیرد، تا ماده محافظ تجزیه نشود و خاصیت خود را حفظ نماید.
پس از خاتمه رسوبزدایی و شستشو با آب، برای خنثیکردن باقیمانده اسید، دیگ بخار را با محلول ۵% یک خنثیکننده که مادهای قلیایی است، پر میکنند. این محلول تا دمای جوش گرم میشود. سپس دیگ، تخلیه و دوباره با آب گرم شستشو میگردد.
مهم: دیگ بخار را نباید پس از رسوبزدایی خالی و بدون آب نگهداری کرد.
ترکیب شیمیایی برخی از رسوب های مشاهده شده در دیگ بخار
نوع رسوب و ترکیبات آن را نمیتوان پیشبینی کرد که با تغذیه آب معینی چه نوع رسوبی در دیگ بخار ایجاد خواهد شد. حتی با مصرف یک نوع آب، نوع رسوب در نقاط مختلف با یکدیگر متفاوت است. بررسی تأثیر ضخامت رسوب بر روی میزان مصرف سوخت نشان میدهد که رسوبی به ضخامت ۵ میلیمتر مصرف سوخت را تا ۸ % افزایش میدهد. تحت این شرایط برای کارخانهای که ۲۵۰۰۰۰ لیتر در سال سوخت مصرف میکند، ۲۰۰۰۰ لیتر سوخت اضافی نیاز است.
بهمنظور کاهش و جلوگیری از تشکیل رسوب در دیگ بخار، موارد زیر توصیه میشود:
هنگام بهرهبرداری از سختیگیر، در احیا و نگهداری آن دقت کافی به عمل آید تا از عبور آب سخت جلوگیری شود.
سختی باقیمانده در آب تغذیه دیگ بخار، با افزایش مواد شیمیایی مناسب (مانند فسفاتها و پراکندهکنندهها) کنترل شود. این ترکیبات در محیط قلیایی با سختی باقیمانده ترکیب شده و تولید مواد نامحلول لجن مانندی میکنند که به جداره دیگ بخار و یا لوله نمیچسبند.
با زیرآبزدن بهموقع و کافی، غلظت املاح داخل دیگ بخار کنترل شود.
مقدار تزریق مواد شیمیایی به آب تغذیه دیگ بخار به نحوی تنظیم شود که باقیمانده آنها در دیگ بخار در حد مطلوب باشد تا از تشکیل رسوب در بویلر جلوگیری شود.
استفاده مواد شیمیایی برای جریان آب لوله های بویلر
آب تغذیه از آب آشامیدنی (معمولا آب شهر خارج از اتاق دیگ بخار / فرایند) و مایع (بخار مایع شده در دیگ بخار) تشکیل شده است. آب خوراکی به طور معمول حاوی ناخالصی است که میتواند باعث رسوب و سایر مشکلات مرتبط در داخل دیگ بخار شود.
ناخالصیهای معمول در آب عبارتند از قلیا، سیلیس، آهن، اکسیژن محلول و کلسیم و منیزیم (سختی). تخلیه، فرایند حذف فاضلاب دورهای یا پیوسته، برای محدود کردن غلظت ناخالصیها در آب دیگ بخار و کنترل تولید سطح جامد محلول در دیگ بخار استفاده میشود. تخلیه بویلر علاوهبر استفاده از مواد شیمیایی ضروری است.
روش های رسوب زدایی دیگ بخار
روش های رسوب زدایی دیگ بخار به طور کلی به دو دسته رسوبزدایی مکانیکی و رسوبزدایی شیمیایی تقسیم میشود. رسوبزدایی شیمیایی را میتوان شامل دو زیرمجموعه رسوبزدایی قلیایی و رسوبزدایی اسیدی تقسیم کرد.
رسوب زدایی مکانیکی بویلر
در هنگام رسوبزدایی مکانیکی بویلر عمدتاً از شوینده برقی، برس سیمی فولادی و ابزار چکشی استفاده میشود. این روش نسبتاً ساده، کم هزینه است، اما شدت کار بالا، اثر تمیزکنندگی کم و آسیب رساندن به سطح فلز از معایب آن است.
این روش جرمگیری فقط برای دیگهای بخار کوچک قابل اجرا است، زیرا مساحت کوچک و ساختار سادهای دارند و ابزار مناسب برای این منظور در دسترس است.
البته در سالهای اخیر، استفاده از پمپ آب فشار بالا برای رسوبزدایی مکانیکی به سرعت توسعه یافته است. این روش رسوبزدایی که براساس هیدرولیک با فشار بالا، کار میکند هم روشی ایمن و راحت است. اما در حال حاضر، این روش هم به دیگهای صنعتی کوچک و ساده محدود میشود.
شستشوی قلیایی بویلر
روش شستشوی قلیایی بویلر که جز روشهای رسوبزدایی شیمیایی است، راندمان بسیار کمی دارد، بنابراین؛ اغلب باید همراه با رسوبزدایی مکانیکی از آن استفاده کرد. رسوبزدایی قلیایی تأثیر مشخصی بر روی رسوب سولفات و سیلیکات دارد، اما برای رسوبزدایی کربنات، روش رسوبزدایی اسیدی به مراتب بهتر است.
دوز شستشوی قلیایی باید بر اساس نوع رسوب دیگ بخار و با در نظر گرفتن میزان آلودگی مشخص شود. دوز مصرفی رایج برای هر تن آب، کربنات سدیم 3 تا 6 کیلوگرم، یا هیدروکسید سدیم 2 تا 4 کیلوگرم است. ماده شستشوی قلیایی باید در یک مخزن محلول با غلظت مشخصی آماده شود و سپس با پمپ به دیگ بخار تزریق شود.
اگر از این روش برای رسوبزدایی دیگ بخار استفاده کنید باید به طور مرتب با استفاده از روشهای مکانیکی رسوبزدایی که در قسمت قبل شرح داده شد، از شکلگیری و سخت شدن مجدد لایههای رسوب جلوگیری کرد.
شستشوی اسیدی دیگ بخار
در حال حاضر در بین انواع روشهای رسوب زدایی دیگ بخار، شستشوی اسیدی تأثیر خوبی دارد، اما اگر فرایند شستشوی اسیدی به درستی انتخاب نشود، میتواند باعث تشدید خوردگی دیگ بخار شده و حتی گاهی اوقات عملکرد ایمن بویلر را تحت تاثیر قرار دهد.
به منظور اطمینان از ایمنی و کیفیت رسوبزدایی اسیدی دیگ بخار، قبل از هرچیز، ابتدا باید نمونه شآد رسوب را آزمایش کنید و سپس طرح کلی رسوبزدایی را تهیه کنید. به منظور کنترل تداوم فرایند، هنگامی که اسید شروع به کار کرد، شاخص تعیین خوردگی باید در دیگ و مخزن اسید قرار داده شود.
سرعت جریان اسید، دما، غلظت و زمان اعمال محلول اسیدی از جمله فاکتورهای مهمی هستند که باید طبق طرح اجرا و کنترل شوند. همچنین پس از اتمام فرایند باید عملکرد بویلر به خوبی مورد بررسی قرار بگیرد.
شرکت دکتر کمیکال تامین کننده مواد ضد خوردگی و مواد ضد رسوب مورد نیاز صنایع مختلف میباشد. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد نحوه فروش مواد شیمیایی صنعتی و قیمت با کارشناسان بخش فروش در تماس باشید.
از آنجا که آب بویلر حاوی انواع آلایندهها است، وجود یک سیستم تصفیه برای آب خوراک بویلر ضروری است. آب بویلر حاوی آلایندههایی نظیر مواد آلی مانند آهن، سیلیس، کلسیم و منیزیوم، مس و جامدات معلق و محلول است.
بدون تصفیه مناسب، آب تغذیه دیگ میتواند باعث پوسته پوسته شدن، خوردگی و رسوب دیگ و تجهیزات پایین دست شود که میتواند منجر به توقف پرهزینه کارخانه، هزینههای گران تعمیر و نگهداری، افزایش مصرف سوخت و خرابی دیگ شود. در واقع سیستم تصفیه آب بویلر از لوله ها و دیگر اجزای دیگ بخار در برابر آلایندهها و آسیبهای بعدی محافظت میکند.
سیستم تصفیه آب خوراک دیگ بخار سیستمی است که هدف آن حذف آلایندهها قبل از ورود به تجهیزات، کنترل pH و هدایت جریان آب است. در حالی که تجهیزات تصفیه در صنایع مختلف، متفاوت هستند، یک سیستم معمولی بسته به فشار دیگ بخار، شامل استفاده از بخار، مواد شیمیایی آب خوراک دیگ بخار و تصفیه اولیه است.
سیستم تصفیه آب خوراک بویلر معمولاً شامل برخی یا همه مراحل زیر است:
فیلتراسیون
بخش فیلتراسیون به منظور پیش تصفیه آب خوراک قبل از ورود آن به رزین تبادل یونی است. در این مرحله کدورات و رسوبات آب تا حدی فیلتر میشود. طراحی یک واحد فیلتراسیون راهی مقرون به صرفه برای کاهش هزینه ناشی از مشکلات گرفتگی و رسوب گذاری بقیه تجهیزات است.
نرم کردن آب
رزین تبادل یونی اغلب برای حذف سختی از آب تغذیه دیگ بخار، از جمله بی کربناتها، سولفاتها، کلریدها و نیتراتها استفاده میشود. در این مرحله یونهای عامل سختی آب معمولا با ایتفاده از یک رزین کاتیونی اسید قوی از آب خوراک حذف میشوند.
قلیا زدایی
در مرحله قلیازدایی، گازها و یونهایی که باعث کف کردن آب دیگ بخار در مراحل بعدی میشوند، حذف میشود. قلیایی بودن آب بویلر نه تنها باعث ایجاد کف ناخواسته میشود، بلکه خطر ایجاد خوردگی لولهها را نیز افزایش میدهد؛ بنابراین، جریانهای خوراک دیگ بخار اغلب با رزین تبادل یونی آنیون قوی یا رزین تبادل یون اسید ضعیف و به دنبال آن گاز زدایی میشوند که برای حذف یونهای بی کربنات، سولفات و نیترات و کاهش pH عمل میکنند.
اسمز معکوس (RO) و نانوفیلتراسیون (NF)
روس اسمز معکوس و نانو فیلتراسیون جز روشهای فیلتراسیون غشایی هستند که به منظور حذف مواد آلی، سختی آب و حذف باکتریها استفاده میشوند. البته این دو روش گاهی در سیستم تصفیه آب بویلر استفاده میشوند.
گاهی در کنار فیلتراسیون غشایی از رزین تبادل یونی استفاده میشود. البته در مورد دیگهای فشار قوی که حجم آب بالایی نیز دارند این روش بهتر است. رزین تبادل یون معمولاً آب با کیفیت و مقاومت نسبتاً بالاتری تولید میکند و عملکرد بهتری دارد.
هوازدایی یا گاز زدایی
در مرحله هوازدایی گاز اکسیژن و دی اکسید کربن از جریان آب خوراک بویلر حذف میشوند. در غیر این صورت وجود این گازها باعث افزایش احتمال خوردگی تجهیزات خواهد شد.
بهینه سازی آب دیگ بخار
در برخی موارد با توجه به شرایط آب دیگ بخار، بعد از مراحل اسمز معکوس و یا رزین تبادل یونی از فناوریهایی نظیر یون زدایی با بستر مخلوط (DI)، الکترودیونیزاسیون (EDI)، استفاده میشود.
پس از اتمام مراحل تصفیه آب بویلر، جریان آب وارد دیگ بخار شده و در نهایت مجدد این چرخه تکرار خواهد شد. اگرچه این مراحلی که برای سیستم تصفیه آب خوراک دیگ بخار شرح داده شد، شکل رایج اکثر سیستمها است. اما باید مراحل دقیق این سیستم، فناوریهای لازم و مواد شیمیایی مناسب را با توجه به شرایط دیگ بخار و آب خوراک آن به دقت طراحی کرد.
مواد شیمیایی تصفیه آب دیگ بخار
مواد شیمیایی اکسیژن زدا
اکسیژن زداها به طور خاص برای کاهش میزان اکسیژن و اکسیدهای محلول در آب طراحی شدهاند. اگر از حسگر DO استفاده میکنید و متوجه میشوید که مقدار اکسیژن محلول در آب دیگ شما بسیار زیاد است، مواد جاذب اکسیژن مانند هیدرازین و سولفیت سدیم میتوانند به طور مؤثری هم DO و هم اکسیدها را برای آب خالصتر کاهش دهند.
آمونیوم بی سولفیت 60 درصد نیز یک اکسیژن زدای مؤثر است که با تنظیم pH محلول نیز میتواند مانع از خوردگی سیستم شود. اکسیژنزداها معمولاً سطوح مختلف فلزی را نیز غیرفعال میکنند که به جلوگیری از زنگ زدگی و سایر مسائل کمک میکند.
با استفاده از اکسیژنزدای شیمیایی مناسب، میتوان دیگ بخار و سایر تجهیزات را از خطر خوردگی ناشی از اکسیژن محافظت نمود به خصوص مواد شیمیایی اکسیژنزدای بر پایه تانن و سولفیت در حذف اکسیژن مؤثر هستند. برای مقاصد آزمایشی، شما باید همیشه دوز اکسیژنزدا را در حد 20 پی پی ام در آب تغذیه دیگ خود نگه دارید. اگر میخواهید مطمئن شوید که دیگتان خورده نمیشود، به شدت توصیه میشود که از مواد اکسیژن زدا استفاده کنید.
مواد شیمیایی ضدخوردگی
محلولهای ضدخوردگی قلیایی به طور خاص طراحی شدهاند تا سطح pH آبی را که در آن قرار میدهند بالا ببرند. حفظ راندمان مناسب دیگ بخار در حالیکه اگر آب خوراک شما دارای قلیائیت بالایی است، همیشه لازم نیست از سازنده قلیایی استفاده کنید، در صورتی که آب دیگ شما بیش از حد اسیدی شود، باید از محلولهای ضد خوردگی قلیایی استفاده کنید.
تنها کاری که برای تعیین سطح pH آب دیگ خود باید انجام دهید این است که آن را با یک سنسور pH آزمایش کنید. اگر سطح pH بیش از حد کاهش یافته باشد، محلولهای ضدخوردگی قلیایی به شما کمک میکنند تا قلیایی بودن آب را افزایش دهید. مقدار این ماده شیمیایی که شما به آن نیاز دارید بستگی به این دارد که سطح pH آب خوراک شما چقدر پایین است.
رایجترین محلولهای ضد خوردگی قلیایی برای آب دیگ بخار شامل هیدروکسید سدیم و هیدروکسید پتاسیم است. این محصولات با غلظت 25 درصد یا غلظت 50 درصد معمولا در بازار موجود هستند. اگر نیاز به افزایش قابل توجه میزان قلیائیت آب خوراک خود دارید، محلول 50 درصدی میتواند مؤثرترین گزینه برای شما باشد. برخی از محلولهای ضدخوردگی از فسفوناتهای ضدخوردگی استفاده میکنند که کارایی بالایی در ممانعت از خوردگی دارند.
آمینها نیز از دیگر ترکیبات شیمیایی خنثی کننده هستند که میتوانند از خوردگی لوله میعانات روی دیگ جلوگیری کنند.
آمینهایی که برای جلوگیری از خوردگی بویلر کاربرد دارند عبارتند از:
در حالیکه خرید این آمینهای خنثی کننده به عنوان یک جزء منفرد امکانپذیر است، اکثر محلولها با هر سه ترکیب میشوند.
این گروه از مواد شیمیایی باعث افزایش سطح pH میعانات آب دیگ بخار شده و از خوردگی، سوراخ شدن تجهیزات و نشت بخار جلوگیری میکنند. هنگامی که این ماده شیمیایی روی آب موجود در دیگ شما اعمال شد، قابلیت اطمینان، تمیزی و محافظت بیشتر دیگ برای شما فراهم میشود.
در حالیکه لوله کشی میعانات بر منطقه اصلی متمرکز است، این ماده شیمیایی از تمام سیستمهای میعانات محافظت میکند. به منظور تعیین اینکه آیا این ماده شیمیایی موردنیاز است، توصیه میشود از یک سنسور pH برای آزمایش میعانات برگشتی استفاده کنید.
مواد ضد رسوب دیگ بخار مانند سدیم تری پلی فسفات و سدیم هگزامتافسفات و یا HEDP برای افزایش خواص پراکنده سازی رسوبات موجود در دیگ بخار استفاده میشود.
یک ضد رسوب دیگ بخار معمولاً از ترکیبی از پلیمرها و فسفاتها تشکیل شده است. این عوامل ضد رسوب به عنوان مواد شیمیایی طبیعی یا مصنوعی در دسترس هستند. رایجترین پلیمرهای طبیعی شامل تاننها و لیگنو سولفوناتها هستند، در حالیکه پلیمرهای مصنوعی موجود شامل پلی استایرن سولفوناتها و کوپلیمر آکریلات مالئیک است.
مواد ضد رسوب دیگ بخار به عنوان مواد نرم کننده عمل میکنند تا رسوب در دیگ شما را به حداقل برسانند. هنگامی که ناخالصیهای سخت تری مانند نمک منیزیم و کلسیم در آب دیگ شما شروع به افزایش میکنند، در نهایت غلیظ میشوند، به این معنی که به لولهها و سایر سطوح در دیگ شما می سبند.
منیزیم، آلومینیوم، کلسیم، آهن و سیلیس از رایجترین فلزات آب خوراکی هستند که میتوانند باعث ایجاد رسوب شوند. اگر در اسرع وقت از پوسته پوسته شدن خلاص نشوید، ابتدا بازده دیگ شما را کاهش میدهد.
در نهایت، این امکان وجود دارد که لوله آسیب دیده پاره شود یا بیش از حد گرم شود. مقدار مواد ضد رسوبی که در آب دیگ خود استفاده میکنید بستگی به سفت شدن آب و میزان رسوب تشکیل شده دارد. توصیه میشود که از کیتهای تست سختی در حین تصفیه آب با مواد ضد جرمگیری استفاده کنید تا مشخص شود این عوامل چقدر مؤثر بودهاند.
امروزه با توجه به رشد جوامع، ایمنی و بهرهوری تولید در فرایندهای صنعتی از اهمیت ویژهای برخوردار است. وجود سیستم تصفیه آب و فاضلاب مناسب در اکثر صنایع برای جلوگیری از خوردگی و آسیب تجهیزات و افزایش کیفیت فرایندها الزامی است. در غیراینصورت، عللی مانند کیفیت آب متفاوت و خوردگی ممکن است باعث خرابی واحد شده و منجر به خطرات ایمنی غیر ضروری و خسارات اقتصادی شود.
از این رو، تمام پارامترهای موجود در شیمی آب بویلرها باید به طور کامل آزمایش شوند تا درک بهتری از وضعیت واقعی تولید داشته باشیم. به طور خاص، کیفیت آب دیگ بخار از لحاظ پارامترهای دما، اکسیژن، فشار، اسیدیته، محتوای آلی و معدنی و بسیاری از شاخص های دیگر باید مورد بررسی قرار گیرد.
کنترل دقیق کیفیت آب خوراک دیگ بخار برای جلوگیری از رسوب گیری، خوردگی و تجمع نمک در سیستم حرارتی نیروگاه از اهمیت بالایی برخوردار است تا ضمن بهبود ایمنی فرایند تولید، از عملکرد اقتصادی بویلرها اطمینان حاصل شود؛ بنابراین میتوان گفت نظارت دقیق شیمیایی بر کیفیت آب تغذیه دیگ بخار، به طور خاص، سه هدف زیر را دارد:
برای جلوگیری از تشکیل رسوب
اگر کیفیت آب ورودی به دیگ مطابق با استانداردهای مربوطه نباشد و به موقع تصفیه نشود، پس از مدتی کارکرد، روی سطح گرمایش در تماس با آب، لایهای از ذرات جامد ایجاد میشود که همان رسوب است. رسوب علاوه بر کاهش راندمان انتقال حرارت، باعث کاهش قابل توجه استحکام فلز، ایجاد تغییر شکل موضعی و ایجاد برآمدگی و حتی باعث ترکیدن می شود.
از سوی دیگر، رسوب گذاری باعث افزایش هزینهها و زیان اقتصادی میشود. به عنوان مثال، اگر مقیاس ضخامت 1 میلیمتر در اکونومایزر وجود داشته باشد، مصرف سوخت 1.5٪ – 2.0٪ بیشتر خواهد بود.
برای جلوگیری از خوردگی
تمام اجزای دیگ بخار ممکن است به علت کیفیت پایین آب ورودی در معرض خوردگی باشد. این خوردگی باعث کوتاه شدن عمر مفید تجهیزات و در نتیجه خسارات اقتصادی جبرانناپذیری میشود. در همین حال، بخشی از ناخالصیهای ایجاد شده در اثر خوردگی مجدداً به آب موجود در سیستم بازگردانده میشود و به طور مداوم آب را آلوده میکند. در نتیجه نهایتا یک سیکل باطل از خوردگی و رسوب شکل میگیرد که مکمل یکدیگر هستند و همدیگر را تشدید میکنند.
برای جلوگیری از تجمع نمک
تجمع نمک به این معنی است که در بویلر، همراه بخار بخشی از ناخالصیها و املاح مخلوط شده در آب تغذیه خارج میشود و پس از رسوب در سوپرهیتر و توربین ظاهر میشود. گرم شدن بیش از حد دیواره لوله فلزی ناشی از تجمع نمک در سوپرهیتر است و در موارد جدی حتی میتواند منجر به ترکیدن شود و خطرات ایمنی را تا حد زیادی افزایش دهد.
در این مورد، شاخصهایی که باید بررسی شوند عبارتند از سختی آب، محتوای روغن، اکسیژن محلول، هیدرازین، pH، دی اکسید کربن، محتوای سیلیکون، محتوای آهن و محتوای مس. با توجه به تحقیقات انجام شده میتوان نتیجه گرفت که در کیفیت آب دیگ بخار، pH مهمترین شاخص است، در حالی که سه شاخص اکسیژن محلول، رسانایی و محتوای سیلیکونهم قابل توجه است.
به طور کلی مواد شیمیایی که در تصفیه آب بویلر به کار میروند را میتوان به صورت زیر دستهبندی کرد:
مواد شیمیایی دیسپرسنت فسفات و پلی فسفات (مواد شیمیایی نرم کننده): این محصولات در واکنش با قلیایی بودن آب دیگ، سختی آب را با تشکیل تری کلسیم فسفات خنثی میکنند و ترکیبی نامحلول که میتواند به طور مداوم یا دورهای از آب دیگ بخار خارج شود، تشکیل میدهند.
مواد شیمیایی دیسپرسنت طبیعی و سنتزی (عوامل شیمیایی ضدرسوب): خاصیت پراکندگی ذرات را افزایش میدهند که میتواند شامل پلیمرهای طبیعی مانند لیگنوسولفونات و پلیمرهای مانند پلی آکریلاتها، کوپلیمر آکریلات مالئیک، کوپلیمر مالئیک استایرن، پلی استایرن سولفوناتها و غیره باشد.
عوامل جدا کننده: مانند فسفاتهای معدنی که به عنوان بازدارنده عمل می کنند و اثر ضدرسوب دارند.
مواد شیمیایی اکسیژن زدا: مانند سولفیت سدیم، هیدرازین، مشتقات مبتنی بر هیدروکینون، مشتقات هیدروکسیل آمین، مشتقات اسید اسکوربیک و غیره.
مواد ضد کف و آنتی فوم: مخلوطی از عوامل فعال سطحی که کشش سطحی مایع را اصلاح میکند و از این طریق از تشکیل کف جلوگیری میکند.
اکسیژن محلول در تمامی آبهایی که به نحوی با اتمسفر هوا در تماس هستند، موجود است و شاخصی از کیفیت آب است. حذف اکسیژن محلول از آب را تجزیه هوازدایی مینامند که به روشهای معمول مکانیکی، حرارتی و شیمیایی انجام میگیرد. 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 سابقهای طولانی و قدیمی است و در تصفیه آب شناسایی ویژگیهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی آب حائز اهمیت هستند که بایستی این شرایط با استانداردهای موجود مطابقت داشته باشند. اکسیژن محلول شاخصی مربوط به کیفیت آب است و در تمامی آبهایی که به نحوی با اتمسفر هوا در تماس هستند، موجود است.
جاذبهای اکسیژن، عوامل کاهشدهندهای هستند که حتی با سطوح بسیار کم اکسیژن باقیمانده در آب در اثر هوازدگی خوب واکنش نشان میدهند. آنها معمولاً به بخش ذخیرهسازی هواگیر اضافه میشوند تا قبل از رسیدن آب تغذیه به دیگ بخار، زمان لازم برای واکنش داده شود.
دیگهای بخار فشار ضعیف گاهی اوقات شامل هواگیرهای مکانیکی نمیشوند. در این سیستمها، اکسیژنزداها باید تمام کار حذف اکسیژن محلول را انجام دهند. بدیهی است که در این مورد به دوزهای بسیار بیشتری نیاز است.
اکسیژنزداها به چند دسته تقسیم میشوند. ترکیبات اکسیژنزدا شامل سولفیتها و آسکورباتها (غیر فرار) و هیدرازینها، هیدروکینونها، هیدروکسی آمینها و کتوکسیمها (فرار) هستند.
نحوه کار با اکسیژن زداها
اکسیژن زداها به قسمت پایین یا ذخیرهسازی هواگیر تزریق میشوند. مقدار استوکیومتری بر اساس آب ورودی اضافه میشود، به علاوه به اندازه کافی برای ایجاد باقیمانده استوکیومتری موردنیاز در ورودی اکونومایزر. جدول نرخ خوراک را برای اکسیژنزداهای مختلف خلاصه میکند.
Oxygen Scavenger
Operating Pressure, psig
mg/L Active / mg/L Oxygen
Sulfite
0-600
6-8 + 5-50 mg/L residual
Sulfite
601-900
6-8 + 5-20 mg/L residual
Hydrazine
>2500
5
Carbohydrazide
>2500
5-6
Hydroquinone
>2500
3-7
DEHA
>2500
6
MEKO
<1800
25
Ascorbate/erythorbate
<1500
30
برای lay-up، اکسیژنزداها در حین پر شدن به آب دیگ وارد میشوند تا 100 تا 500 میلیگرم در لیتر اکسیژنزدای فعال را فراهم کنند. آمینها نیز برای تنظیم pH اضافه میشوند.
تجزیه هوازدایی
حذف اکسیژن از آب را تجزیه هوازدایی مینامند که به روشهای معمول هوازدایی مکانیکی، حرارتی و شیمیایی انجام میگیرد. هیدرازین نیز یکی از مواد معمول مصرفی در اکسیژنزدایی میباشد و مصرف این ماده طی دو دهه اخیر به دلیل شناخت اثرات مضر آن بر بدن انسان و محیطزیست بهشدت رو به کاهش گذاشته و اقدامات وسیع جهانی برای جایگزینی آن با مواد غیرسمی در حال انجام است.
از ماده کربوهیدرازید بهعنوان جایگزین مناسب برای هیدرازین برای اکسیژنزدایی از آب بویلرها و در واقع حل مشکل زیستمحیطی 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 بهعنوان کاتالیزور با درنظرگرفتن سرعت واکنش و بازده کاتالیزور موردمطالعه 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 است؛ زیرا در نهایت کاهش اکسیژن محلول با بازده بالاتری در واکنش صورت میگیرد.
خوردگی در سیستمهای تولید بخار باعث ایجاد مشکلات زیادی در واحدهای صنعتی میشود. اکونومایزر و گرمکننده آب تغذیه اولین مناطقی هستند که در یک سیستم تولید بخار در حال کار دچار خوردگی میشود.
اکونومایزر به دلیل استفاده از انرژی گاز در حال خروج از سیستم بویلر، عاملی کلیدی در افزایش بهرهوری حرارتی بویلر است. بروز خوردگی باعث کاهش بهرهوری بویلر میشود. عموماً خوردگی در این تجهیزات در اثر ورود گاز اکسیژن، دیاکسیدکربن و آمونیاک رخ میدهد.
سیستمهای تولید بخار معمولی شامل بخش پیش بویلر (هیترهای یوازدا، لولهکشی، پمپها، هیترهای مرحلهای و اکونومایزر)، بخش تولیدکنندهٔ بخار (شامل بویلر، سوپرهیترها و ری هیترها)، بخش بعد از تولیدکنندهٔ بخار (شامل تجهیزات فرایندی، لولههای بخار و تلههای کندانس) و بخش کندانس (شامل لولهها، فلاشتانکها، پمپها و تانکهای ذخیرهٔ کندانس) است.
خوردگی در سیستمهای تولید بخار باعث ایجاد مشکلات زیادی در پالایشگاهها، واحدهای گاز و پتروشیمی میشود. خوردگی در بویلرها تابعی از غلظت اکسیژن، دیاکسیدکربن و آمونیاک و نحوه کنترل اینگونهها و در برخی موارد ناشی از وجود آنیونهای هیدروکسید و کلراید یا غلظت بالای مواد شیمیایی چلانت در آب بویلر است.
بههرحال، در سیستمهای پیشرفتهتر تولید بخار، معمولاً کنترل گازهای محلول در آب مانند اکسیژن و دیاکسیدکربن منجر به کاهش خوردگی دیوارهٔ داخلی تیوبهای مورداستفاده در سیستمهای تولید بخار میشود.
اکسیژن عامل اصلی خوردگی پیش از بویلر و داخل بویلر خواهد بود. خوردگی اکسیژنی و محصولات خوردگی در بویلر باعث تحمیل هزینهٔ سنگین نگهداری بویلر میشود. خرابی تجهیزات گرانقیمت و رسوب محصولات خوردگی منجر به کاهش بازدهی سیستم بویلر میشود؛ بنابراین پایش و کنترل غلظت اکسیژن در بویلر از اهمیت ویژهای برخوردار است.
در عمل بهمنظور جلوگیری 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 گرمکننده آب تغذیه اولین مناطقی هستند که در یک سیستم در حال کار دچار خوردگی اکسیژنی میشود.
در مواردی که مقدار اکسیژن محلول در آب زیاد باشد، خوردگی اکسیژنی ممکن است قسمتهای دیگر سیستم بویلر را نیز تحتتأثیر 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.
باتوجهبه 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 برای آن که ماکزیمم مدتزمان برای عملکرد اکسیژن زدا فراهم شود، تزریق آن باید بلافاصله بعد از هوازدایی مکانیکی باشد.
معمولاً تزریق در تانک ذخیرهٔ هوازدا انجام میگیرد علاوه بر این، استفاده از مواد شیمیایی با قابلیت کاتالیزوری در حذف اکسیژن برای کاهش زمان عملکرد آن پیشنهاد میگردد. اکسیژن زداها در شکل کاتالیست شده (نمکهای کبالت و منگنز به طور معمول برای سولفیت و کاتالیستهای ارگانیک معمولاً برای اکسیژن زداهای فرار) استفاده میشود.
اکسیژن زدایی دیگ بخار
خوردگی ناشی از اکسیژن در بویلرها میتواند با افزودن مواد شیمیایی اکسیژن زدا قبل از سیستم تولیدکننده بخار کنترل شود. مواد اکسیژن زدا همراه با مواد شیمیایی دیگر بهعنوان یک محلول آبی در قسمت بالادستی تزریق میشوند.
مواد اکسیژنزدایی که بهصورت گستردهای کاربرد دارند سدیم سولفات (Na2SO3) و هیدرازین (N2H4) هستند که هر دو بهعنوان یک سیستم کاتالیزی در دماها و فشارهای پائینتر، جهت افزایش واکنشپذیری با اکسیژن میشوند. کینونها و نمکهای کبالت عموماً بهعنوان کاتالیست استفاده میشوند.
ترکیبات اکسیژن زدا
حذف کننده های اکسیژن
سولفیت
سولفیت ارزانترین و فعالترین اکسیژن زدا برای بویلرهای با فشار متوسط و پائینتر (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.
سولفیت اکسیژن
بنابراین؛ در فشار بالا و بویلرهای فوق بحرانی، جائیکه مواد جامد مشکلی اساسی ایجاد میکنند، سولفیت نمیتواند راهگشا باشد. دوز تئوری سدیم سولفیت یا تعداد واحدهای Na2SO3 موردنیاز برای مصرف یک واحد اکسیژن میتواند بر اساس واکنش آن با اکسیژن بهصورت زیر محاسبه گردد:
واکنش سولفیت با اکسیژن
بنابراین ۸ واحد سدیم سولفیت برای مصرف یک واحد اکسیژن به بویلر اعمال میشود. نوعاً غلظتهای باقیمانده از سولفیت تا ۲۰ ppm در بویلر باقی میماند. زمانی که فشار به ۶۰۰ psig میرسد، سولفیت به سولفور دیاکسید و هیدروژن سولفید با دو روش شکسته میشود.
اکسیژن گیر
هر دو گازهای خورنده هستند که با بخار بویلر را ترک میکنند.
سولفیت اکسیژنزدای مؤثری است، اما غیر فرار بوده و بویلر را با بخار ترک نمیکند؛ بنابراین محافظتی برای سیستم ایجاد نمیکند. همچنین سولفیت سبب کاهش هماتیت به مگنتیت نمیشود و در رسوبزدایی بویلر از مواد جامد مؤثر نمیباشد.
از اکسیژن زداهایی که در بویلرهای فشار بالا کاربرد دارند دی اتیل هیدروکسی آمین است که با هیدرازین و هیدرازین کاتالیز شده رقابت میکند. هیدرازین در فشارها و دماهای بالا باعث تولید گازهای خورنده نمیشود و در واکنش با اکسیژن نیتروژن و آب تولید میکند.
هیدرازین
اکسیژن محلول نقش مهمی در خوردگی در چرخه بخار نیروگاهها دارد و استفاده از مواد اکسیژن زدا یکی از راههای نگهداشتن آن در کمترین حد ممکن است.
اندازهگیری هیدرازین و سایر مواد شیمیایی اکسیژن زدا، از خوردگی اکسیژن یا مصرف بیش از حد آن که باعث افزایش هزینههای عملیاتی میشود و خطر خوردگی مس را افزایش میدهد، ممانعت میکند.
اندازهگیری بسیار دقیق، پایدار و سریع هیدرازین باعث بهبود کنترل فرایند و کنترل کارایی سیستم میشود. معیارهای زیادی برای انتخاب ماده اکسیژن زدا وجود دارد.
اولین معیار این است که نباید مواد جامد تولید کند که میتواند به پرههای توربین آسیب برساند و یا گرما ایجاد کند. نتیجه این است که در ابتدا به دنبال اکسیژن زدای غیرآلی و غیر جامد باشید.
سایر معیارهای موردنیاز برای انتخاب اکسیژن زدا عبارت اند از:
راندمان واکنش سریع در هر دما
خطر سرطانزا یا کارکرد دیگری نداشته باشد
پایداری حرارتی مناسب در دمای بالا
محصول جانبی تولید شده در مدار میعانات نداشته باشد و به شکلگیری یک فیلم فلزی غیرفعال کمک کند.
واکنشی با سایر مواد شیمیایی مورداستفاده نداشته باشد
باعث کاهش در pH به سطح خورنده نشود
مقرونبهصرفه باشد
هیدرازین
هیدرازین یک ترکیب معدنی، یک مایع قابل اشتعال بیرنگ است با بویی شبیه آمونیاک. به روشهای مختلف واکنش نشان میدهد:
1.در مرحله اول، محصول واکنش بین هیدرازین و اکسیژن نیتروژن است که هیچ تأثیری در عملکرد دیگ بخار و توربین ندارد.
واکنش هیدرازین و اکسیژن
2.هیدرازین باقیمانده، هنگامیکه بیش از 205 درجه سانتیگراد در دیگ بخار گرم شود، به آمونیاک تبدیل میشود که سطح pH آب ورودی را افزایش میدهد و خطر خوردگی اسیدی را کاهش میدهد.
تبدیل هیدرازین به آمونیاک
3.در آخر هیدرازین با لایه هماتیت (Fe2O3) روی لولههای دیگ بخار واکنش نشان میدهد و یکلایه مگنتیت پایدار و سخت (Fe3O4) تشکیل میدهد و از دیگ بخار در برابر خوردگی بیشتر محافظت میکند.
واکنش هیدرازین و هماتیت
بیشتر هیدرازین با تغییر در فرایند Raschig تولید میشود، جایی که آمونیاک با استفاده از هیپوکلریت قلیایی با حضور یا بدون حضور یک کتون مانند استون یا بوتان اکسید میشود. همچنین با اکسیداسیون آمونیاک توسط هیدروژنپراکسید در حضور بوتانون و یک ماده انتقالدهنده اکسیژن قابل تهیه است.
هیدرازین بدون آب با شکستن آیزوتروپ هیدرازین – آب با آنیلین ساخته میشود. بخار آنیلین و آب متراکم و فاز جدا میشود. لایه آب آلوده به مقدار کمی آنیلین و هیدرازین به حوضچه تصفیه بیولوژیکی میرود. آنیلین و هیدرازین بدون آب در یک ستون نهایی از هم جدا میشوند.
کاربرد هیدرازین
هیدرازین در فرم هیدراته شده آن، (محلولهایی با غلظت 01/0 تا 100 درصد) در کاربردهای مختلف استفاده میشود. هیدرازین برای سنتز ترکیبات داروئی، مواد شیمیایی مورداستفاده در کشاورزی مانند حشرهکشها، آفتکشها، علفکشها و مواد شیمیایی مورداستفاده در بویلرها و سیستمهای حرارتی استفاده میشود.
هیدرازین بهعنوان یک عامل تثبیتکننده آمینهای آروماتیک برای تولید رنگها، جوهرها و رنگهای آلی استفاده میشود. هیدرازین بهعنوان یک معرف برای درمان پسماندهای راکتور هستهای نیز مورداستفاده قرار میگیرد. از هیدرازین بهعنوان یک مونومر در پلیمریزاسیونها و همچنین هیدرازین برای پوششهای پلیاورتان و چسبها استفاده میشود.
کاربرد اصلی و عمده هیدرازین بهعنوان یک مهارکننده خوردگی در تصفیه آب، برای ازبینبردن اکسیژن محلول در سیستم است. برای تنظیم pH در آب خوراک دیگها و برای حذف مواد جامد از ژنراتور بخار، بهویژه در نیروگاههای هستهای و حرارتی از هیدرازین استفاده میشود. اکسیژن زدایی بخار توسط هیدرازین ممکن است در کارخانههای کاغذ، ساخت فولاد و تولید مواد شیمیایی نیز انجام شود.
همچنین از این ماده بهعنوان ماده کاهشدهنده در رسوب فلزات استفاده میشود (مثلاً نیکل، کروم، قلع و فلزات گرانبها). در ساخت پلاستیک و شیشه؛ برای بازیابی فلزات گرانبها و اساسی از محلولهای نمک فلزی و بهعنوان ماسه پساب در تصفیه معرفهای شیمیایی از هیدرازین استفاده میشود.
در محاسبات تئوری هیدرازین برای اکسیژنزدایی نسبت استفاده از هیدرازین به اکسیژن یک است:
مول هیدرازین
در عمل، هیدرازین بهصورت ۱۰۰ درصد اضافه استفاده میشود. باقیمانده اکسیژن زدای هیدرازین در بویلر معمولاً 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 بهعنوان لجن کاهش مییابد.
هیدرازین همچنین باعث بهبود تشکیل فیلم محافظ مگنتیت بر روی لولهها و درام بویلر شده و غبار قرمز آهنی (هماتیت) را به مگنتیت تبدیل میکند. به دلیل همین اثرات محافظتی است که مقدار اضافی از این اکسیژن زدا برای بویلرها استفاده میشود. استفاده از اکسیژن زدای هیدرازین بدون محدودیت نیست.
هیدرازین مادهای فرار نیست و وقتی با اکسیژن واکنش میدهد نمیتواند از طریق بخار بویلر را ترک کند. در بویلرهایی که در بالاتر از ۴۰۰ °F (205°C) کار میکنند، هیدرازین میتواند به آمونیاک تبدیل شده و با بخار تبخیر گردد و در حضور اکسیژن به فلزات دارای مس، واکنش دهد.
NH4
اندازه گیری و بررسی هیدرازین
ترکیبات هیدرازین در آب بسیار محلول هستند و میتوان با استفاده از اسپکتروفتومتری اندازهگیری کرد. هیدرازینهای دیگر، مانند 1،1- و 1،2- دی متیل هیدرازین، ممکن است در این روشها اختلال ایجاد کند. علاوه بر این، اندازهگیری هیدرازین بر اساس روشهای رنگسنجی تجاری، با LOD 65 میکروگرم بر مترمکعب برای نوارها و 330 میکروگرم بر مترمکعب برای لولهها (IPCS ، 1987a).
اخیراً یک کاوشگر نوری برای هیدرازین موجود در هوا ایجاد شده است که از خروجیهای رنگسنجی، فلورسنت و شیمیایی استفاده میکند 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 نمونههای فاضلاب در مقادیر پایین مشاهده شده است.
کربوهیدرازید
کربوهیدرازید اکسیژن زدای فراری است که باعث ایجاد مواد جامد در سیستم نمیشود. این اکسیژن زدا بهراحتی با اکسیژن در دماها و فشارهای پائین، واکنش داده و باعث محافظت فلزی در بویلر میشود. کربوهیدرازین میتواند در دمای بالاتر از ۳۵۰°C (180°C) جهت واکنش با اکسیژن به هیدرازین شکسته شود؛ اما این تبدیل لزوماً برای اکسیژنزدایی آن نیست به دلیل اینکه کربوهیدرازید میتواند مستقیماً با اکسیژن وارد واکنش شود.
واکنش اکسیژن
دوز موردنیاز برای هر واحد اکسیژن، ۱٫۴ واحد کربوهیدرازید است. باید توجه شود که در واکنش کربوهیدرازید با اکسیژن، دیاکسید – کربن تولید میشود که این گاز بهعنوان کربونیک اسید (H2CO3) حل شده و باعث ایجاد خوردگی در لولههای برگشتی میشود. اکسیژن زدای کربوهیدرازید نمیتواند در کاربردهایی که بخار با مواد غذایی در تماس است، بکار رود.
اریتوربات
اریتوربات، بعنوان اکسیژن زدای بی خطر در FDA پذیرفته شده و میتواند در کاربردهای فرایندی 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 میماند و با بخار خراج نمیشود.
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 میشود:
واکنش حذف کننده اکسیژن
دوز مصرفی اکسیژن زدای مذکور ۵٫۴ واحد به ازای اکسیژن است.
هیدروکینون
هیدروکینون که بعنوان کاتالیزور واکنشهای اکسیژن زداها با اکسیژن استفاده میشود، در کاربردهای مختلف مورد آزمون قرار گرفته است و اثرات مؤثر آن در کاهش سطح اکسیژن تا رنج ۱-۲ ppb تأیید شده است. این اکسیژن زدا با اکسیژن وارد واکنش شده و بنزوکینون را تشکیل میدهد:
بنزوکینون
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 سیستمهای فشار بالا به صورت فرار است. این اکسیژن زدا به آمونیاک تبدیل نشده و بنابراین در آلیاژهای دارای مس استفاده میشود.
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 میشود:
DEHA
در تئوری، ۱٫۲۴ واحد DEHA با یک واحد از اکسیژن واکنش میدهد؛ اما در عمل دوز ۳ به ۱ DEHA به اکسیژن پیشنهاد میشود. DEHA مزیتهای 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 خطرتر از هیدرازین است.
در ملاحضات تئوری، DEHA کمتری نسبت به اریتوربات و متیل اتیل کتوکسیم موردنیاز است. همچنین از نظر سمیت نسبت به کربوهیدرازید باعث تولید هیدرازین تحت شرایط واکنش نمیشود.
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 سیستمهای فشار پائین استفاده میشود.
بین اکسیژن زداهای ارجح برای سیستمهای 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 میرسانند.
در طی ۳۰ دقیقه سطح اکسیژن برای DEHA به زیر ۱ ppm میرسد درمقایسه با اکسیژن زداهای دیگر که ۶ ppm میرسد. در ملاحضات حرارتی محصولات جانبی که از تخریب اکسیداتیو DEHA بدست میآیند، دی آلکیل آمینها، استالدهید، استال-دوکسیم و استیک اسید هستند که استیک اسید باعث بهبود خوردگی در pH های پائین در سیستم میشود و به صورت سدیم و کلسیم استات به رسوبات بویلر اضافه میشود. اکسیژن زداهای دیگر شامل اریتوربات، MEKO و هیدروکینون نیز به اسیدهای آلی تجزیه میشوند.
اکسیژن محلول میتواند منجر به خوردگی شدید در بخش اکونومایزر و دیگ شود. در سیستم آب تغذیه، به انتقال فلزات به داخل دیگ کمک میکند، جایی که رسوب میتواند منجر به خوردگی کم رسوب و گرمای بیش از حد طولانی مدت شود. اکسیژن محلول از طریق آب آرایشی که اغلب از هوا اشباع شده است، وارد سیستم میشود یا به کندانسورها یا از طریق آببندی پمپها نشت میکند.
رایجترین اثر اکسیژن محلول افزایش خوردگی بخاری آب تغذیه است. اکسیدهای مس و آهن تشکیل میشوند که شل میشوند و به دیگ میروند. این اکسیدهای فلزی در داغترین قسمت لولههای دیگ رسوب کرده و رسوبات عایق ایجاد میکنند.
از بحث انتقال حرارت در بخش 5.1، چنین رسوبات عایق، گرادیان دمایی موردنیاز برای ارائه یک شار حرارتی ثابت را افزایش میدهند. دما روی دیواره لوله افزایش مییابد و ممکن است گرمای بیش از حد ایجاد شود. در طول مدت طولانی، چنین گرمای بیش از حد میتواند منجر به خستگی و خرابی فلز شود. رسوبات مس نیز میتواند منجر به خوردگی گالوانیکی فولاد شود.
مشکلات اکسیژن به ویژه در جایی که آمونیاک در مقادیر قابلتوجهی وجود دارد شدیدتر است. در حضور اکسیژن، آمونیاک به مس بسیار خورنده است. آمونیاک برای تنظیم pH آب تغذیه استفاده میشود. همچنین میتواند از تجزیه حرارتی هیدرازین تشکیل شود:
3N2H4 = N2 + 4NH3
یا از تجزیه هیدروترمال آمین های آلی:
R-NH2 + H2O = ROH + NH3
وقتیکه R یک گروه آلی عمومی مانند اتانول آمین است. آمونیاک نمیتواند به خود فلز مس حمله کند. فقط با یونهای مس در حالت اکسیداسیون +2 (مس) واکنش میدهد.
در لوپ آب تغذیه، این ترکیبات به شکل اکسید مس (CuO) و هیدروکسید (Cu(OH)2) خواهند بود. این حالت مس تنها در صورت وجود اکسیژن میتواند تشکیل شود. بنابراین این ترکیب آمونیاک و اکسیژن است که به آلیاژهای مس تهاجمی است. اگر غلظت اکسیژن با روشهای مکانیکی و شیمیایی پایین نگه داشته شود، آمونیاک برای مس مشکلی ایجاد نمیکند.
با این حال، حفظ سطوح پایین اکسیژن میتواند یک کار دشوار باشد. اکسیژن از طریق آب ورودی، نشت آب خنک کننده، تعادل مخزن ذخیره میعانات با اتمسفر و نشت آببندی پمپ وارد سیستم میشود.
بخش اکونومایزر در برابر خوردگی اکسیژن بسیار حساس است. این اولین سطح عمدتاً فولادی است که در آن اکسیژن محلول میتواند مستقیماً به فلز حمله کند. نرخ جریان بالا از طریق این بخش مانع از تجمع رسوب میشود.
در عوض، حفرههای نیمکرهای عمیق در لولهها ایجاد میشوند. این لولهها از لولههای دیگ نازکتر هستند و بنابراین میتوانند سریعتر خراب شوند. در خود دیگ، سطوح بیش از حد اکسیژن میتواند منجر به سوراخ شدن اکسیژن و خرابی لوله شود. گودالها نیمکرهای، با لبههای تیز هستند و اغلب دارای کلاهکهایی از محصولات خوردگی هستند.
مس فلزی با کاربرد مهندسی فراروان است که در برابر بسیاری از محیطهای خورنده مقاومت میکند. اما مس تحت شرایطی کدر یا خورده میشود. در سالهای اخیر، محققان نشان دادهاند که میتوان یک سیستم کنترل خوردگی برای مس، برنج و برنز را با ترکیب آلی بنزوتری آزول ساخت.
خوردگی مس
خوردگی مس، خوردگی تجهیزات ساخته شده از مس یا آلیاژهای مس است. هنگامی که مس در معرض هوا قرار میگیرد، اکسید میشود و باعث میشود سطوح مسی معمولاً کدر شوند. پس از مدتی رنگ تیره حاصل از اکسید شدن به تدریج به رنگ قهوهای تیره یا سیاه و در نهایت سبز میشود.
بنزوتری آزول یکلایهای دوبعدی شیمیایی جذب شده با پیوند قوی با ضخامت کمتر از ۵۰ آنگستروم تشکیل میدهد. این فیلم نامحلول حاصل از Benzotriazole که ممکن است یکلایه تک مولکولی باشد، از مس و آلیاژهای آن در محیطهای آبی، جوهای مختلف، روانکنندهها و سیالات هیدرولیک محافظت میکند.
Benzotriazole همچنین با یونهای مس در محلول رسوبات نامحلول تشکیل میدهد (این یونها را کی لیت میکند)، در نتیجه از خوردگی آلومینیوم و فولاد در سایر قسمتهای یک سیستم آبی جلوگیری میکند. Benzotriazole از کدر شدن مس و آلیاژهای مس در معرض محیطهای مرطوب جلوگیری میکند. “کنترل واکنش سطحی مس با استفاده از معرفهای آلی” با استفاده از این ماده صورت میگیرد که گروه نیتروژن – هیدروژن و حداقل یکی از نیتروژنهای دیگر در حلقه، در ترتیبات پیوند پیچیده با مس نقش دارند.
زنجیرههای پلیمری یا کمپلکسهای صفحهمانند تک مولکولی به طور کامل یک سطح فلزی تمیز را میپوشانند و محافظت عالی را ارائه میدهند. در حالت معمولیتر، بنزوتری آزول احتمالاً سوراخها و عیوب سطوح اکسید مس را مسدود میکند.
استفاده از آن و سایر مواد شیمیایی مانند تولیل تری آزول، پیشرفت قابلتوجهی در زمینه بازدارنده های خوردگی است. این نشان میدهد که مهار مؤثر خوردگی توسط بنزوتری آزول میتواند از طریق تشکیل پیوندهای شیمیایی واقعی عمل کند.
Benzotriazole همچنین میتواند واکنش بین سطوح مس یا آلیاژ مس و محیطهای معمولی را کنترل کند. این ماده یک افزودنی مفید برای ضد یخ و سایر سیستمهای گردش آب است. میتوان بنزو تری آزول را در لاکها، کاغذهای بستهبندی محافظ، روانکنندهها، مایعات هیدرولیک و شویندههای قلیایی گنجاند.
جلوگیری از اکسید شدن مس
جهت جلوگیری از اکسید شدن مس از مواد ضد خوردگی ازولها استفاده میشود. ترکیبات ازول دار مانند بنزوتری ازول و تولیل تری ازول در فرمولاسیون همراه با مواد ضد خوردگی زیاد مانع از اکسید شدن مس میشوند.
کاربردهای بنزوتری آزول
رنگ طبیعی مس، آلیاژهای آن و پوششهای رنگی آن که با عملیات شیمیایی اعمال میشود را میتوان با یک لاک شفاف مهار شده با بنزوتری آزول محافظت کرد.
اینکرالاک حاوی رزین اکریلیک استر حل شده در حلالی مانند تولوئن است. بنزوتری آزول بهعنوان یک بازدارنده خوردگی و روغن سویا اپوکسید شده بهعنوان یک عامل تسطیح اضافه میشود. پانلهای آزمایشی با پوشش اینکرالاک که در لندن و سواحل جنوبی انگلستان در معرض دید قرار گرفتهاند، برای چندین سال بدون لکه باقیماندهاند.
Benzotriazole به طور مؤثر با تیرگی زیرلایههای لاکی مبارزه میکند. این حالت شکست در درجه اول به دلیل پراکسیدهایی است که در مراحل اولیه تخریب لایه لاک و حلال باقیمانده تحتتأثیر اشعه ماورای بنفش تشکیل شده است. با استفاده از جاذبهای مناسب اشعه ماورا بنفش، آنتیاکسیدانها و عوامل کمپلکس کننده مس، حفاظت بسیار افزایشیافته است. تمیزکردن و اسپری دقیق ضروری است. پاککردن با یک پاککننده بازدارنده (۴۰ گرم بنزوتری آزول در یک گالن آب) بهعنوان آخرین مرحله تمیزکردن قبل از اعمال پوشش توصیه میشود.
Benzotriazole همچنین در رنگها، لاکهای رنگدانهدار و جوهر مفید است. بهعنوانمثال، یک لاک برنز، حاوی ۴ گرم پودر رنگدانه برنز و ۱۰۰ گرم لاک شفاف نیترات سلولز (30٪ مواد جامد)، غوطهور شد و به یک قسمت 1٪ بنزوتری آزول اضافه شد.
در کاربرد دیگر، تمایل عایق الکتریکی پلیپیلن به اکسید شدن سریعتر در حضور مس با افزودن یک آنتیاکسیدان و بنزوتری آزول به عایق اصلاح میشود . نقش بنزوتری آزول در جلوگیری از رنگآمیزی مس با ایجاد منحنیهای پلاریزاسیون در کلرید سدیم ۳ درصد تحت کنترل پتانسیواستاتیک بررسی شده است. تفاوتهای قابلتوجهی در رفتار کاتدی در نمونههای تیمار شده و تیمار نشده با تفاوتهای کوچکتر اما قابل تکرار در رفتار آندی یافت شده است.
پوشش ناموفق، منحنیهای پلاریزاسیون مشابه نمونههای تیمار نشده مشاهدهشده را ایجاد کرد. بنزوتری آزول کاهش کاتدی اکسیژن را سرکوب میکند؛ اما به نظر نمیرسد بر تخلیه هیدروژن تأثیر بگذارد؛ بنابراین، تا حدی بهعنوان یک بازدارنده کاتدی عمل میکند، اما همچنین به طور قابلتوجهی بهعنوان یک بازدارنده آندی عمل میکند.
بنزوتری آزول دربسته بندی و نگهداری
قطعات، محصولات آسیاب، و پودرهای مس، برنج و برنز در صورت بستهبندی در مواد مهار شده با Benzotriazole یا پوشانده شدن با لایهای از بازدارنده بنزوتری آزول میتوانند در حین ذخیرهسازی و حمل از کدر شدن محافظت شوند. همچنین میتواند در مومهای محافظ استفاده شود تا لایهای مقاوم در برابر کدر شدن ایجاد کند.
ترکیبی که بر روی فلز سرد از بخار در دمای ۸۵ درجه سانتیگراد رسوبکرده است. سادهترین راه این است که قسمت فلزی را در محلول آبی ۰٫۲۵ % بنزوتری آزول در دمای ۶۰ درجه سانتیگراد به مدت ۲ دقیقه فرو کنید. نوار برنجی ممکن است به طور مداوم از طریق چنین محلولی اجرا شود. مواد بستهبندی را با خیساندن آن در محلولی حاوی ۱/۰ تا ۵ درصد و ۱ درصد از بنزوتری آزول میتوان از خوردگی محافظت کرد.
کاغذهای تیمار شده با بنزوتری آزول که بین ورقههای مس یا آلیاژ مس انباشته شده در جعبههای بستهبندی قرار گرفتهاند، فلز را برای مدت طولانی از لکهدار شدن و تغییر رنگ محافظت میکند. قرقرههای سیم مسی را میتوان با پیچاندن قسمت بیرونی آن با کاغذ تیمار شده با Benzotriazole محافظت کرد و اگر فضای داخلی با کاغذ آغشته پوشانده شود، اقلام مسی در طبلهای مهروموم شده کدر نمیشوند.
سطوح داخلی موجبرها و سایر اجزای مایکروویو را میتوان با پرکردن سوراخها با کاغذ خرد شده محافظت کرد. کاغذهای خودچسب و نوارهای وینیل از خراشیدگی و خراش در هنگام ساخت، نگهداری و حملونقل محافظت میکنند. این نوارها به طور گسترده در صنعت مدارهای چاپی استفاده میشود.
یک موم یا پولیش بدون مواد ساینده حاوی ۰٫۱ تا ۱۰ درصد بنزوتری آزول، از خوردگی مس جلا داده شده و آلیاژ پایه مس با محلولهای شستشو جلوگیری میکند. موم همچنین کدر شدن در جو را کند میکند.
Benzotriazole ممکن است بهعنوان محلول در یک حلال سازگار به پولیش اضافه شود یا ممکن است در موم مذاب حل شود. پولیش موم متشکل از 5% بنزوتری آزول، مخلوط شده به مدت ۲ ساعت در دمای ۱۲۰ درجه فارنهایت، مس جلا داده شده را به مدت ۲۴ ساعت در محلول نمکی 0.25% از لکهدار شدن محافظت میکند.
فرو بردن مس و آلیاژهای مس در محلول یا پراکندگی فریسیانیدهای محلول و مشتقات بنزوتری آزول به مدت ۰٫۵ تا ۳۰ دقیقه از خوردگی و کدر شدن جلوگیری میکند. حدود ۰٫۰۰۱ تا 5٪ (بر حسب وزن) فریسیانیدهای آمونیوم یا فلز قلیایی یا مخلوط یا چند مورد از این نمکها با ۰٫۰۱ تا 0.5٪ بنزوتری آزول استفاده شده است. نمکهای فلزات قلیایی برای جلوگیری از ترکخوردگی ناشی از تنش که ممکن است در قسمتهای تحت تنش در حضور آمونیاک رخ دهد، ترجیح داده میشوند.
فواید فیلمها با قراردادن ورقها در معرض جوهای خورنده اندازهگیری شده است. بهعنوانمثال، هنگامی که در یک محلول آبی از مشتقات آن 0.1٪ و 0.05٪ K3Fe(CN)6 در دمای 65 درجه فارنهایت به مدت ۲ دقیقه غوطهور شود، ورق مس تمیز اگر به مدت ۲ ساعت در اتمسفر حاوی ۱۰ پیپیام سولفید هیدروژن قرار گیرد، کدر نخواهد شد. اما کدر شدن در ۲ دقیقه روی ورقههای غوطهور در محلولی که فقط حاوی فریسیانید پتاسیم (۰٫۰۵ درصد) است ظاهر میشود و زمانی که ورقه در محلول حاوی فقط بنزوتری ازول (۲ درصد) غوطهور شود، در ۲۰ دقیقه ظاهر میشود.
روش دیگر برای بهبود مقاومت در برابر تیرگی این است که ابتدا محلول صابون یا محلول کرومات و سپس با محلول بنزوتری آزول را اعمال کنید.
تیمار با بنزوتری آزول را میتوان در تولید ورق از مس و پودرهای آلیاژ مس گنجاند. این روش شامل مراحل زیر است:
پودر مس الکترولیتی استاندارد فشرده شده با عبور دادن آن از یک جفت رول.
در ۱۰۰۰ فارنهایت در اتمسفر هیدروژنی به مدت ۱۵ دقیقه تفجوشی کنید تا ورق بدون اکسید با تخلخل 25٪ به دست آید.
ورق را در محلول آبی 5% بنزوتری آزول در دمای ۱۰۰ درجه فارنهایت غوطهور کنید، اجازه دهید محلول در مدت ۸ دقیقه تا دمای ۶۰ درجه فارنهایت خنک شود، سپس به مدت ۲ دقیقه در دمای ۶۰ درجه فارنهایت نگه دارید.
ورق را در هوا خشک کنید.
با نورد سرد آن را فشردهتر کنید تا 50% ذخایر تصفیه نشده در ۱۸ ساعت در یک جو آلوده رنگآمیزی شود. ورق تیمار شده به مدت ۳۰ روز بدون رنگ باقی ماند.
با استفاده از محلول بنزوتری ازول میتوان از کدر شدن اقلام مسی مانند وسایل لولهکشی در طول نگهداری جلوگیری کرد. قابلیت لحیمکاری نیز بهبودیافته است. همچنین، اگر قطعات با بنزوتری ازول محافظت شوند، ظاهراً قطعات برنجی تحت تنش در اثر خوردگی تنشی در اتمسفر آلوده به دیاکسید گوگرد خراب نمیشوند. این فیلم از ترک خوردن در فضای آمونیاکی جلوگیری نمیکند.
بنزو تری ازول در روان کننده ها
بنزو تری ازول در روان کننده ها و درزگیرها
مس تقریباً همیشه در برابر روانکنندههای روغن معدنی مقاوم است، اما ممکن است باعث تخریب آنها شود. هنگامی که محصولات اسیدی تشکیل میشوند، میتوانند باعث خوردگی فولاد و مس شوند. روانکنندههای حاوی گوگرد ممکن است باعث تغییر رنگ مس شوند. بااینحال، افزودن بنزوتری ازول به روانکنندهها و درزگیرها تا حد زیادی خوردگی را کند میکند یا از آن جلوگیری میکند.
یک ترکیب روغن روانکننده از روغنپایه استر و ۰٫۲ تا 2٪ بنزوتری ازول آلکیله شده است. گریسهای ارگانوسیلوکسان که بهعنوان روانکنندهها، دیالکتریکها و ترکیبات آببندی استفاده میشوند، با افزودن ۰٫۰۲ تا ۰٫۰۶ درصد Benzotriazole، به مس و فولاد خوردگی کاهش مییابد. گریس از خوردگی نوارهای مسی غوطهور در آب مقطر در دمای ۷۰ درجه فارنهایت به مدت ۴ هفته جلوگیری کرده است. این بازدارنده در سیالات هیدرولیک نیز مؤثر است.
بنزوتری آزول بهعنوان یک عامل جداکننده پیشنهاد شده بود که به جداسازی رسوبات کاتدی از صفحات اولیه یا اشکال اصلی در پالایش الکترولیتی و شکلدهی الکتریکی کمک میکند. شواهدی وجود دارد که بنزوتری آزول با مس حاصل از محلول آبکاری رسوب میکند. اثر بنزوتری آزول بر رسوبات الکترونی با تخصیص آن به محلولهای آبکاری سولفات مس بررسی شده است.
در محلولهای سولفات مس اسیدی یک کمپلکس مسی نامحلول نیز تشکیل میدهد که با مس ترکیب میشود. افزودن ۰٫۰۱۲ گرم در لیتر باعث ایجاد رسوبات ریز مس میشود و از اپیتاکسی جلوگیری میکند. ۰٫۱۲ گرم در لیتر رسوبات کاملاً روشن با ساختار نواری میدهد. بااینحال، گزارشهایی وجود دارد که مس این محلول را رسوب میدهد و در نتیجه به اثر مفید آن پایان میدهد.
استفاده از محلولهای آبی ۰٫۱ تا ۱٫۰ درصد بنزوتری آزول برای کمک به جداکردن ورقهای مسی، فویلها، ورقهای آغازین و محصولات الکتروشکلشده از کاتدهای مس پیشنهاد شده بود، اما در عمل تأثیر کمی داشته است.
افزودن ۵ تا ۱۰ درصد (بر حسب وزن) الکل بهعنوان یک عامل مرطوبکننده به این نوع محلول پوشش یکنواخت سطح کاتد را تضمین میکند. اگر این روش کامل شود، در تولید مداوم ورق مس با رسوب الکتریکی بر روی یک درام مسی مفید خواهد بود.چنین محلولی باید قبل از ورود مجدد درام گردان به الکترولیت اعمال شود.
اگر محلولها حاوی مقادیر کمی بنزوتری آزول باشند، محصولات مسی هنگام شستن با محلولهای شوینده کدر نمیشوند. فقط چند قسمت در میلیون بنزوتری ازول در شویندههای حاوی عوامل مرطوبکننده و پلی فسفاتهای جداکننده کلسیم موردنیاز است.
بنزوتری آزول از جمله ترکیباتی است که از تغییر رنگ مس، برنج و آلیاژهای مس، نیکل و روی (نقره نیکل) توسط محلولهای آبی شویندهها که شامل محصولات سولفوناسیون آلی با وزن مولکولی بالا، لختههای معدنی خاص مانند پلی فسفاتها، سولفات سدیم هستند، جلوگیری میکند. مایعات خشکشویی حاوی مواد شوینده اغلب برای مس و سایر فلزات خورنده هستند.
حدود ۵۰ ppm این محلول در مایع از حمله به مس و آهن جلوگیری میکند. اگر حدود 0.1٪ (بر حسب وزن) از ترکیبات مشتقات Benzotriazole به آب یا محلولها اضافه شود، میتوان سطوح شسته شده مس و آلیاژهای مس را در برابر خوردگی در هنگام تماس با آب (بهویژه با محلولهای قلیایی آبی) محافظت کرد.
بنزوتری آزول در سیستمهای آبی
مرکاپتو بنزو تری آزول سدیم اغلب بهعنوان یک بازدارنده خوردگی در آب در گردش برای خنککردن موتور، تهویه مطبوع، سیستمهای گرمایش و تجهیزات صنعتی حاوی اجزای مسی اضافه میشود. اخیراً مشخص شده است که بنزوتری آزول در انواع محیطهای آبی مؤثر است. اغلب با بوراتها در ضد یخ استفاده میشود و در موارد خاصی در خوردگی حفرهای توسط آب تهاجمی از لولههای مسی محافظت میکند. ازآنجاییکه بازدارنده کمتر از حدود ۳۵۰ فارنهایت تجزیه نمیشود، میتواند خوردگی مس را به طور مؤثر در آب گرم در یک سیستم فلزی مخلوط کنترل کند.
افزودن Benzotriazole به آب در جلوگیری از خوردگی گالوانیکی در سیستمهای فلزی مخلوط مانند مس -فولاد، مس – روی و مس – آلومینیوم مؤثر بوده است. خوردگی زوجهای آلومینیوم – مس و 2-بنزیمیدازولتیول آلومینیوم – مس – آهن. آزمایشهای روی زوجهای آلومینیوم – مس در آب طبیعی دریا نشان داد که 2، 5-دیمرکاپتوتیادیاازول خوردگی الکترود آلومینیوم را کاهش میدهد.
محققان در کار دیگری بر روی خواص حفاظتی بنزوتری آزول با توجه به خوردگی مس و فولاد در محلولهای خنثی و اسیدی، به این نتیجه رسیدند که علیرغم یک اثر بازدارنده خاص، Benzotriazole نمیتواند یک عامل ضد خوردگی موثر برای فلزات آهنی در محیطهای خنثی در نظر گرفته شود. اما در جلوگیری از خوردگی مس به خودی خود و در تماس با فولاد مؤثر بود.
در محیطهای اسیدی، بنزوتری آزول از خوردگی مس جلوگیری میکند، اما ترکیبات قابل مشاهده روی سطح روی فلز تشکیل میشود. در سیستمهای میعانات بخار با ساختار مخلوط، آمینها برای کنترل خوردگی فولاد استفاده میشوند، اما با تشکیل کمپلکسها، حمله مس را تسریع میکنند. هنگامی که بنزوتری آزول اضافه می شود، میتوان از خوردگی مس نیز جلوگیری کرد.
شرکت دکتر کمیکال تأمینکننده مواد شیمیایی ضد خوردگی مورد نیاز صنعت میباشد. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد نحوهخرید مواد اولیه شیمیایی و قیمت با کارشناسان بخش فروش در تماس باشید.
تشکیل رسوب کربنات کلسیم با چسبندگی پایدار در تأسیسات و تجهیزات در تماس با آب یک مشکل دائمی در صنعت است. درک مکانیسم تشکیل رسوب کربنات کلسیم ضروری است و از جمله پیشنیازهای رسیدن به این درک، تجزیهوتحلیل ترمودینامیک فاز آبی سیال در تماس با آب است.
ترکیب یونی محیط آبی، شامل PH و دما، درجه انحراف سیستم از تعادل را تعیین میکند. در فرایندهای صنعتی، پیشگیری و کنترل رسوب یک چالش است و تلاشهای متعددی شامل رویکردها و روشهای بسیار متفاوتی به کار گرفته میشود. بااینحال، رایجترین رویکرد، استفاده از بازدارندههای محلول در آب است که در روند هستهزایی یا رشد کریستال یا هر دو تداخل کرده و فرایندهای مربوطه را کند میکنند.
ترکیبات ضد رسوب در برخی موارد تشکیل رسوب را خنثی میکنند، درحالیکه در بیشتر موارد، جذب این مواد ضد رسوب در مکانهای فعال اولین کریستالهای هستهزا باعث کاهش یا توقف رشد بیشتر آنها و جلوگیری از تشکیل رسوبات نامطلوب میشود.
سطح رسوبات که به نوع و غلظت گروههای عاملی موجود بستگی دارد، نقش تعیینکنندهای در بر همکنش مواد افزودنی با بسترها دارد. ضد رسوب با وزن مولکولی پایین احتمالاً به دلیل جذب مؤثرتر آن بر روی بلورهای درحالتوسعه مؤثرتر است.
نقش افزودنیهای ضدرسوب در انحلال ممکن است به دو صورت باشد، یا انحلال را از طریق تشکیل کمپلکس تسریع میکنند یا از طریق مسدودکردن مکانهای فعال برای انحلال، آن را مهار میکنند.
رسوبگذاری در فرایندهای صنعتی شامل آب یکی از چالشهای اصلی صنعت است؛ زیرا اغلب منجر به خاموششدن کوتاهتر یا طولانیتر واحدها با افزایش همزمان در هزینههای فرایند میشود. بسته به عوامل گوناگون، انواع مختلفی از رسوب شناسایی شدهاند.
رسوبگذاری، بهعنوان فرایندی که در آن اجزای یونی محلول از نمکها کریستالیزه میشود، در نظر گرفته میشود. نمکها با حلالیت معکوس تمایل دارند که در سطوح فلزی گرم رسوب کنند، درحالیکه نمکهای محلول در سطوح سرد یا رسوب تشکیل میدهند.
رسوب آب، حتی در مواردی که ترکیب آن پیچیده نیست، بستگی به تعدادی از عوامل، از جمله شکلگیری یون در محیط آبی، خواص و ویژگیهای سطوح در تماس با فاز آبی، شدتجریان و انتقال حرارت دارد.
کنترل رسوب کربنات کلسیم
کمبود منابع آب شیرین و مقررات زیستمحیطی، باعث شده موضوع استفاده مجدد از آب در آبهای خنککننده را و فرایند تصفیه فاضلاب و پسابهای صنعتی که در فرایندهای متعددی دخیل هستند، بیشازپیش حائز اهمیت باشد. این در حالی است که تشکیل رسوبات متشکل از کربنات کلسیم در این فرایند مداخله میکند.
روشهای مختلفی برای کنترل رسوب کلسیتی استفاده میشود، از جمله تنظیم pH، حذف یا کاهش گونههای تشکیلدهنده رسوب، استفاده از افزودنیهای شیمیایی که بهعنوان مهارکنندههای تشکیل رسوب عمل میکنند و حذف با ابزارهای مکانیکی و یا شیمیایی. علاوه بر این، روشهای کنترلی شامل جلوگیری از چسبندگی ذرات بر روی دیوارههای تجهیزاتی که رسوبات روی آنها تشکیل میشود نیز وجود دارند.
در نهایت، لازم به ذکر است که استفاده از روشهای فیزیکی، از جمله تصفیه مغناطیسی و الکتریکی آب باهدف جلوگیری از تشکیل رسوب، بسیار موردتوجه قرار گرفته است. استفاده از اسیدهای معدنی، تحت شرایط خاص، ممکن است تنها روش حذف کربنات کلسیم باشد، اما مشکلات خوردگی که در پی دارد باید با استفاده همزمان از بازدارنده های ضدخوردگی برطرف شود.
استفاده از کیلیتها برای حذف رسوبات کربنات کلسیم توصیه نمیشود؛ زیرا عملکرد کندی دارند. رسوبات کربنات کلسیم عمدتاً از کلسیت یا آراگونیت در شرایط خاصی تشکیل شده است که بستگی به فوق اشباع بودن محلول و وجود منیزیم در آب دارد.
مهمترین رویکرد در عمل برای پیشگیری و کنترل تشکیل رسوب کربنات کلسیم، استفاده از ترکیبات محلول در آب است که پتانسیل تداخل با فرایندهای هستهزایی و رشد کریستال را دارند. مهار تشکیل بلورها در مرحله هستهزایی به دلیل وجود مواد افزودنی در محیط آبی بهعنوان بازدارندههای آستانه شناخته میشوند.
اولین تحقیقات مربوط به مهار کربنات کلسیم در حضور پلی فسفاتها بود. اثر آنها با تشکیل هستههای کوچکی توضیح داده شد که ناپایدار بودند و دوباره حل میشدند، بنابراین هستهزایی و متعاقب آن رشد کریستال را به تأخیر میاندازند یا لغو میکردند.
بهطورکلی، بازدارندههای رسوب، ترکیبات محلول در آب با اندازه نسبتاً بزرگ در مقایسه با یونهای کوچک هستند که از طریق گروههای عاملی یونیزاسیونی که دارند، قادر به جذب روی مکانهای فعال رشد کریستالی موجود در وجوه مختلف کریستالیتهای اول هستند که پس از غلبه، مانع هستهزایی و رشد کریستالها میشوند. علاوه بر تأثیر آنها بر تأخیر سینتیک، وجود بازدارندهها در محیط تشکیل رسوب بر مورفولوژی بلورهای تشکیل شده تأثیر میگذارد.
ضد رسوبها علاوه بر تأثیر بر تأخیر در شروع هستهزایی، ممکن است اثرات دیگری مانند اعوجاج کریستالی ایجاد کنند که در آن اثر بازدارندهها در ایجاد سطوح گرد با چسبندگی نسبتاً ضعیف بر روی سطوح پوستهریزه بیان میشود. روش دیگر عمل بازدارندهها پراکندگی است. در این حالت، وجود بازدارنده منجر به ایجاد بار الکتریکی بر روی ذرات دارای علامت مشابه با بار مربوط به دیوارها میشود.
دافعه الکترواستاتیکی بین کریستالهای دارای بار مشابه و دیوارهها منجر به کاهش رسوب روی سطوح میشود. گزارشهای متعددی از این واقعیت وجود دارد که وجود مواد افزودنی مانند ترکیبات ارگانوفسفره و پلی فسفاتها باعث تثبیت فازهای گذرای جنبشی میشود.
در نهایت، رسوبها ممکن است از طریق جداسازی یا کیلاسیون، اتصال کلسیم و یا یونهای دیگر برای تشکیل کمپلکسهای محلول عمل کنند. درصورتیکه نرخ رشد کریستال توسط انتشار سطحی واحدهای رشد تعیین شود، جذب مولکولهای بازدارنده در محلهای فعال و به طور خاص در پیچخوردگیها ممکن است با مسدودکردن حرکت کریستال، روند رشد کریستال را به تأخیر بیندازد یا حتی لغو کند.
بازدارنده رسوب کربنات کلسیم
ضدرسوب کربنات کلسیم
مطالعات بسیاری برای توسعه محصولات پلیمری جدید که ممکن است به عنوان بازدارنده رسوب عمل کنند، انجام شده است. جنبههای مهم فعالیت آنها شامل برهمکنش با یونهای سختی (Ca, Mg, Ba)، روش تهیه و ویژگیهای فیزیکوشیمیایی مونومرها است. گزارش شده است که ترپلیمرها نسبت به یونهای سختی آب در مقایسه با همو و کوپلیمرها تحمل بیشتری دارند. یونهای دو ظرفیتی همچنین ممکن است ترکیب یونهای پلیمری را تغییر داده و مورفولوژی کربنات کلسیم رسوبکننده را کنترل کنند.
ترکیبات پلیمری با گروههای عاملی قابل یونیزاسیون، از جمله -COOH، PO3 H2، -SO3H، و گروههای آمینه رایجترین محصولات ضد رسوب تجاری هستند. بررسی مجموعهای از ترکیبات پلیمری حاوی گروههای کربوکسیلیک (پلی اکریلیک اسید، PAA) و گروههای کربوکسیل و آمینو حاوی پلی اسپارتیک اسید (P-AS) نشان داده شد که شروع رسوب خودبهخود کربنات کلسیم را به تعویق میاندازد.
وجود گروههای فسفونی در افزودنیهای آب از رسوب کربنات کلسیم جلوگیری میکند. مقایسه یکسری از فسفوناتها در مورد اثر ضد رسوبی بر کربنات کلسیم نشان داده است که این ترکیبات هر دو بازدارنده آستانه هستند. این ترکیبات همچنین بهعنوان بازدارنده عمل میکنند و سرعت هستهزایی و رشد کربنات کلسیم را از محلولهای فوق اشباع کاهش میدهند.
طبق مطالعات انجام شده، 1-هیدروکسی اتیلیدین-1،1-دی فسفونیک اسید (HEDP) بهعنوان مؤثرترین ماده ضد رسوب بر اساس وزن شناخته شد. باتوجهبه اینکه خاصیت ضد رسوبی بازدارندهها به دلیل جذب آنها بر روی بلورهای درحالتوسعه است، هم نوع گروههای عاملی (pKs) و هم هندسه آنها عوامل مهمی هستند که در کارایی آنها نقش تعیینکنندهای دارند.
مقایسه بازدارندههای پلیمری مختلف باتوجهبه کارایی آنها در تأخیر رسوب کربنات کلسیم نشان داده است که هموپلیمرهای PAA در مقایسه با پلی (اکریلیک اسید: 2-اکریلامیدو-2- متیل پروپان سولفونیک اسید) (PAS) و حتی پلی (اکریلیک اسید: 2-اکریلامیدو-2-متیل پروپان سولفونیک اسید: استایرن سولفونه) (PSS) کارآمدتر است.
همبستگی مشابهی از کارایی مهار رسوب برای کوپلیمرهای حاوی اسید مالئیک نیز مشاهده شده است که حضور آن باعث بهبود فعالیت بازدارنده باتوجهبه هستهزایی و رشد کریستالی کربنات کلسیم میشود.
وزن مولکولی بازدارندههای پلیمری موضوع مهمی است. تحقیقات در مورد کارایی PAA نشان دادهاند که پلی آکریلاتهای با وزن مولکولی نسبتاً کم، مهارکنندههای کارامدتری برای جلوگیری از تشکیل رسوب کربنات کلسیم هستند. نتایج مشابهی برای کنترل رسوب فسفات کلسیم توسط پلی کربوکسیلاتها بهدستآمده است.
انحلال رسوب کربنات کلسیم در شرایط دور از تعادل از یک مکانیسم کنترل شده توسط انتقال جرم پیروی می کند. چنین شرایطی در محدوده pH پایین شایع است. انحلال کریستالهای کلسیت منجر به تشکیل پلهها و حفرههایی میشود که همان محل فعال انحلال هستند. ترکیبات ضدرسوب با این مکانها تعامل دارند.
انحلال کربنات کلسیم ممکن است با حضور مواد افزودنی که قادر به تشکیل کمپلکس با یونهای کلسیم در سطح رسوبات هستند، تقویت شود. از سوی دیگر، در غلظتهای پایین، مهارکنندهها ممکن است برای انحلال در محلهای فعال کلسیت جذب شوند و در نتیجه سرعت انحلال را کاهش دهند.
شرکت دکتر کمیکال تأمینکننده مواد شیمیایی ضدرسوب و مواد سیستم های آب صنعتی میباشد. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد نحوه خرید و فروش مواد شیمیایی و قیمت با کارشناسان بخش فروش در تماس باشید.
در واقع خوردگی فرایندی طبیعی است که با توجه به انرژی هدایت میشود که باید اقداماتی را برای مهار حمله خورنده به مواد فلزی انجام داد. بازدارنده های خوردگی مادهای هستند که وقتی با غلظت کم به یک محیط اضافه میشوند، بهطور چشمگیری نرخ خوردگی فلز در معرض آن محیط را کاهش میدهد.
بازدارنده یک ماده شیمیایی است که وقتی با غلظتی کم به یک محیط اضافه میشود، به طور مؤثر باعث کنترل، کاهش یا واکنش فلز با محیط میشود. بازدارندههای خوردگی به سیستمهای بسیاری از جمله سیستمهای خنککننده، سیستمهای خنککننده، واحدهای پالایشگاهی، عملیات شیمیایی، ژنراتور بخار، مخازن بالستیک و واحدهای تولید نفت و گاز، اضافه میشوند.
بازدارنده خوردگی برای محافظت از فلزات از خوردگی، از جمله حفاظت موقت در حین ذخیره یا حملونقل و همچنین حفاظت موضعی موردنیاز است، برای مثال، برای جلوگیری از خوردگی که ممکن است از انباشت مقادیر کم یک مرحله تهاجمی حاصل شود. یک مثال، آبنمک است، در یک فاز غیرتهاجمی، مانند روغن. بازدارنده کارآمد با محیط سازگار است، برای کاربرد مقرونبهصرفه است و اثر مناسبی را با غلظت کم ایجاد میکند.
ویژگی های بازدارنده خوردگی
سازگاری با دیگر مواد شیمیایی: ازآنجاییکه در سیستمهای گازی ممكن است دو یا چند ماده شیمیایی مورداستفاده قرار گیرد، لذا بازدارنده نباید باعث اثرات جانبی بر روی آنها شود (برای مثال مواد ضد كف و ضد امولسیون به همراه بازدارندههای خوردگی در صنایع گاز به كار رود).
كارایی در شرایط تنش برشی بالا: گاهی اوقات خروج از گاز چاه یا خطوط لوله تنش برشی بالایی به وجود میآورد، به همین دلیل مقاومت فیلم محافظ در برابر تنش برشی از اهمیت فراوانی برخوردار است و بایستی مورد بررسی قرار گیرد.
پایداری در برابر دما و فشار بالا: محدوده دما و فشار در مخازن و لولهها بالاست و بازدارنده باید بتواند این دما و فشار را تحمل كند و در این شرایط پایداری و كارایی خود را از دست ندهد.
پایداری فیلم محافظ با گذشت زمان: این فاكتور، تعیینکننده روش اعمال بازدارنده و مقدار آن است.
تشكیل امولسیون: تشكیل امولسیون یكی از بزرگترین مشكلات بازدارندههای نفت و گاز است. بازدارنده خوردگی لایهسازی شامل مولكولهای فعال سطحی هستند و تشكیل امولسیون را تشدید میكنند
حلالیت بازدارنده: بیشتر روشهای اعمال بازدارندهها شامل رقیق كردنبازدارنده خوردگی با یک حلال مناسب آلی یا آبی است.
سمیت: بهکاربردن بازدارندهها نباید محیطزیست را دچار آلودگی كند.
نکته: درصورتیکه غلظت ممانعت کنندههای خوردگی كمتر از اندازه كافی باشد، خسارت بیشتر از موقعی خواهد بود كه ممانعت کننده اصلاً بكار برده نشود. برای پرهیز از این خطر بایستی غلظت ممانعت کننده همواره بیش از مقدار موردنیاز باشد و غلظت آن به طور متناوب تعیین گردد.
انواع بازدارنده های خوردگی
انواع بازدارنده های خوردگی
بازدارندههایی که سرعت خوردگی را کم میکنند؛ ولی کاملاً مانع آن نمیشوند
بازدارندههایی که باعث به تأخیر انداختن حمله خوردگی برای مدت زیادی میشوند. بهطوریکه فلز در مقابل خوردگی مصونیت موقتی پیدا میکند.
بازدارندههای روئین کننده که لایههای روئین بر سطح فلز تشکیل میدهند. این لایهها غالباً اکسید یا نمکهای غیر محلول فلزی هستند، مانند فسفات و کرمات برای فولاد. اگر مقدار بازدارندهای که به محلول اضافه میگردد کم باشد لایههای ناپیوسته تشکیل میگردد که ممکن است خوردگی حفرهای یا حمله تسریع شده موضعی به وجود آید.
بازدارندههایی هستند که واکنش خوردگی را آهسته میکنند. بدون آنکه کاملاً مانع آن شوند. این بازدارندهها غالباً در ضمن عمل حفاظت مصرف میشوند. مانند هیدرازین و سولفیت سدیم.
بازدارندههایی هستند که در اثر ترکیب با موادی که باعث خوردگی در یک محیط مشخص میشوند، خوردگی را به تأخیر میاندازند.
انتخاب بازدارندهها بر اساس فلز و محیط است. دستهبندی کیفی بازدارندههای خوردگی در شکل زیر ارائه شده است. ضد خوردگی را میتوان بهعنوان تهویه کنندههای محیطزیست و مهارکنندههای رابط طبقهبندی کرد.
دسته بندی بازدارنده ها
تصفیه کننده های محیط زیست
خوردگی را میتوان با حذف گونههای خورنده از محیط کشت کنترل کرد. بازدارندههایی که با خوردن مواد تهاجمی، خوردگی محیط را کاهش میدهند، تصفیهکنندههای محیطزیست یا مواد زداینده هستند. در محلولهای نزدیک به خنثی و قلیایی، کاهش اکسیژن یک واکنش کاتدی متداول است. در چنین شرایطی، خوردگی را میتوان با کاهش میزان اکسیژن با استفاده از پراکندهها کنترل کرد.
بازدارنده های رابط خوردگی
بازدارندههای رابط خوردگی را با تشکیل یک فیلم در رابط فلزی / محیطزیست کنترل میکنند. بازدارندههای اینترفیس میتوانند به بازدارندههای مایع و بخار تقسیم شوند.
بازدارنده خوردگی فاز مایع
بازدارندههای فاز مایع بهعنوان بازدارندههای آندی، کاتدی و یا مخلوط، بسته به اینکه آنها، واکنشهای کاتدی، آندی یا هر دو واکنش الکتروشیمیایی را مهار میکنند. طبقهبندی میشوند.
بازدارنده های ترکیبی
حدود ۸۰٪ از بازدارنده های خوردگی ترکیبات ارگانیکی هستند که نمیتوانند به طور خاص بهعنوان آندی یا کاتدی مشخص شوند و بهعنوان بازدارندههای ترکیبی شناخته میشوند. اثربخشی بازدارندههای آلی مربوط به میزان جذب و پوشش سطح فلز است. جذب بستگی به ساختار بازدارنده، سطح بار فلز و نوع الکترولیت دارد.
بازدارندههای ترکیبی فلز را از طریق سه روش مختلف جذب میکنند:
جذب فیزیکی
جذب شیمیایی
تشکیل فیلم
جذب فیزیکی (الکترواستاتیک) نتیجه جذب الکترواستاتیک بین بازدارنده خوردگی و سطح فلز است. هنگامی که سطح فلز به طور مثبت شارژ شود، بازدارندههای آنیونی تسهیل میشود. مولکولهای با بار مثبت که در ترکیب با یک حد واسط با بار منفی عمل میکنند، میتوانند یک فلز با بار مثبت را مهار کنند. آنیونهایی مانند یونهای هالید در محلول بر روی سطح فلز مثبت جذب شده و سپس کاتیونهای آلی روی دوقطبی جذب میشوند.
بازدارندههای جذب شده فیزیکی بهسرعت در حال تعامل هستند، اما آنها نیز بهراحتی از سطح حذف میشوند. افزایش دما عموماً باعث تخریب مولکولهای بازدارنده جذب شده فیزیکی میشود.
مؤثرترین بازدارندهها، جذب شیمیایی (chemisorb) هستند، فرایندی که شامل اشتراک بار یا انتقال بار بین مولکول بازدارنده و سطح فلز میشود. جذب شیمیایی آهستهتر از جذب فیزیکی انجام میشود. با افزایش دما، جذب و بازدارندگی نیز افزایش مییابد. جذب شیمیایی خاص است و به طور کامل برگشتپذیر نیست.
بازدارنده های فاز بخار
حفاظت موقت در برابر خوردگی جو، بهویژه در محیطهای نزدیک، با استفاده از بازدارندههای فاز بخار (VPI) به دست میآید. مواد با فشار پایین اما قابلتوجهی از بخار با خواص بازدارنده، مؤثر هستند.
بازدارنده خوردگی آندی
بازدارنده خوردگی آندی
بازدارنده های آندی اغلب در محلولهای نزدیک به خنثی استفاده میشوند که در آن محصولات خورندهای مانند اکسید، هیدروکسید، یا نمک تشکیل میشوند. آنها تشکیل فیلمهای واکنشی را که مانع از واکنش انحلال فلزی آندی میشوند، تشکیل میدهند یا تسهیل میکنند. بازدارندههای آندی اغلب بازدارندههای فدا شونده نامیده میشوند.
بازدارنده های کاتدی
بازدارنده های کاتدی خوردگی را با کاهش فرایند کاهش (سم کاتدی) و یا انتخاب رسوب در مناطق کاتدی (رسوبات کاتدی) کنترل میکنند. سموم کاتدی مانند سولفیدها و سلنیدها بر روی سطح فلز جذب میشوند؛ درحالیکه در محلولهای نزدیک به خنثی، آنیونهای معدنی مانند فسفاتها، سیلیکاتها و بوراتها، فیلمهای محافظتی را ایجاد میکنند که سرعت واکنش کاتدی را کاهش میدهند و اکسیژن را به سطح فلز منتقل میکنند.
رسوبدهندههای کاتدی قلیایی شدن را در سایتهای کاتدی افزایش میدهد و ترکیبات نامحلول را بر روی سطح فلز رسوب میدهند. شایعترین کاتالیزورهای کاتدی کربنات کلسیم و منیزیم هستند.
بازدارنده های خوردگی تشکیل دهنده فیلم (آزول ها)
بازدارندههای خوردگی آزول مواد ارگانیکی هستند که باعث ایجاد لایه محافظ روی سطح فلز شده و مانع ایجاد فواصل آب و فلز میشود. این فیلم ممکن است لایهای تکمولکولی باشد یا از لحاظ فیلم ضخیمتر از فیلمهایی است که با کاربرد مناسب مهارکنندههای معدنی ایجاد شده است.
یک خطر ذاتی در فرایند شکلگیری فیلم این است که یک اخلال کوچک در فیلم بههمپیوسته میتواند به عامل خورنده اجازه حمله به ناحیه محافظت نشده را بدهد و در نتیجه سریعاً جذب فلز شود؛ بنابراین، بازدارندههای تشکیل فیلم باید به طور مداوم در سیستمهای خنککننده تغذیه شوند.
فولاد و آلومینیم از پرکاربردترین فلزات مورداستفاده در صنایع مختلف از قبیل نفت و گاز، صنایع انتقال نیرو، اتومبیلسازی و صنایع دریایی است. خوردگی این فلزات، بهویژه در محیطهای دریایی و صنعتی، همواره از مهمترین چالشهای صنعتگران بوده است. آلومینیوم و آلیاژهای آن به دلیل تشکیل فیلم اکسیدی غیرفعال بر روی سطح، مقاومت به خوردگی بالاتری نسبت به فولادهای کربنی ارائه میدهند.
بااینوجود، این فیلم اکسیدی نیز در برابر یونهای خورندهای از قبیل کلر و سولفات مقاومت کافی نداشته و تخریب آن خوردگی زمینهٔ آلومینیومی را به دنبال دارد. همچنین اتصال الکتریکی این دو فلز در محیطهای مرطوب از قبیل برجهای خنککننده، مخازن، موتور اتومبیل و… سبب تشکیل پیل گالوانیک و تغییر رفتار خوردگی میشود.
یکی از روشهای کاهش سرعت خوردگی، استفاده از بازدارندههای خوردگی است. عملکرد بازدارندهها به میزان جذب و پایداری آنها بر روی سطح بستگی دارد. فرایند جذب بازدارنده در محیطهای آبی شامل جایگزینی مولکولهای بازدارنده با مولکولهای آب بر روی سطح فلز است. در این فرایند، توان جایگزینی به تقابل الکترواستاتیکی بین بازدارنده و سطح فلز بستگی دارد.
بنزو تری آزول و مشتقات آن از ترکیبات آلی هستند که خواص شیمیایی و بیولوژیکی متنوعی ارائه میدهند. باوجوداینکه ساختار بنزوتری آزول در برابر حرارت حساس بوده و افزایش دما سبب تجزیه آن و متصاعد شدن بخارات سمی میشود، اما این ترکیبات همچنان بهصورت گسترده در صنعت به کار گرفته میشوند.
استفاده از این ترکیبات در ضدیخ و روانکنندهها، کاربرد آنها بهعنوان بازدارندههای خوردگی و همچنین استفاده بهعنوان پیشسازهای دارویی از عمدهترین مصارف آنها در صنعت است. این بازدارنده در حفاظت از فولاد در محیطهای اسیدی عملکرد مناسبی داشته و حفاظت مناسبی از آلیاژهای آلومینیوم تجاری در محیطهای آبی ارائه داده است.
باتوجهبه تأثیر اتصال گالوانیک بر تغییر موضعی pH و وابستگی خصوصیات جذبی بازدارنده به pH رفتار بازدارندگی میتواند تحتتأثیر اتصال الکتریکی فلزات به هم قرار گیرد.
یکسری دیگر از بازدارندهها آزولها و تیازولها هستند که برای کاهش خوردگی آلیاژها استفاده میشوند. این ترکیبات ارگانیک هستند. ترکیباتی که روی سطح فلز، جذب شیمیایی میشوند و فیلمهای محافظتی را روی آلیاژها تشکیل میدهند. آنها فیلمی بسیار نازک و مهارکننده از خوردگی تشکیل میدهند.
علاوه بر حفاظت در برابر خوردگی، آنها تجمعاتی را با یونهای محلول در سیستم تشکیل میدهند و از تجدید فلز بر روی سایر سطوح جلوگیری میکنند. آزول ها در سیستمهای بسته تا سیستمهای باز در طیف گستردهای از برنامههای شیمیایی گنجانده شدهاند. بیشتر برنامههای شیمیایی از روی قلیایی، فسفات قلیایی و فسفات تثبیت شده از تریآزول استفاده میکنند.
انواع آزول
انواع متنوعی در این دسته موجود است. اولین مورد، مرکاپتو بنزوتیازول (MBT) بود ، اما به دلیل حساسیت به کلر در سیستمهای باز استفاده نمیشود. رایجترین آنها بنزوتریازول (BZT) و تولیل تریازول (TT) یا (TTA) است.
ترکیبات جدید شامل بوتیل بنزوتری آزول و کلروتولیل تری آزول است. همه این مواد ترکیبات آلی حلقوی هستند که حاوی نیتروژن در یکی از حلقهها هستند. مرکاپتو بنزوتیازول در بالای نقطهجوش آب نیز عملکردی مناسب دارد. میکروارگانیسمها بهسرعت مولکول را تخریب میکنند.
مرکاپتو بنزوتیازول
BZT و TT دو بازدارنده خوردگی متداول هستند. اگرچه این مولکولها فیلمهای مهارکننده را کندتر از MBT تشکیل میدهند، اما در شرایط آب معمولی خنککننده، پایدار هستند. در ابتدا استفاده از BZT کمبود و از TT به طور گستردهای استفاده میشد؛ زیرا معمولاً ارزانتر است. اما بهواسطه تخریب TT توسط کلر ایجاد نوسانات و مشکلات بو از N-کلر TT و تخریب آن توسط میکروبها، استفاده از BZT افزایشیافته است.
آلکیل بنزوتری آزول برای ایجاد فیلمهای بادوام و پایداری بیشتر، پیشنهاد شده است. دو نمونه بوتیل بنزوتری آزول (BBT) و بنزوتری آزول پنتوکسی (POBT) هستند. بااینحال ، BBT از BZT یا TT بسیار پرهزینهتر است.
برای مقابله با این مشکل، توصیه میشود در سیستمهای بزرگ خوراک BBT در حدود ۵ میلیگرم در لیتر باشد. کلرزنی باعث افزایش سرعت خوردگی میشود، اما در صورت اعمال دورهای فقط میزان خوردگی گزارش میشود که پس از افت باقیمانده آزاد به صفر میرسد.
كلرو تولول تریآزول بهعنوان “آزول مقاوم در برابر هالوژن” كه معمولاً به آن HRA گفته میشود، معرفي شده است. این ماده برای بهحداقلرساندن مشکلات کاربرد TT در سیستمهای شدیداً کلردار معرفی شده است. کلره شدن حلقه بنزن در HRA واکنش کلر با اتمهای نیتروژن در حلقه آزول را به حداقل میرساند.
آزول ها
علاوه بر این، تری آزول ها با یونهای حل شده در محلول پیوند ایجاد میکنند. در سیستمهای دیگ بخار، آمونیاک قلیایی با تجزیه آلودگیهای آلی ازت یا ازبینبردن مواد شیمیایی آمین تولید میکند.
اگرچه آمونیاک به فولاد حمله نمیکند، اگر آمونیاک و اکسیژن کافی در کنار هم قرار بگیرند، میتواند خوردگی آلیاژ مس ایجاد کند. در این مواقع برای محافظت از سیستم نیاز به استفاده از آزول ها جهت تشکیل فیلم محافظتی وجود دارد.
شیمی آزول بسیار پیچیده است و غالباً برای تهیه این محصولات در یک برنامه تصفیه آب مؤثر، به کمک فنی نیاز است.
فرمول شیمیایی بنزو تری آزول (C6H5N3) است. بنزو تری آزول با نامهای مترادف دیگری نیز شناخته میشود: BTA ، ۱و ۲–آمینوزوفنیلن، آزیمیدو بنزن، بنزن آزیمید، بنزیسو تری آزید، ۱، ۲، ۳، بنزوتری آزول، cobratec # 99، که مادهای بلوری، زرد و تقریباً بدون بو است. این ماده در کنترل خوردگی مس نقش مهمی را ایفا میکند.
BTA دارای وزن مولکولی ۱۱۹.۱۳ گرم بر مول است، یک نقطه ذوب بین ۹۴-۹۷ درجه سانتیگراد و یک نقطهجوش ۲۰۳-۲۰۵ درجه سانتیگراد دارد. حلالیت آن در آب در دمای ۲۰ درجه سانتیگراد ۲۰ گرم در لیتر است و همچنین در بعضی از حلالهای آلی مانند الکل و استون محلول است.
این ماده در دمای ۲۰ درجه سانتیگراد دارای pH 5-6 است. در دماهای بالاتر از ۱۶۰ درجه سانتیگراد خطر انفجار در طول تقطیر وجود دارد. بنزوتری آزول نشاندهندهٔ یک استاندارد صنعتی است که در برابر آن میتوان عملکرد سایر مهارکنندهها را با یکدیگر مقایسه کرد.
بنزوتری آزول مدتی است که مقاومت در برابر خوردگی آلیاژهای مس و مس را تقویت میکند. محلولهای بنزو تری آزول تقریباً خنثی با نمکهای غنی از رسوبات زرد تا سبز، کمپلکسهای بنزو تری آزول – مس تولید میکنند. این کمپلکسها تقریباً در آب و بسیاری از حلالهای آلی غیرمحلول هستند.
این کمپلکسها از نظر حرارتی نیز تا حدود ۲۵۰ درجه سانتیگراد پایدار هستند. این خصوصیات احتمالاً با حلقه تری آزول همراه است. در این برهمکنشها، گروه N-H کمپلکسهای نامحلول را با ترکیبات مس تشکیل میدهد.
فیلمی از کمپلکس تشکیل شده روی سطح، بسیار نازک و بیشکل است. استوکیومتری بنزو تری آزول با مس به نسبت ۱: ۱ است. در شکل زیر زنجیرههای پلیمری کمپلکس بنزو تری آزول با مس نشاندادهشده است:
زنجیره های پلیمری کمپکس BZT
مس ازیکطرف مولکول به آمین نیتروژن متصل میشود و از طرف دیگر به حلقه نیتروژن اشباع نشده به جفت الکترون متصل میشود. مس فلز با آزول نسبت به سطوح مس اکسیده شده سریعتر واکنش نشان میدهد. نتیجهگیری این است که ترتیب واکنش Cu (0)> Cu20> CuO است. پیوند نیتروژن- مس بر روی سطح مس اکسیده و بدون اکسید تشکیل میشود.
فیلم پلیمری بنزو تری آزول بر روی مس اکسیده شده، مانع بهتری برای یونهای مس ایجاد کرده و آنها را از انتقال به محلول میشود. این یک مزیت در حفاظت از آثار باستانی و آلیاژ مس باستانشناسی است.
ضخامت فیلم بین ۵-۴۰ Å در دامنه pH 3 تا 12 تغییر میکند. مشخص شد که در pH 2 ضخامت میتواند تا 250 Å برسد. فیلم بنزو تری آزول عمدتاً بهعنوان یک مهارکننده برای انحلال مس و در درجه دوم بهعنوان یک پوشش برای جلوگیری از کاهش اکسیژن در سطح فلز، واکنش نشان میدهد.
اگر سطح مس از Cu2O تشکیل شده باشد و با محلول آبی از بنزو تری آزول واکنش نشان دهد، تشکیل کمپلکسهای مس I- بنزو تری آزول و مس II- بنزو تری آزول میدهد. شکل زیر پلیمر مس II- بنزو تری آزول رو نشان میدهد:
پلیمر مس II- بنزوتریازول
مرکاپتوبنزوتیازول
مرکاپتوبنزوتیازول به نامهای بنزو تیازول-۲- تیول، ۱ و ۳ بنزوتیازول-۲- تیول، ۲- بنزوتیازول تیول، ۳ اچ – بنزوتیازول-۲- تیون، ۲- سولفانیل بنزوتیازول نیز خوانده میشود.
مرکاپتوبنزوتیازول با واکنش آنیلین، دی سولفید کربن و گوگرد در دما و فشار زیاد تولید میشود. محصول سپس با انحلال در یکپایه تمیز میشود تا مواد معدنی حل شود.
مرکاپتوبنزوتیازول در اصل بهعنوان یک واکنشدهنده در تولید محصولات لاستیکی استفاده میشود، اما بهعنوان مهارکننده خوردگی در روغنها، گریسها و مایعات خنککننده نیز استفاده میشود.
این ماده به پلیمرهای پلیمر بهعنوان یک تثبیتکننده در برابر آسیب در برابر هوا و ازن اضافه میشود و مؤلفهای است که در بعضی از داروهای پوستی برای سگها در ایالات متحده تأیید شده است. مرکاپتوبنزوتیازول همچنین بهعنوان واسطه در تولید سموم دفع آفات مانند تیوسیانومتیل تیو بنزوتیازول و سدیم و روی نمکهای ۲-مرک آپتوبنزوتیازول استفاده میشود و توسط EPA برای استفاده بهعنوان سموم دفع آفات تأیید میشود.
خصوصیات فیزیکی و شیمیایی ماده خالص:
مرکاپتوبنزوتیازول
فرمول مولکولی: C۷H۵NS۲
جرم مولکولی نسبی: ۱۶۷.۲۵
شکل ظاهری: بلورهای مایل به زرد یا پودری با بوی سولفور مشخصه
نقطه ذوب: ۱۸۰-۱۸۲ درجه سانتیگراد
چگالی (در دمای ۲۰ درجه سانتیگراد): ۱.۴۲ گرم بر سانتیمتر مکعب
ضریب توزیع اکتانول / آب: ۲.۴۱
محلول در آب: نسبتاً محلول (۱۰۰-۱۰۰۰ میلیگرم در لیتر)
نقطه فلش: ۲۴۳ درجه سانتیگراد
تولیل تریازول در خوردگی مس
تولیل تری آزول بهعنوان یک بازدارنده مؤثر خوردگی مس در سیستمهای خنککننده با استفاده از پساب تصفیه شده شهری بهعنوان آب بازیافتی استفاده میشود.
تولیل تری آزول عمدتاً در صنایع شیمیایی مورداستفاده قرار میگیرد تا از آلودگی مس بهمنظور ایجاد خلوص، محافظت شود. تولیل تری آزول همچنین میتواند با استفاده از جلبک استریلیزاسیون مانیفولد مورداستفاده قرار گیرد و تأثیر بسیار خوبی در کاهش خوردگی در سیستم آب خنک کننده چرخه نزدیک دارد.
تولیل تری آزول همچنین میتواند برای حذف جلبک استریلیزاسیون منیفولد مورداستفاده قرار گیرد و تأثیر بسیار خوبی در برابر خوردگی در سیستم آب خنک کننده چرخشی بسته دارد. تولیل تری آزول یک مهار کننده خوردگی برای آلیاژهای مس است و معمولاً در سیستمهای خنککننده آب مورداستفاده قرار میگیرد.
ساختار TTA
تولیل تری آزول بهعنوان یک بازدارنده خورندگی عمل میکند و بهعنوان محافظت در برابر خوردگی در سطح فلزاتی مانند مس استفاده میشود. TTA به طور گستردهای بهعنوان بازدارنده خوردگی برای اجزای مبدل حرارتی آلیاژ مس در سیستمهای آب خنککننده نیروگاه مورداستفاده قرار میگیرد.
هنگامی که محصول موردنظر، تری آزول آزاد است، نه نمک محلول در آب، تری آزول آزاد بهراحتی با افزودن مقدار کافی اسید برای خنثیکردن نمک اساسی قابلتولید است.
همچنین میتواند با استفاده از جلبک عقیمسازی منیفولد مورداستفاده قرار گیرد و تأثیر بسیار خوبی در برابر خوردگی در سیستم خنک کننده سیرکوله بسته دارد. تولیل تری آزول میتواند بهعنوان مهارکننده خوردگی مس و آلیاژ مس مورداستفاده قرار گیرد، همچنین برای فلزات سیاه مهار خوردگی دارد.
استفاده از فاضلاب شهری تصفیه شده بهعنوان آب بازیافتی منجر به كیفیت بد آب در سیستمهای خنککننده نیروگاه میشود و مدیریت خوردگی این سیستم را نیز به چالش کشیدهتر میکند.
برنامههای شیمیایی مختلفی برای کنترل خوردگی، پوستهپوسته شدن و رشد بیوفیلم در سیستمهای خنککننده استفاده میشوند. آلیاژهای مس به دلیل بازده بالای تبادل گرما، بهعنوان مؤلفه مبدل حرارتی در سیستمهای خنککننده نیروگاه مورداستفاده قرار میگیرند.
استفاده از بایوسیدها (بهعنوانمثال، کلر آزاد) برای کنترل سوختهای زیستی باعث افزایش خوردگی آلیاژهای مس در مبدلهای حرارتی میشود. سایر خصوصیات آب خنککننده، مانند pH، غلظت آمونیاک نیز در خوردگی آلیاژهای مس در سیستمهای خنککننده تأثیر دارد.
TTA و BTA بهعنوان مهارکنندههای مؤثر در خوردگی مس شناخته شدهاند. حضور گروه متیل در حلقه بنزن تولیل تری آزول باعث افزایش سطح پوشش و در نتیجه افزایش بازده مهار خوردگی تولیل تری آزول میشود. گروه تری آزول از طریق به اشتراک گذاشتن جفت الکترونهای تنها از اتمهای نیتروژن به اتمهای مس سطحی جذب شیمیایی میشود.
کلر آزاد که معمولاً بهعنوان بایوساید در سیستم های خنک کننده نیروگاه مورداستفاده قرار میگیرد، میزان اکسیداسیون مس و خود مس را در سیستمهای خنککننده افزایش میدهد چندین مطالعه نشان دادهاند که تولیل تری آزول موجود در محلول با افزایش کلر آزاد در محلول با حضور فلز مس، کاهش قابلتوجهی مییابد.
کلر آزاد میتواند به فیلم محافظ نفوذ کرده و سطح فلز مس زیر را مستقیماً اکسیده کند. در صورت عدم وجود فلز مس و در حضور کلر آزاد، حدود ۱۰٪ تولیل تری آزول از محلول تخلیه میشود. این کاهش تولیل تری آزول بهاحتمال زیاد به دلیل تشکیل ترکیب کلروتولیل تری آزول است که در صورت تجزیه کلر آزاد به یون کلرید بهسرعت در صورت عدم وجود کلر آزاد به تولیل تری آزول اصلی تغییر مییابد.
مواد شیمیایی برج خنک کننده (آب سیر کوله) برای کنترل رسوب، خوردگی، فرسایش و کنترل بیولوژیکی در برجهای خنککننده، واحدهای انتقال حرارت و لولههای تأسیساتی بکار میروند. این پدیده توسط مواد حل شده و جامدات سوسپانس و محیطهایی که باعث رشد میکروارگانیسمها در آب سیر کوله میشوند، ایجاد میشود.
پلی استر، پلی فسفات، پلی آکریلاتها، بایوسایدهای غیر اکسید کننده
فولینگ
کلر، برم، بایوسایدهای غیر اکسید کننده
رشد بیولوژیکی
رسوب در برج خنک کننده
رسوب و کاهش سطوح تبادل گرما، کارایی انتقال حرارت را به طور قابلتوجهی کاهش میدهد و موجب افزایش شدید هزینههای انتقال انرژی میشود.
رسوب در لولههای مبدل حرارتی، در ورودی و خروجی پمپهای حذفکننده منجر به مسدودشدن، افت فشار بالاتر و تغییر ویژگیهای جریان سیالات میشود. این میتواند منجر به خاموششدن مکرر و افزایش تولید آلودگیهای سیستم، و افزایش هزینههای نگهداری و عملیاتی شود.
احتراق آب در برج خنککننده یک محیط بسیار خورنده برای اجزای برج و تجهیزات مربوطه در تماس با آب را ایجاد میکند. خوردگی بیش از حد باعث تعمیر و نگهداری اضافی و زودهنگام میشود.
این مشکلات عملیاتی را نمیتوان کنترل کرد، مگر اینکه از مواد شیمیایی ضد خوردگی، مواد ضد رسوب، پراکنده ساز، سورفکتانتها، بایوسیدها و مواد شیمیایی کنترل pH به آبهای در چرخش اضافه شود.
مشکلات رسوبات معمولاً به دودسته – رسوب و تهماندهها تقسیم میشود. هر دو نوع رسوب در انتقال گرما در مبدلهای گرما دخالت دارند و از این طریق راندمان آنها را کاهش میدهند.
علل ایجاد رسوب
رسوب در سطوح انتقال حرارت و در خطوط جریان ماده به طور معمول، محلول در آب است. ازآنجاکه آب در یک برج خنککننده تبخیر میشود، غلظت مواد جامد محلول بیشتر میشود تا اینکه حلالیت یک نمک کم شود.
هنگامی که این اتفاق در سیستم آب خنککننده تصفیه نشده رخ دهد، نمک روی هر سطحی که در تماس با آب است، بخصوص در سطوح انتقال حرارت متبلور میشود.
متداولترین مواد رسوبگذاری شده عبارتاند از: کلسیم فسفات، کربنات کلسیم، سولفات کلسیم و سیلیس که لزوماً بهاینترتیب نیست. رسوب سیلیکات منیزیم نیز در شرایط خاصی امکانپذیر است.
بیشتر نمکها، از جمله سیلیس، در آب گرم نسبت به سرما محلول هستند. بااینحال، بیشتر نمکهای کلسیم، از جمله کلسیم فسفات، کلسیم سولفات و کربنات کلسیم، در آب سرد نسبت به آب گرم محلول هستند.
با عبور آب چرخشی از سیستم خنککننده، دمای آب افزایش مییابد. بهعنوان یک نتیجه ممکن است در هر نقطه از سیستم شکل بگیرد، اما بهاحتمال زیاد روی سطوح مبدل حرارتی است.
غلظت نمک موجود در آب چرخشی را میتوان اندازهگیری کرد. همچنین محاسبه تبخیر در سیستم امکانپذیر است. با انتخاب حد بالایی برای غلظت مواد جامد در سیستم، میتوان COC بهینه یک سیستم کنترل نشده شیمیایی را محاسبه کرد.
متداولترین رسوب موجود در برجهای خنککننده، کربنات کلسیم است که به شکل کلسیت رسوب میکند. حلالیت کربنات کلسیم که با افزایش دما کاهش مییابد، یک عملکرد پیچیده از عوامل دما، کل مواد جامد محلول (TDS)، سختی کلسیم، قلیایی کل و pH است.
سه روش اساسی برای جلوگیری از شکلگیری رسوب در سیستمهای خنککننده آب وجود دارد:
مواد رسوبگذاری شده را قبل از استفاده از آب خارج کنید،
مواد تشکیلدهنده رسوب را در محلول نگه دارید، و
اجازه دهید مواد رسوب شده بهعنوان لجن قابل جابهجایی بهجای رسوبات سخت رسوب کنند.
هر سه روش برای استفاده در تأسیسات ارتش مجاز است. مهار رسوبات کلسیم، آنهایی که بیشتر در برجهای خنککننده هستند، میتوانند با کاهش pH آب در گردش (با افزودن اسید)، یا با افزودن یک مهارکننده رسوب کلسیم (HEDP یا AMP) انجام شوند.
کنترل کربنات کلسیم
کربنات کلسیم به طور عادی ناشی از تجزیه بیکربنات کلسیم، یک نمک محلول در آب است. میزان رسوب در درجه اول به میزان سختی کلسیم و قلیایی بیکربنات موجود در آب خنککننده بستگی دارد. تجزیه بیکربنات کلسیم با افزایش دما افزایش مییابد.
دو فسفونات که بیشتر برای کنترل کربنات کلسیم در سیستمهای برج خنککننده چرخشی مورداستفاده قرار میگیرند عبارتاند از: AMP (آمینو تری متیلن فسفونیک اسید) و اسید اتیدرونیک( 1 – هیدروکسی اتیلیدین ۱ و ۱- دی فسفونیک اسید).
واکنش شیمیایی هر دو مشابه هستند، بااینحال، HEDP در سطح کلر که معمولاً در برجهای خنککننده یافت میشود، پایدارتر است. استفاده از HEDP 3- 5 ppm باعث افزایش حلالیت کربنات کلسیم با فاکتور سه میشود. برج خنککننده بهجای اینکه در PSI 6.0 کار کند، قادر به کار با PSI 4.0 بدون رسوبگذاری بالقوه است.
بااینوجود، استفاده از HEDP در صورت عدم وجود سختی کلسیم و منیزیم (در مقادیر بسیار پایین)، میتواند باعث افزایش خوردگی خفیف هم در فولاد و هم در مس شود.
کنترل فسفات کلسیم
رسوب فسفات کلسیم در سیستمهای خنککننده آب که با برنامه مهارکننده خوردگی بر پایه فسفات کنترل میشوند متداول است. فسفات کلسیم نیز در pH و درجه حرارت بالاتر حلالیت کمتری دارد. اگر سختی کلسیم ۵۰۰ ppm و pH بالاتر از ۷٫۰ باشد، احتمالاً حتی در سطح پایین فسفات ۵ ppm باعث رسوبگذاری میشود. حلالیت فسفات کلسیم با فاکتور کمتر از سه با افزودن ۴ ppm فسفونات (HEDP) قابلافزایش است.
کنترل سولفات کلسیم
سولفات کلسیم از غلظت بالای یونهای کلسیم و سولفات در آب چرخشی ناشی میشود. سولفات کلسیم محلولترین نمکهای کلسیم در رسوب است که در برجهای خنککننده یافت میشود (کلرید کلسیم بسیار محلول است). این بدان معنی است که رسوب سولفات کلسیم با مقادیر سختی کلسیم باقیمانده پس از واکنش تمام کربنات موجود در آب، تشکیل میشود.
بااینحال، رسوب سولفات کلسیم ممکن است هنگامی رخ دهد که آب چرخشی حاوی سختی کلسیم در محدوده ۳۰۰- ۵۰۰ ppm بهعنوان CaCO3 و سولفات در محدوده ۵۰۰- ۷۰۰ ppm بهعنوان SO4 باشد. افزودن ۳- ۵ ppm از فسفونات (HEDP) یا سایر مهارکنندههای مناسب کلسیم باعث میشود تقریباً سه برابر سطح سولفات کلسیم در محلول باقی بماند.
کنترل سیلیکات منیزیم
تشکیل سیلیکات منیزیم تحت شرایط خاص امکانپذیر است. منیزیم ابتدا با یونهای هیدروکسیل (OH-) واکنش نشان میدهد و هیدروکسید منیزیم را تشکیل میدهد که سپس با سیلیس محلول یا کلوئیدی واکنش نشان میدهد تا سیلیکات منیزیم تشکیل شود. ازآنجاکه حلالیت سیلیس با درجه حرارت افزایش مییابد، این رسوب معمولاً در سردترین بخش سیستم شکل میگیرد
کنترل سیلیس
برای افزایش حلالیت سیلیس بالاتر از ۱۵۰ ppm، هیچ کاری نمیتوان انجام داد. ازآنجاکه سیلیس در آب گرم نسبت به آب سرد قابلحل است، ابتدا در میلههای برج خنککننده رسوب میکند تا در مبدل حرارتی. میلهها با یک رسوب سفید و گاه درخشان پوشیده میشوند. اگر این اتفاق بیفتد، تخلیه (بلودان) را افزایش دهید که چرخه غلظت را دهد. این کار باید تشکیل رسوب اضافی را متوقف کند. اگر غلظت سیلیس در آب چرخشی بالای ۳۰ ppm باشد، معمولاً عملکرد سیستم (حداکثر ۵ COC) را کنترل میکند.
مقایسه ترکیب مواد شیمیایی مهارکننده در کاهش خوردگی
خوردگی برج خنک کننده
ترکیبات کرومات یکی از مؤثرترین و ارزانترین مهارکنندههای خوردگی در دسترس هستند. بااینحال، آنها بسیار سمی و سرطانزا هستند. ازاینرو آنها باید با مواد شیمیایی غیر کروماتیک جایگزین شوند. برخی از مواد شیمیایی مفید شامل: پلی فسفات، ارگانوفسفره، روی، مولیبدات و نزولهای آروماتیک هستند.
برخلاف مهارکنندههای کرومات، این جایگزینها تنها در شرایط خاص کاربرد دارند. این نواقص را میتوان با استفاده از ترکیب دو یا چند مهارکننده که میتوانند از نقاط قوت هر یک از آنها استفاده کرد، برطرف کرد.
مواد شیمیایی غیر کروماتیک ممکن است برخی از اثرات نامطلوب بر محیطزیست داشته باشد. بهعنوانمثال، درحالیکه مواد شیمیایی روی، برای انسانها خطرناک نیستند، تهدیدی برای حیات دریایی محسوب میشوند. به طور مشابه، فسفاتهایی که به دریاچهها و آبشارها تخلیه میشوند، ممکن است سبب رشد بیش از حد جلبک شوند که سبب مشکلات ائتروفیكی میشوند.
اما در مقایسه با مهارکنندههای بسیار سمی کرومات، مواد شیمیایی جایگزین نسبتاً بیخطر هستند و مشکلات زیستمحیطی مشابهی را که کروماتها ایجاد میکنند را ندارند. بااینوجود، تأثیر مواد شیمیایی جایگزین در محیطزیست باید قبل از استفاده از آنها دقیقاً مورد تجزیهوتحلیل قرار گیرد.
رشد بیولوژیکی در برج خنک کننده
رشد بیولوژیکی در برجهای خنک کننده
بایوساید معمولاً برای کنترل رشد بیولوژیکی و لجن که میتواند مانع جریان آب و کاهش بهرهوری انتقال حرارت شود به برجهای خنککننده، اضافه شده است.
بهطورکلی، بایوسایدها معمولاً بر اساس سازوکار اولیهٔ آنها تقسیم میشوند: اکسیدکنندههای زیستی؛ مانند کلر، بروم، دیاکسید کلر و دیگر آزادکنندههای هالوژن، و بایوسایدهای غیر اکسنده مانند گلوتارالدئید، ایزوتیازولونها و… بایوسیدهای اکسیدکننده اغلب در مقادیر پایدار در سطح پایین باهدف اصلی کنترل مقدار میکروبیولوژیکی آب استفاده میشوند. بااینحال، دوزهای پایین باکتریهای اکسیدکننده معمولاً قادر به کنترل باکتریهای لجن نیستند.
رسوبات میکروبیولوژیکی و کنترل آنها
مشکلات میکروبیولوژیکی عموماً بهعنوان لجن شناخته میشوند. آنها ناشی از وجود میکروارگانیسمهایی مانند جلبکها، باکتریها و قارچها هستند.
اینها میتوانند در یک سیستم خنک کننده رشد کرده و تمام سطوح لوله و مبدل حرارتی را پوشش دهند. لجنهای ژلاتینی تولید شده توسط بسیاری از میکروارگانیسمها میتوانند رسوبات را به دام بیندازند، بنابراین باعث افزایش رسوبات میشود. حتی خوردگی توسط ارگانیسمهای خاصی ایجاد میشود که باعث تولید فرآوردههای خورنده میشوند.
جلبک
گیاهان سبز ریز که معمولاً به شکل تودههایی در بالا و در طرف برجهای خنککننده رشد میکنند. تا زمانی که بمیرند مضر نیستند. پس از آن، به بخشی از ماده معلق در آب در گردش تبدیل میشوند و ممکن است باعث ایجاد حفره شوند. جلبکها همچنین ممکن است مکانی برای پرورش باکتریها باشند.
ارگانیسمهای تکسلولی میکروسکوپی. بیشتر باکتریها در آب خنککننده به حالت تعلیق درآمده و به سیستم خنککننده آسیب نمیرسانند. بااینحال، برخی از آنها میتوانند باعث آبگیری و خوردگی شوند.
باکتری های تشکیل دهنده لجن
باکتریهایی که تقریباً در هر سطح پوشیده از آب میتوانند در کلنیها رشد کنند. این تودههای لجن میتوانند آنقدر بزرگ شوند که بتوانند جریان آب و انتقال حرارت را محدود کنند. آنها همچنین ممکن است باعث افزایش خوردگی شود. اگر لجن در سیستم وجود داشته باشد، معمولاً در آنجا احساس میشود.
باکتریهای تولیدکننده سولفید
باکتریهایی که میتوانند در زیر تودههای لاغر رشد کنند. آنها میتوانند سولفید هیدروژن تولید کنند که بسیار سمی است. آنها ممکن است در سیستمی شناسایی شوند که قسمت زیرین لایه لجن یک رنگ سیاه فلزی یا بوی پوسیده تخممرغ ایجاد شود.
قارچ
گیاهان میکروسکوپی که به نور خورشید احتیاج ندارند. آنها میتوانند در برجهای خنککننده به چوب حمله کنند. کنترل آنها نیاز به عملیات ویژه، معمولاً قبل از ساخت برج دارد. کنترل آنها در یک سیستمعامل نیاز به تکنیکهای خاصی دارد.
کنترل میکروبیولوژیک آب برج خنک کننده
کنترل میکروبیولوژیکی کولینگ تاور
کنترل شیمیایی روشی است که در تأسیسات ارتش برای کنترل میکروبیولوژیکی استفاده میشود. زیست کشها برای کنترل رشد میکروبیولوژیکی در دودسته وسیع اکسیدکننده و غیر اکسیدکننده قرار میگیرد.
انتخاب بین این دو به عوامل مختلفی بستگی دارد. نکته مهم محدودیت تخلیه مواد سمی است. همچنین باید پارامترهای عملیاتی برج خنککننده مانند دما، pH و طراحی سیستم در برنامهای در نظر گرفته شود که شامل بایوسایدهای اکسیدکننده و غیر اکسیدکننده است.
برنامه کنترل، برای کاهش ۹۹ درصدی جمعیت ارگانیسم است. این کار با استفاده از یک یا چند بایوسید انجام میشود. استفاده از بایوسایدهای اکسیدکننده نیاز به کنترل دقیق آب خنککننده دارد. علاوه بر این که میتواند درصد زیادی از میکروارگانیسمها را بکشد، در انتخاب بایوسایدها باید هزینه نیز در نظر گرفته شود. عامل اصلی مؤثر بر هزینه، فراوانی کاربرد برای ارائه کنترل موردنظر است.
دوز تزریقی معمولی باید به طور متوسط یک تا سه بار در هفته اعمال شود، بخصوص وقتیکه رسوبگذاری شدید باشد. مهمترین جنبه کنترل رسوبات زیستی تطابق بایوسید انتخابی با ارگانیسم مشکلزاست.
مواد ضد رسوب برج خنک کننده
مواد ضد رسوب یا انتی اسکالانت برج خنککننده مواد شیمیایی هستند که از تشکیل رسوب ناشی از آب سخت بر روی سطوح انتقال حرارت مبدل حرارتی جلوگیری میکنند.
بایوسایدها یا مواد ضد جلبک نیز دسته خاصی از این مواد ضد رسوب هستند که به طور ویژه از تشکیل رسوبات بیولوژیکی در برج خنککننده جلوگیری میکنند.
بایوسایدها انواع مختلفی دارند؛ اما در سیستمهایی که مصرف آب بالایی دارند عموماً از نوع اکسیدکننده آن استفاده میشود. از جمله بایوسایدهای اکسیدکننده میتوان به ترکیبات حاوی کلر مانند بنزالکونیوم کلراید و هیپوکلریت سدیم اشاره کرد.
اگر بهموقع برای حذف رسوبات کولینگ تاورها اقدام نشود ضریب انتقال حرارت و راندمان فرایند بهشدت کاهش مییابد. برخی از انواع آنتی اسکالانت مانع تشکیل رسوبات آهکی شده و برخی دیگر سختی آب حاصل از یونهای منیزیوم و کلسیم را از بین میبرند.
برخی مواد ضد رسوب، رسوب تشکیل شده در برج خنککننده را حل کرده و برخی دیگر مانع تشکیل رسوب جدید میشوند. بهطورکلی باتوجهبه حجم، pH آب و دیگر شرایط فرایند باید در مورد انتخاب بهترین ماده یا مواد ضد رسوب برای خنککننده تصمیم گرفت.
علاوه بر بایوسایدها میتوان به ترکیباتی مانند HEDP و ATMP اشاره کرد. HEDP هم بازدارنده خوردگی و هم ضد رسوب اسید ارگانوفسفریک است. HEDP میتواند با یونهای آهن، مس و روی کیلیت تشکیل دهد.
HEDP دارای اثرات ضدخوردگی و ضدرسوب بسیار خوب در دما و pH بالا است. ATMPهم به طور گستردهای بهعنوان یک بازدارنده رسوب و خوردگی در تصفیه سیستمهای آب خنککننده استفاده میشود. این ترکیب در کنترل رسوب کلسیم و سایر نمکهای فلزی از جمله آهن و منگنز مؤثر است. ATMP دارای خواص دیسپرسنت نیز هست و میتواند بهعنوان یک عامل پراکنده ساز عمل کند.
در یک سیستم کارخانه مرکزی، دو نوع سیستم لولهکشی آب وجود دارد: بسته و باز٫ یک مدار آبباز از چیلر تا برج خنک کننده است. با عبور آب از برج، در تماس با اتمسفر است. به دلیل تبخیر در برج خنککننده، آب شهر برای جایگزینی آب تبخیر شده جایگزین میشود.
سیستم آب مداربسته از چیلر تا واحدهای انتقال هوا خواهد بود. این مدار نیازی به جایگزینی مداوم آب شهری ندارد، زیرا تمام آبهای گردش یافته به چیلر بازمیگردند.
سیستمهای آبی مداربسته یا مدارهای آب هیدرونیکی بسته، از یک محلول مبتنی بر آب برای انتقال گرما استفاده میکنند. رایجترین تعریف یک سیستم بسته، این واقعیت است که روش خنککننده غیر تبخیری است.
کمترین مصرف آب نیاز به آب ورودی و حداقل تماس با هوا دو ویژگی است که به طور معمول در مدار آبی بسته وجود دارد. سیستمهای آب مداربسته در کاربرد آنقدر متنوع هستند که پیشنهاد یک مجموعه استاندارد از شرایط عملیاتی و طراحی دشوار است.
برج خنک کننده آب
انتقال حرارت به طور معمول با استفاده از نوعی مبدل حرارتی غیرمستقیم خواهد بود. یک یا چند مبدل گرما حرارت را وارد و یک یا چند مبدل حرارتی گرما را خارج میکنند، بنابراین با این روش تعادل گرما را حفظ میکنند. سطوح انتقال حرارت باید در شرایط تمیز حفظ شود تا از عملکرد کارآمد و مطمئن اطمینان حاصل شود.
مواد بکار رفته میتوانند متنوع باشند، اما به طور معمول این مواد از لولههای فولادی و مخازن، و از جنس استیل ضدزنگ یا مبدلهای آلیاژهای مس / مس هستند آلومینیوم، فولاد گالوانیزه و سایر آلیاژها نیز میتوانند استفاده شوند.
در بسیاری از موارد، این سیستمها با مخزن افزایشی یا مخزن انبساط طراحی میشوند. این مخزن میتواند در فشار اتمسفر یا فشار زیاد کار کند و از دستگاه کاهش فشار استفاده کند تا از فشار بیش از حد جلوگیری کند.
دریچههای هوا برای کمک به ازبینبردن اکسیژن و سایر گازهای غیر قابل تراکم از سیستم در هنگام راهاندازی و هر زمان که آب به سیستم اضافه میشود، استفاده میکنند. پمپها برای بازیافت محلول پایه آبی در کل سیستم توزیع استفاده میشوند.
دریچههای هوا برای کمک به ازبینبردن اکسیژن و سایر گازهای ایجاد شده غیر قابل تراکم از سیستم در هنگام راهاندازی و هر زمان که آب به سیستم اضافه شود، استفاده میشود. پمپها برای بازیافت محلول پایه آب در کل سیستم توزیع استفاده میشوند.
چرا باید وضعیت آب را در مداربسته بررسی کنید؟
از طرفی، هیچ آلودگی نباید وارد آب شود، مانند یک مدار باز برج خنککننده، آب جایگزین نمیشود.
پاسخ این است که سیستمهای آب مداربسته مستعد خوردگی و pH پایین هستند. وجود گازهای محلول مانند اکسیژن یا دیاکسیدکربن، رشد میکروبیولوژیکی یا رسوبات ذرات باعث نگرانی میشود و باید با استفاده از مواد شیمیایی مشکلات برطرف شوند.
شرایط عملیاتی مرتبط با مدارهای آبی بسته، مانند تبخیر اندک یا بدون تبخیر (عدم گردش شیمیایی مواد)، کمترین نشت آب و حداقل تماس با هوا باید باعث شود خوردگی و میزان رسوبگذاری نزدیک به صفر حاصل شود.
بااینحال، این شرایط عملیاتی همیشه وجود ندارد و در نتیجه این میتواند به طور قابلتوجهی بر روند انتخاب برنامه استفاده از مواد شیمیایی تأثیر بگذارد. در زیر چند عنصر کلیدی عملیاتی و طراحی وجود دارد که میتواند تا حد زیادی بر انتخاب روش شیمیایی تأثیر بگذارد:
درجه تماس با هوا یا Ingress (جوی در مقابل فشار)
ازدستدادن آب ( ۱٪ در ماه)
دما (آب سرد در مقابل آب گرم)
شیمی محلول انتقال حرارت (رسانایی، مدارهای حساس، مدارهای آب نمکی، مدارهای گلیکول و غیره)
شیمی آب تغیه (سختی، مواد جامد معلق، فعالیت میکروبیولوژیکی، و غیره)
مواد بکار رفته (فولاد، مس، آلومینیوم و …)
پاکیزگی سیستم (جدید ، تمیز، رسوبی)
اندازه سیستم (حجم ، بزرگ، کوچک و غیره)
مواد سیستم گردش آب مداربسته
عوامل مؤثر در انتخاب مواد شیمیایی سیستم گردش آب مداربسته
درجه تماس با هوا یا INGRESS و ازدست دادن آب
انتظار میرود که یک مدار آبی بسته تحتفشار با حداقل ازدستدادن آب، کمترین میزان اکسیژن را بعد از کارکرد در یک مدت زمانی داشته باشد. بهطورکلی، هرچه سیستم محکمتر باشد، حفظ شرایط مؤثر نگهداری، آسانتر است. درک مقدار آب تغذیه و میزان ورود اکسیژن که ممکن است اتفاق بیفتد (در مقابل آنچه انتظار میرود) بسیار مهم است؛ زیرا این پارامترها به طور بالقوه میتوانند بر هزینه و عملکرد مدار تأثیر بگذارند.
بدیهی است وقتی که ازدستدادن آب و ورود اکسیژن کاسته شود، حفظ شرایط باید انجام شود. برای ردیابی مؤثر هدررفت آب، هر مداربسته باید دارای توتالایزر جریان تغذیه باشد و تنظیمکننده باید به طور معمول چک شود. نشت آب به دلایل مختلفی از قبیل نشت مهروموم پمپ، کنترل سطح نامناسب یا کنترل فشار نامناسب تعمیر و نگهداری سیستم نامناسب ممکن است رخ دهد.
هوای موجود میتواند با ورود آب تغذیه همراه باشد یا در صورت عدم وجود نشت آب، دریچههای معیوب هوا، میتواند باعث وجود هوا و اکسیژن در مداربسته گردد. ورود هوا و آب میتواند بر انتخاب یک بازدارنده شیمیایی مدار آبی بسته تأثیر بگذارد. بهعنوانمثال، سیلیکاتها میتوانند یک انتخاب عالی برای سیستمهای تغذیه بالا باشند؛ زیرا آنها کمهزینه هستند (بهویژه در مقایسه با استفاده از مولیبدات)، میتوانند در حضور یا عدم وجود اکسیژن عملکرد داشته باشند، از متالورژیهای چندگانه محافظت کنند و مانع از مواد مغذی که میتواند فعالیت میکروبیولوژیکی را تشدید کند، شوند.
مدارهای آبی بسته را میتوان با عملکرد دمایی سیستم طبقهبندی کرد، بهعنوانمثال، سیستمهای آب سرد معمولاً در دمای پایین یا پایینتر از اتاق کار میکنند (بهعنوانمثال بالای ۷۲ درجه فارنهایت). مدارهای آب گرم را میتوان بیشتر با درجه حرارت طبقهبندی کرد. بهعنوانمثال، سیستمهای آب گرم که در دمای بالاتر از ۲۱۲ درجه فارنهایت کار میکنند ممکن است بهعنوان سیستمهای آب گرم با درجه حرارت بالا شناخته شوند، درحالیکه عملکرد مدارهای آب گرم با درجه حرارت متوسط در دمایی پائین تز از ۲۱۲ درجه فارنهایت است.
دمای آب علاوه بر تأثیرگذاری بر پتانسیل خوردگی، میتواند ترجیح و محدودیت برنامههای شیمیایی مختلف را نشان دهد. بهعنوانمثال، در شرایط آب داغ نیتریتها بسیار جذاب هستند؛ زیرا در صورت عدم وجود اکسیژن مؤثر هستند، به بارگیری لجن کمک نمیکنند، نسبتاً ارزان هستند و به دلیل دمای آب نگرانی کمی برای کنترل میکروبیولوژیکی وجود دارد.
برای مدارهایی با دمای بالا از سولفیت بهجای نیتریت استفاده میشود. به دلیل نگرانی از رسوب، از سیلیکاتها در دمای بالاتر از ۱۸۰ درجه فارنهایت استفاده نمیشوند. در شرایط آب سرد، نیتریتها (گرچه هنوز مقرونبهصرفه هستند) برخی از ویژگیهای خود را از دست میدهند؛ زیرا مواد مغذی را کمک میکنند که میتواند به رشد میکروبیولوژیکی کمک کند.
هنگامی که مسائل میکروبیولوژیکی مزمن هستند، سیلیکاتها و بخصوص مولیبداتها گزینههای متداول بهجای نیتریتها هستند. مدارهای دمای دوگانه در بعضی مواقع در حالت خنککننده آب (به طور معمول در ماههای خنککننده) و در بعضی مواقع در حالت درجه حرارت گرم (به طور معمول در ماههای گرمایش) کار میکنند.
بسته به پیکربندی لولهکشی (بهعنوانمثال، دو لوله در مقابل سیستم چهار لوله)، بخشی یا تقریباً تمام این سیستم ممکن است از آب چرخشی یکسانی برای هر دو شرایط بهرهبرداری استفاده کند. این امر هنگام تصمیمگیری در مورداستفاده از مواد شیمیایی، حائز اهمیت است. شیمی آب چرخشی (بهاستثنای مواد شیمیایی تصفیه شده اضافه شده) باید مشابه شیمی منبع آب تغیه باشد و تبخیر ناچیز از آن انتظار میرود.
شیمی آب دوباره گردش شده میتواند فرایند انتخاب استفاده از مواد شیمیایی را هدایت کند. بهعنوانمثال، مدارهای بسته حساس به هدایت به طور معمول نیاز به مواد شیمیایی آلی کاملاً ارگانیک دارند که میتوانند ضمن تأثیر رسانایی اندک در آب، عملکرد مؤثری را ارائه دهند.
برای مدارهای محلول آب (به طور خاص آبنمک با کلسیم) باید پتانسیل رسوب کلسیم و همچنین خوردگی را در نظر گرفت. در نتیجه، این تیمارها باید در شرایط حاد و فقط با pH کمی قلیایی انجام شود (ترجیحاً کمتر از ۸٫۵).
اطلاع از مواد و جنس بکار رفته در ساخت لولههای موجود در مدار آب بسته در هنگام استفاده از مواد شیمیایی بازدارنده، بسیار مهم است. اگر از کروماتها برای ساخت لولهها و تجهیزات استفاده شود، بازدارندههای شیمیایی چندعاملی برای سیستم نیاز نیست. در غیر این صورت استفاده از چندین ماده بازدارنده شیمیایی بر اساس مواد بکار رفته حائز اهمیت است.
امروزه استفاده از فرمولهای چند جزئی برای بهینهسازی حفاظت از سیستمهای چند فلزی بسیار رایج است. برخی از متالورژیها مانند آلومینیوم نیاز به توجه ویژهای در انتخاب یک ماده شیمیایی، دارند. استفاده از نزول معمول است و تقریباً در تمام فرمولهای شیمیایی مورداستفاده در مدار آب بسته استفاده میشود بهجز زمانی که مس استفاده شده باشد یا اینکه مس بهعنوان آلاینده سیستم در محیط وجود داشته باشد.
تمیزی سیستم
برای دستیابی به عملکرد شیمیایی مؤثر، سطوح فلزی سیستم باید تمیز باشد. استفاده از محلول تمیزکردن مؤثر به همراه فیلتراسیون جریان جانبی برای سیستمهای جدید و قدیمی که ممکن است نیاز به تمیزکردن داشته باشند، در نظر گرفته شود. باید توجه ویژهای به کنترل میکروبیولوژیکی قبل از استفاده از فرمولاسیونهای مبتنی بر نیتریت، شود.
فرمولاسیونهای شیمیایی ممکن است شامل مهارکنندههای کنترل رسوب برای حفظ سطوح تمیز و جلوگیری از حمله زیر رسوب باشد. نصب فیلتراسیون یک افزونه نسبتاً کمهزینه است که میتواند باعث کارایی و صرفهجویی در سیستم شود. اگر طراحی تجهیزات تصفیه شامل شستشوی مجدد است، مطمئن شوید که از آب تغذیه تازه استفاده میشود و آب چرخشی بسته نیست.
حجم سیستم
آگاهی از حجم سیستم برای اطمینان از دوز کافی مواد شیمیایی مورداستفاده، بسیار مهم است. علاوه بر این، اندازه سیستم ممکن است در انتخاب ماده شیمیایی تأثیر بگذارد، بهویژه اگر حجم سیستم قابلتوجه باشد و یا نشت قابلتوجه آب مواجه باشد. نشت آب و همچنین نشتهای کنترل شده، باید برای سیستمها صفر باشد.
اندازهگیری حجم سیستم و روند ازدستدادن آب، بخشهای اساسی اطلاعات است. این دادهها با روشهای نسبتاً سادهای حاصل میشوند. هنگام ارزیابی حجم سیستم، مطمئن شوید که کل حجم، بهعنوانمثال، بخشهایی از سیستم که ممکن است در هنگام ارزیابی حجم در نظر گرفته نشدهاند، به کار گرفته شده است و یا برای آنها حساب شده است.
چگونه آلودگی ها وارد سیستم گردش آب مدار بسته می شوند؟
هنگامی که در ابتدا سیستم پرازآب میشود احتمالاً بیشتر از آب شهر استفاده میشود. با خنکشدن یا گرمشدن آب، اکسیژن آزاد میشود. اگر یک واحد انتقال هوا جدید به سیستم متصل شود، آبوهوا جدیدی را ایجاد میکند. در صورت تغییر بخشی از لولهکشی، آب شیرین اکسیژن را ایجاد و آزاد میکند.
رسوبات، تراشهها و سایر مواد مانند سرباره جوش که در ساخت اولیه آن استفاده شدهاند، میتوانند با وجود لولهکشی در کویلها، پمپها یا چیلرهای سیستم باقی بمانند.
رشد میکروبیولوژیکی بیوفیلم میتواند از آب تصفیه نشده ایجاد شده رشد کند. همه این مشکلات ممکن است باعث ایجاد یا کمک به یک یا چند مشکل دیگر شود.
رشد میکروبیولوژیکی باعث ایجاد خوردگی و کمک به رسوبگذاری میشود. خوردگی باعث ایجاد گردوغبار میشود و محیط ایدهآل برای رشد میکروارگانیسمها فراهم میکند.
خوردگی ممکن است به تعمیر یا تعویض تجهیزات گران منجر شود و باعث نشت لولهها شود. رسوب کویلها و مبدلهای حرارتی ممکن است راندمان انتقال حرارت آنها را کاهش دهد.
ازآنجاکه سیستم آب مداربسته نیازی تخلیه آب مانند برج خنککننده ندارد، با استفاده از مواد شیمیایی مناسب و توجه روزانه، مدار آب بسته اغلب میتواند بهراحتی نگهداری و مراقبت شود. یک برنامه طراحی شده و اجرا شده باید جزئی از برنامه نگهداری شما باشد.
بسته به شرایط سیستم و تجزیهوتحلیل آب شما، ممکن است تمیزکردن شیمیایی موردنیاز باشد. این باعث میشود سیستم از هرگونه مواد دفعکننده، رشد میکروبیولوژیکی و مقیاس آسیاب تمیز شود.
پس از تمیزکردن مدار، یک ماده بازدارنده خوردگی توسط مهندس انتخاب میشود. این مهارکننده باید بادقت انتخاب شود تا اطمینان حاصل شود که به هیچ یک از اجزای سیستم شما آسیب نخواهد رساند – لولههای مسی و فولادی، پروانه پمپ برنز، مقرههای لرزش لاستیکی، واشر فلنج و حلقههای “O” در دریچهها. آب ورودی نیز باید مورد تجزیهوتحلیل قرار گیرد.
اگر سیستم شما مستعد رشد میکروبیولوژیکی باشد، بایوساید ممکن است اضافه شود. یک برنامه آزمایش و نظارت باید ایجاد شود تا اطمینان حاصل شود که سیستم شما پاک و عاری از خوردگی و رشد میکروبی است. نگهداری پیشگیرانه به کاهش هزینههای تعمیرات و تعویض تجهیزات و لولهکشی کمک میکند و این به حفظ کارایی سیستم شما کمک میکند.
دکتر کمیکال انواع مشاورههای تخصصی برای توسعه و بهبود فرایند در صنایع مختلف ارائه میدهد. برای کسب اطلاعات بیشتر در زمینه مشاوره و خرید و فروش مواد شیمیایی با دکتر کمیکال در تماس باشید.
کربوهیدرازید یک کریستال سفید کریستالی نازک و کوتاه ستونی یا پودر سفید در دمای اتاق است. این ماده در الکل نامحلول است، بهراحتی در آب با گرما جذب میشود. این ماده در الکل، اتر و بنزن نامحلول است. به همین دلیل نوعی مشتق از هیدرازین است و بنابراین توانایی کاهش قوی دارد.
این جامد کریستالی سفید با نقطه ذوب 153 درجه سانتیگراد، پس از ذوب تجزیه میشود و بسیار محلول در آب است.
واکنش غیرمستقیم (> 180 درجه سانتیگراد)
واکنش کربوهیدرازید
تجزیه (> 200 درجه سانتیگراد)
تجزیه کربوهیدرازید
دوز تئوری موردنیاز برای تراشیدن یک قسمت D2O 1.4 کربوهیدرازید است. بسیاری از همان مزایای هیدرازین وجود دارد؛ اما بدون خطر سرطانزایی: تولید آمونیاک با افزایش pH و محافظت در برابر خوردگی کارآمد، ایجاد مگنتیت بهعنوان لایه محافظ. به همین دلایل، کربوهیدرازید جایگزین مناسبی برای هیدرازین است.
این ماده غیرسمی است و میتواند جایگزین هیدرازین و اکسیمها شود. دارای طیف گستردهای از کاربردها در صنعت است. بهعنوانمثال، میتواند بهعنوان ماده اکسیژن زدای آب بویلر در زمینه تصفیه آب مورداستفاده قرار گیرد و بهعنوان پیشرفتهترین مواد برای ترکیب اکسیژن آب دیگ محسوب میشود.
از نظر سمیت و نقطه ذوب بسیار کم است و راندمان اکسیداسیون آن بسیار بیشتر از مواد فعلی مورداستفاده است و محصولی ایدهآل برای ایمنی و حفاظت از محیطزیست است. همچنین میتواند بهعنوان اجزای پیشرانه موشک مورداستفاده قرار گیرد. علاوه بر این، باتوجهبه اینکه اتمهای هیدروژن متصل شده به اتم نیتروژن بهراحتی توسط گروههای دیگر جایگزین میشوند، میتوانند بهعنوان عوامل متصلکننده الیاف الاستیک در زمینه نساجی، دستگاه محافظ فرمالدهید و همچنین آنتیاکسیدان رنگدانه کاروتن مورداستفاده قرار گیرند. علاوه بر این، افزودن مقدار مناسب کربوهیدرازید به قارچکشهای فنل حاوی میتواند در جلوگیری از تغییر رنگ و لک بودن نقش داشته باشد. بهعنوان یک ماده اولیه شیمیایی و صنایع شیمیایی واسطه، از آن در پزشکی، علفکشها، تنظیمکنندههای رشد گیاهان، رنگها و سایر صنایع بسیار استفاده میشود.
مزایای کربوهیدرازید
کربوهیدرازید که با نامهای تجاری مختلفی به بازار عرضه میشود، جایگزین خوبی برای هیدرازین است که از مزایای اضافی موردنظر برای ازبینبردن اکسیژن جهت کنترل اکسیژن و بدون تأثیر سوء بر شیمی چرخه آب است. Carbohydrazide در شرایط آزمایشگاهی در حذف اکسیژن در مقایسه با هیدرازین در هر دمایی مؤثرتر است. کربوهیدرازید تا دمای 135 درجه سانتیگراد از نظر حرارتی ثابت است و بهسرعت با اکسیژن واکنش میدهد. در دمای بالاتر از 135 درجه سانتیگراد، به هیدرازین و دیاکسیدکربن را هیدرولیز میشود.
بازده و عملکرد نهایی تجهیزاتی که مانند دیگهای بخار و آبکار میکنند بستگی به مواد شیمیایی دارد که برای کنترل خوردگی و پوستهپوسته شدن آب مورداستفاده در سیستم استفاده میشود. در دیگهای بخار و سایر تجهیزات که از فولاد ساخته شدهاند، اکسیژن ممکن است باعث خوردگی شود.
عاملی که ممکن است خطر خوردگی در دیگهای بخار را در دمای بالا افزایش دهد. آب خوراکی که به دیگهای بخار تغذیه میشود باید حاوی مواد شیمیایی باشد که مانند هیدرازین بازدارنده خوردگی هستند تا کنترل اکسیژن را کنترل کنند. اما در حقیقت، هیدرازین به دلیل گزارشها بسیار سمی است؛ بنابراین میتواند چندین مشکل سلامتی ایجاد کند. برای کاهش خطرات ناشی از مواد شیمیایی پاککننده اکسیژن، برخی از مواد شیمیایی با مواد قبلی مانند کربوهیدرازید جایگزین میشوند.
کربوهیدرازید میزان اکسیژن را که باعث خوردگی میشود به حداقل میرساند و همچنین باعث کاهش پوستهپوسته شدن و رسوب اکسید آهن میشود. Carbohydrazide هیچ ماده غیرآلی را به سیستم اضافه نمیکند. بهمنظور به حداکثر رساندن بازده ضد خوردگی، زمان ماند باید افزایش یابد. بسیار پایدار و کارآمد در طیف گستردهای از دما است.
کربوهیدرازید با تشکیل یک فیلم منفعل محافظ بر روی فلز و افزایش pH در خط میعانات، از خوردگی جلوگیری میکند و در نتیجه ماندگاری دیگهای بخار را افزایش میدهد. اگرچه ممکن است در هر نقطهای به سیستم دیگ بخار اضافه شود، اما تصفیه آب خوراک دیگ بخار بیشترین کارایی را دارد، ترجیحاً همانطور که از دستگاههای گاز زدایی میشود.
مدتزمان ماند کربوهیدرازید قبل از تشکیل بخار باید به حداکثر برسد تا حداکثر محافظت در برابر خوردگی حاصل شود. کربوهیدرازید یک جاذب اکسیژن و کی لیت دهنده مؤثر در کل دامنه دمائی است که بویلر بهطورکلی تحت آن قرار میگیرد.
کربوهیدرازید، تنها در مدت ده سال، جایگزین هیدرازین در 20٪ از صنایع لوازم الکتریکی ایالات متحده شده است. Carbohydrazide با بیشترین کاربرد برای جایگزینی هیدرازین، هم اکنون در بیش از 275 دیگ بخار آب مورداستفاده است که بیش از 60000 مگاوات ظرفیت نصب شده را دارد. بهموقع گزارش این تجربه که کل فشارهای دیگ بخار آب، شامل 3500 واحد فوق بحرانی psi را پوشش میدهد ، بهموقع است. دادهها در مورد اثرات استفاده از کربوهیدرازید بر روی شستشو، راهاندازی، فرکانس تمیزکردن شیمیایی و کنترل خوردگی چرخه ارائه میشود.
کربوهیدرازید در اصل بهعنوان یک گزینه “ایمنتر برای استفاده” بهجای هیدرازین به صنعت معرفی شد. هم اکنون به فرم تجاری خود – محصولی ایمنتر برای استفاده است که نیازی به سیستمهای جابهجایی و جابهجایی پیچیده و تغذیهای ندارد. Carbohydrazide مشمول چندین قانون اخیر مربوط به مواد خطرناک و دفع مواد بستهبندی نیست.
ویژگی های کربوهیدرازید
150-153 °C
Melting point
167.26°C
Boiling point
1.02
Density
1.4164
refractive index
0-6°C
storage temp.
Crystalline Powder
form
White
color
Soluble in water
Water Solubility
14,1804
Merck
1747069
BRN
Stable, but may explode if heated. Incompatible with strong acids, strong oxidizing agents
Stability
کاربرد کربوهیدرازید در صنعت
کربوهیدرازید به طور گستردهای در تولید داروها، علفکشها، تنظیمکنندههای رشد گیاهان، رنگها و غیره مورداستفاده قرار میگیرد. کربوهیدرازید مشتق هیدرازین با کاهش شدید است. این ماده نهتنها بهعنوان واسطه برای تولید مواد حاوی انرژی استفاده میشود؛ بلکه میتواند مستقیماً بهعنوان اجزای مواد منفجره و پروانهها نیز مورداستفاده قرار گیرد.
این ماده میتواند بهعنوان نگهدارنده تجهیزات پالایشگاه مورداستفاده قرار گیرد و همچنین میتواند بهعنوان اکسیژن زدای فاضلاب دیگ بخار مورداستفاده قرار گیرد. همچنین میتواند بهعنوان ماده اتصالدهنده فیبر الاستیک در زمینه فیبر شیمیایی مورداستفاده قرار گیرد.
این نوع ماده میتواند بهعنوان مواد اولیه شیمیایی و واسطههای مواد شیمیایی صنعتی مورداستفاده قرار گیرد و به طور گستردهای در پزشکی، علفکشها، تنظیمکنندههای رشد گیاهان، رنگها و سایر صنایع مورداستفاده قرار میگیرد.
میتوان از آن بهعنوان مؤلفه سوخت موشک، تثبیتکننده توسعه رنگ و کیفیت صابون، آنتیاکسیدانهای لاستیک، اکسیژن زدای آب دیگ و عامل ضد خورندگی فلز استفاده کرد. کربوهیدرازید پیشرفتهترین مواد برای اصلاح اکسیژن آب دیگ بخار در جهان است. این ماده دارای سمیت کم، نقطه ذوب بالا و راندمان دفع اکسیداسیون بسیار بیشتر از موادی است که در حال حاضر استفاده میشود. این محصول ایدهآل و هم از نظر ایمنی و هم برای حفاظت از محیطزیست است. علاوه بر این، میتواند بهعنوان ماده متصلکننده الیاف الاستیک در زمینه صنعت فیبر شیمیایی مورداستفاده قرار گیرد.
محافظ اکسیژن آب دیگ بخار
در هنگام عمل بهعنوان اکسیژن زدا در آب بویلر، ممکن است این ماده به طور مستقیم به آب اضافه شود در حاليكه محلول آبی آن نیز میتواند استفاده شود. میزان مصرف کربوهیدرازید برای مهار یک مول اکسیژن، نیم مول است، و باید به مقدار مناسب بیش از حد باشد. دامنه دمای مناسب 87.8 تا 176.7 است. زمان بهینه برای استفاده از این ماده بعد از انجام عملیات حرارتی اکسیژن است.
واکنش اکسیژن و کربوهیدرازید به شرح زیر است:
واکنش اکسیژن و کربوهیدرازید
مزایای استفاده از کربوهیدرازید
مزیت کربوهیدرازید در بویلر
محافظت طولانیمدت و کنترل در برابر خوردگی
ماهیت غیر سرطانزای کربوهیدرازید
دوزینگ آسان
باعث انفعال در سطوح فلزی میشود
باقیمانده ندارد
Carbohydrazide نهتنها در مورد مسائل ایمنی بلکه به دلیل مزایای عملکردی که به طور مکرر نشان داده است، موقعیت بازار خود را به دست آورده است. علاوه بر این، این مزایا بدون ایجاد اختلال در پارامترهای میعانات طبیعی / آب تغذیه / آب دیگ بخار / بخار تعیین شده توسط دستورالعملهای اجماع EPRI حاصل شده است.
مزایای استفاده از کربوهیدرازید را می توان بهصورت زیر ذکر کرد:
واکنشگری بیشتری در دماهای پایین با اکسیژن دارد
باعث کاهش خوردگی در کلیه اجزای سیستم میعانات قبل از دیگ بخار / سیستم تغذیه میشود که با کاهش مداوم محصولات خوردگی حمل شده از 50 تا 85٪ ثابت میشود
کاهش نیازهای تمیزکردن شیمیایی با استفاده از این ماده خصوصاً برای واحدهای سیکلی قابلتوجه است
بهبود چشمگیر در کیفیت آب با دمای بیش از حد، بهحداقلرساندن این منبع از فاضلابهای توربین
کاهش زمان شروع به کار پس از قطع کوتاهمدت یا طولانیمدت با استفاده از کربوهیدرازید
استفاده از کربوهیدرازید، در بویلرهای فشار بالا نتایج بسیار خوبی را به همراه داشته است که از جمله آنها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
کاهش نرخ خوردگی سیستم
کاهش دفعات تمیزکردن شیمیایی
سیستمهای با خلوص بالا ایجاب میکند که تلاش برای کنترل خوردگی در اولویت اصلی قرار گیرد. بسیاری از مزایای کنترل خوردگی در آزمایشهای کوتاهمدت قابل اثبات نیست. استفاده از این نوع ماده مزایای قابلاندازهگیری را در طیف گستردهای از سیستمهای دیگ بخار سودمند فراهم کرده است.
مزیت کربوهیدرازید در تجهیزات بخار
سمیت کم در مقایسه با سایر اکسیژن زداها
کنترل دوز و کنترل آن آسان است
محافظت عالی آن در برابر خوردگی
کربوهیدرازید هیچ پسماندی در سیستم ایجاد نمیکند
بهترین مواد تصفیه آب و پاکسازی آن با دریافت مشاوره تخصصی