خوردگی یکی از جدیترین مشکلات مهندسی و نگرانی بزرگ اقتصادی در سیستمهای خنک کننده صنعتی است. پیامدهای خوردگی بسیار زیاد و متنوع است و تأثیرات آنها بر عملکرد ایمن، قابل اعتماد و کارآمد تجهیزات و سازههای سیستم خنک کننده اغلب در یک محیط خورنده جدیتر است.
درک مکانیسمهای خوردگی، پیشبینی و کنترل، چالشهای بزرگ برای عملکرد ایمن قطعات است. ضد خوردگی بنزو تری آزول برای جلوگیری از خوردگی ناشی از جریان برای لولهها، لولههای مبدل حرارتی که در آنها فلز مس جهت انتقال آب صنعتی یا آبهای دریا استفاده میشود به کار میرود. بنابراین؛ درک تعامل بازدارندهها در محیط جریان برای به تأخیر انداختن خوردگی مهم است.
استفاده از بازدارندههای آلی جذب شده بر روی سطح مس یکی از کاربردی ترین رویکردها برای محافظت در برابر خوردگی است.
در طول چند دهه گذشته، شیمی پیوند کربن – نیتروژن یک موضوع تحقیقاتی داغ بوده است، زیرا نشان داده شده است که این گروه عاملی یکی از اجزای سازنده اصلی شیمی آلی و مواد است. طیف گستردهای از مشتقات آزول حاوی نیتروژن برای مهار خوردگی مس در محیطهای کلرید مورد مطالعه قرار گرفته است.
بنزوتری آزول یک ترکیب هتروسیکلیک آروماتیک پنج عضوی حاوی سه اتم نیتروژن است و مشتقات آن به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفتند و ثابت شد که یک بازدارنده بسیار کارآمد برای جلوگیری از خوردگی مس و آلیاژهای مبتنی بر مس در سیستمهای خنک کننده محسوب میشود.
یک مولکول بنزوتری آزول از نظر شیمیایی در یک محیط خنثی، اتم نیتروژن در مولکول که یک پیوند دوگانه در یک ساختار مولکولی تشکیل میدهد و یک اتم اکسیژن که یک اتم کربن را به هم متصل میکند، ممکن است به مکانهای فعال تبدیل شوند. علاوهبراین، مناطق این اتمها به مناطقی با چگالی الکترونی بزرگ تبدیل میشوند. این عمدتاً نشان دهنده الکترونگاتیوی کل مولکول است.
عملکرد بنزوتری آزول
بنزوتری آزول در محیطهای خنثی و قلیایی برای مدت طولانیتری عملکرد محافظتی ضدخوردگی ایجاد میکند. بنزوتری آزول (BTA) با جرم مولی 119.124 گرم در مول به اندازه کافی در آب (20 گرم در لیتر) برای استفاده به عنوان بازدارنده خوردگی محلول است.
بنزوتری آزول بسته به pH محلول آزمایشی میتواند خنثی، دارای بار منفی (BTA) یا پروتونه باشد. شکلهای مختلف BTA در محلول به وجود میآید. بنزوتری آزول، یک ترکیب آلی کریستالی سوزنی سفید تا صورتی روشن است که در الکل، بنزن، تولوئن، کلروفرم، دی متیل فرمامید و اکثر حلالهای آلی و محیطهای قلیایی محلول است.
در محیطهای اسیدی و خنثی، اثربخشی مهار خوردگی چند وجهی است. با افزایش پتانسیل شیمیایی، اثر الکتروفیلی کاهش یافته، افزایش مییابد.
بنزوتری آزول یک بازدارنده خوردگی نه تنها برای مس بله برای دیگر فلزات و آلیاژهای مختلف است که به طور گسترده در صنعت آب و سیستمهای آبی خنک کننده استفاده میشود. بنزو تری آزول با تشکیل یک لایه نازک مانع بر روی سطح فلز، واکنش خوردگی کاتدی روی مس را مهار میکنند.
در سطح فلز مس، یونهای مس تک ظرفیتی و بنزوتری آزول با جذب و واکنش، یک لایه ترکیبی نامحلول را تشکیل میدهند که مانع از خوردگی مس میشود. این فیلم جذب شیمیایی شامل پیوند مستقیم شیمی آزول به سطح مس است.
یکی از مواردی که در استفاده از بنزوتری آزول باید توجه شود این است که مواد شیمیایی و لایههای باقیمانده در حضور غلظتهای بالای هالوژن (کلر، برم و غیره) غیر فعال میشوند. برای محاسبه اتلاف مقدار بنزوتری آزول ناشی از سطح غلظت بالای هالوژن، ممکن است نیاز باشد غلظت بالاتری از بنزوتری آزول در سیستم تزریق شود.
علاوهبراین، در شرایط اسیدی، مکانهای واکنش در وسط اتم نیتروژن متمرکز میشوند. به دنبال آن یک اتم اکسیژن وجود دارد و همان نقشی را ایفا میکند که حالت خنثی دارد. بنابراین؛ از طریق مقایسه فوق، میتوان نتیجه گرفت که ترکیب تری آزول حاوی اتم گوگرد ممکن است در عملکرد بازدارندگی برتر از ترکیب تری آزول حاوی اتم اکسیژن باشد.
اثر بازدارنده خوردگی بنزوتری آزول میتواند در سایر مواد فلزی مانند روی، سرب، چدن و نیکل نیز رخ دهد. بنزوتری آزول همچنین میتواند در ترکیب با انواع دیگر بازدارندههای خوردگی برای بهبود رهایش پایدار استفاده شود. در کاربرد مهار خوردگی سیستم آب خنک کننده با گردش بسته، تأثیر بسیار خوبی دارد.
علاوهبراین، افزودن بنزوتری آزول به مخلوط ضد یخ اتیلن گلیکول و آب برای خودروها نیز میتواند اثر رهاسازی پایدار خوبی داشته باشد که چشمانداز امیدوارکنندهتری را برای افزایش عمر دستگاه فراهم میکند.
بنزوتری آزول یک بازدارنده خوردگی و مواد خام شیمیایی رایج و در دسترس است. کاربردهای بسیار کمی از جهات مختلف وجود دارد. چگونه میتوان بازده صنعتی آن را افزایش داد و چگونه نقش آن را در صنعت و کاربرد مؤثرتر ایفا کرد، چالش کنونی است.
بنزو تری آزول در ضدیخ موتورهای دیزلی
در بسیاری از نقاط جهان دسترسی آماده به آب مناسب برای استفاده در سیستم خنک کننده وجود ندارد. آب سخت شامل تعدادی مواد معدنی است که مهمترین آنها کلسیم، منیزیم و نمک آهن است. این مواد معدنی ممکن است به کاهش کارایی و کاهش طول عمر مفید ترکیب خنک کننده کمک کنند.
این ضرر میتواند به ویژه برای کامیونهای دیزلی سنگین که میتوانند بیش از 10000 مایل در ماه را طی کنند مضر باشد. ترکیب ناکارآمد مایع خنککننده میتواند عمر موتور را کوتاه کند، راههای داخلی سیستم خنککننده را مسدود کند، به سوراخ شدن آستر سیلندر و حفره شدن پمپ آب کمک کند که همگی منجر به تعمیرات اساسی موتور پرهزینه میشوند.
ترکیب ضدیخها که در سیستمهای خنک کننده موتورهای احتراق داخلی، به عنوان مثال، در موتورهای دیزلی سنگین، کامیونهای سبک و اتومبیلها استفاده شود از افزودنیهای ضد خوردگی مختلفی از جمله بنزوتری آزول تشکیل شده است.
ترکیب ضد یخ را میتوان به آب یا مایع خنک کننده مناسب دیگر در سیستم خنک کننده اضافه کرد تا دمای نقطه انجماد مایع خنک کننده را کاهش داده و از خوردگی اجزای فلزی مرتبط با سیستم خنک کننده جلوگیری کند.
ترکیب ضد یخ شامل یک جزء اسید آلی شامل اسید آدیپیک و حداقل یکی از اسید بنزوئیک و یک یا چند اسید دی کربوکسیلیک C9-C12 – یا نمکهای این اسیدها است. ترکیب ضد یخ همچنین شامل سایر افزودنیهای ضد خوردگی، به عنوان مثال، مولیبدات، نیتریت، آزولهای سیلیکات نیترات و انواع عوامل بافر است.
مواد اولیه پتروشیمی محصولات شیمیایی هستند که از نفت به دست میآیند، اگرچه بسیاری از همان ترکیبات شیمیایی از سوختهای فسیلی دیگر مانند زغالسنگ و گاز طبیعی یا از منابع تجدیدپذیر مانند ذرت، نیشکر و سایر انواع زیستتوده نیز به دست میآیند.
تولید پتروشیمی متکی بر فراوری چند فازی نفت و گاز است. مواد اولیه کلیدی در صنعت پتروشیمی شامل محصولات حاصل از پالایش نفت است. این مواد کلیدی پتروشیمی عبارتند از: اتیلن، پروپیلن، بنزن و مونومرهای منبع برای لاستیکهای مصنوعی.
فراوردههای پتروشیمی و نفتی، فراوردههای سطح دومی هستند که پس از چندین فرایند پالایشی از نفت خام به دست میآیند. نفت خام جزء اساسی برای تولید کلیه اجزای پتروشیمی و نفتی پس از یک فرایند طولانی پالایش در پالایشگاههای نفت است.
عمده محصولات هیدروکربنی تولید شده از پالایش نفت عبارتند از: گاز مایع، بنزین، سوخت دیزل، نفت سفید، نفت کوره، روغن روان کننده و موم پارافین.
صنعت پتروشیمی شامل فرایندهای مختلف حفاری، پالایش، پلیمریزاسیون، آلکیلاسیون، تقطیر و روشهای جابجایی میشود. بنابراین؛ این صنعت با چالشهای زیستمحیطی مختلفی که به دلیل انتشار آلایندههای پتروشیمی تحمیل میشود، روبروست.
امروزه هدف اصلی یک مجتمع پتروشیمی مدرن، افزایش بازدهی، به حداقل رساندن هزینههای تولید و ضایعات، استفاده مجدد از منابع، به حداقل رساندن هدررفت مواد خام و جلوگیری از آلودگی محیط زیست است. بسیاری از تأسیسات جدید پتروشیمی در سرتاسر دنیا اکنون فقط با چرخه منابع آب قابل استفاده مجدد کار میکنند و هیچ جریان خروجی آبی ندارند.
در این سیستم جدید برای حذف مواد آلی فرار از جریان آب از روشهای هوادهی و همچنین برای حذف سایر مواد ناخالصی باقیمانده از روش تصفیه باکتریایی در شرایط هوازی و بی هوازی استفاده میکنند.
فاضلاب پتروشیمی شامل قسمتهای مختلف آلی و معدنی است که باید قبل از رهاسازی در آب بسیار تحت نظارت قرار گیرند. اینکه کدام فرایند تصفیه برای فاضلاب یک واحد پتروشیمی مفید است، به ویژگیهای فاضلاب مانند غلظت، سرعت جریان، محدودیتهای تخلیه، مقدار آب موردنیاز، قابلیت استفاده مجدد از آب و در دسترس بودن سیستمهای تصفیه بستگی دارد. اما به طور کلی، مراحل پیش تصفیه (حذف فلزات سنگین، اکسیداسیون و تهنشینی)، تصفیه اولیه (خنثیسازی، شناورسازی و تهنشینی) و تصفیه ثانویه (تصفیه بیولوژیکی مانند لجن فعال) معمولاً از سیستمهای رایج تصفیه فاضلاب پتروشیمی است.
کاربرد انواع مواد اولیه پتروشیمی
از مهمترین مواد شیمیایی که در صنعت پتروشیمی کاربرد دارند میتوان به مواد شیمیایی ضد خوردگی، مواد ضد جلبک، روانکنندههای حفاری و مواد شیمیایی مربوط به تصفیه پساب پتروشیمی اشاره کرد.
همانطور که پیشتر هم اشاره شد، تصفیه مؤثر پسابهای پتروشیمی پیشنیاز توسعه صنعتی مدرن است.
تصفیه مؤثر پسابهای پتروشیمی به یکی از مشکلات اساسی پیشروی بنگاههای پتروشیمی تبدیل شده است. به منظور بهبود مؤثر راندمان تصفیه فاضلاب پتروشیمی، لازم است استانداردهای تصفیه فاضلاب رعایت شود.
یکی از چالشهایی که در تصفیه پساب پالایشگاهها و کارخانجات پتروشیمی با آن روبرو هستیم کنترل کف است. برای این منظور باید از ضد کف پایه آب در طول فرآیندهای تصفیه فاضلاب بهره برد.
یکی از مؤثرترین آنتیفومهای موجود در بازار، آنتی فوم سیلیکونی است که علاوه بر قدرت پخش شوندگی به سرعت کف ایجاد شده را از بین میبرد.
پساب تولید شده مقدار زیادی آب است که در طول فرایند استخراج نفت خام ایجاد میشود آب و حاوی روغن، مواد جامد معلق است و مواد محلول است. انعقاد یا لختهسازی به کمک مواد منعقد کننده روشی رایج برای حذف جامدات معلق است که به دلیل قابلیت استفاده، کارایی و هزینه کم به عنوان تصفیه اولیه برای تصفیه فاضلاب روغنی پتروشیمی استفاده میشود.
یکی دیگر از بزرگترین مشکلات مهندسان صنعت نفت و پتروشیمی مسئله مقابله با خوردگی است. چراکه نفت خام و گاز طبیعی حاوی دی اکسید کربن (CO2)،
سولفید هیدروژن (H2S) و آب آزاد هستند که همگی ذاتاً عامل تشدید خوردگی هستند. یکی از راههای مقابله با خوردگی استفاده از مواد شیمیایی ضدخوردگی است که از جمله مؤثرترین آنها میتوان به اتیدرونیک اسید، متابی سولفیت سدیم و تولیل تری آزول اشاره کرد.
یکی دیگر از انواع خوردگی که صنعت پتروشیمی با آن روبروست، خوردگی بیولوژیکی است. راه مقابله با این خوردگی نیز جلوگیری از رشد میکروارگانیسمها با استفاده از ترکیبات بایوساید مانند بنزالکونیوم کلراید است.
نتیجه گیری
صنعت پتروشیمی از ابتدای قرن اخیر بر رشد تقاضای بازارهای نوظهور تأثیر بسزایی داشته است. از آنجایی که این صنعت با مجموعه جدیدی از چالشها مواجه خواهد شد، برای پیشرفت در دهه آینده، شرکتهای پتروشیمی باید در زمینه مواد اولیه پتروشیمی و شناسایی بازارهای نوظهور و حتی فراتر از آن حرکت کنند.
به کارگیری مواد شیمیایی پتروشیمی با کیفیت یکی از راههای پاسخگویی به چالشهای این صنعت است که راه را برای تمرکز هرچه بیشتر بر اهداف استراتژیک باز میکند.
زنگ زدگی آهن یک فرایند طبیعی است که باعث از بین رفتن آهن و در نتیجه تخریب ناحیهای از ساختار آهنی میشود. طبق تعریف بین المللی زنگزدگی «تخریب یک ماده (معمولاً آهن یا یک فلز) یا خواص آن به دلیل واکنش با محیط آن است. این در نهایت باعث آسیب بالقوه شدید به تجهیزات فلزی میشود و تعمیر آن میتواند بسیار پرهزینه باشد.
بسته به محیطی که فلز در آن قرار دارد، زنگزدگی میتواند به هر میزانی اتفاق بیفتد. با این حال، از آنجایی که زنگزدگی اتمسفر بسیار گسترده است، به صنایع توصیه میشود عملیات پیشگیرانه مؤثری را جهت جلوگیری از زنگزدگی انجام دهند.
زنگزدگی یا خوردگی یک واکنش الکتروشیمیایی است که به اشکال مختلفی مانند خوردگی شیمیایی و خوردگی اتمسفری ایجاد میشود که مورد دوم شکل متداول آن است. هنگامی که مواد اسیدی (از جمله آب) با فلزاتی مانند آهن و یا فولاد در تماس هستند، زنگزدگی شروع به تشکیل میکند.
زمانیکه ذرات آهن در فولاد در معرض اکسیژن و رطوبت (به عنوان مثال، رطوبت، بخار، غوطهوری) قرار بگیرند زنگ زدگی رخ میدهد. هنگامی که فولاد در معرض آب قرار میگیرد، ذرات آهن یک الکترولیت اسیدی در آب ایجاد میکنند. سپس ذرات آهن اکسید میشوند که منجر به تشکیل Fe+2 میشود.
هنگامی که Fe+2 تشکیل میشود، دو الکترون آزاد میشوند و از طریق فولاد به ناحیه دیگری از فولاد به نام ناحیه کاتدی جریان مییابند. اکسیژن باعث بالا آمدن این الکترونها و تشکیل یونهای هیدروکسی (OH) میشود.
یونهای هیدروکسیل با Fe+2 واکنش میدهند و هیدروکسید آهن (FeOH) را تشکیل میدهند که بیشتر به عنوان زنگزدگی شناخته میشود. مکانی که ذرات آهن آسیب دیده بودند، اکنون به یک گودال خوردگیتبدیل شده است و جایی که اکنون هستند، محصول خوردگی (زنگزدگی) نامیده میشود.
دلیل زنگ زدگی آهن در هوای مرطوب
وقتی که یک قطره آب به یک جسم آهنی برخورد میکند، دو اتفاق تقریباً بلافاصله شروع میشود. اول، آب که یک الکترولیت خوب محسوب میشود با دی اکسید کربن موجود در هوا ترکیب میشود و یک اسید کربنیک ضعیف که الکترولیت بهتری از آب است را تشکیل میدهد.
با تشکیل اسید و حل شدن آهن، مقداری از آب شروع به تجزیه شدن به مواد تشکیلدهنده خود میکند در اینصورت هیدروژن و اکسیژن ایجاد میشوند. اکسیژن آزاد و آهن محلول به اکسید آهن متصل میشوند که در این فرایند الکترونها آزاد میشود. الکترونهای آزاد شده از قسمت آند آهن به سمت کاتد جریان مییابند که ممکن است قطعهای از فلزی باشد که واکنش الکتریکی کمتری نسبت به آهن دارد یا نقطه دیگری روی خود قطعه آهن باشد.
ترکیبات شیمیایی موجود در مایعاتی مانند باران اسیدی، آب دریا آنها را الکترولیتهای بهتری نسبت به آب خالص میکند و حضور این الکترولیتها اجازه میدهد روند زنگزدگی روی آهن و سایر اشکال خوردگی روی فلزات دیگر را تسریع بخشد.
آهن با اکسیژن و آب واکنش نشان میدهد و زنگ میزند، بنابراین؛ سادهترین راه برای جلوگیری از زنگزدگی، دور نگه داشتن سطح آهن و آلیاژهای آهن از رطوبت است. به عنوان مثال، نگه داشتن اتومبیل و تجهیزات آهنی و فلزی در یک گاراژ خشک، به دور از باران و تغییرات دما (که میتواند فرایند اکسیداسیون را تسریع کند) عمر آنها را افزایش میدهد.
حفاظت آندی تکنیکی است برای کاهش زنگزدگی آهن و فلزات با قطبش آن در ناحیه غیرفعال. این ماده عمدتاً در فولادهای کربنی، فولادهای ضد زنگ، آلیاژهای نیکل و تیتانیوم در محیطهایی مانند اسیدهای سولفوریک و فسفریک، هاضمکنندههای سولفیت و آمونیاک آبی استفاده میشود.
حضور کلر در آب شهری باعث خوردگی میشود برای همین ممانعت از خوردگی در برجهای خنککننده یک کار چالشبرانگیز است. مهار آندی یکی از تکنیکهای رایج برای محافظت از قطعات فلزی برجهای خنککننده است.
نیتریت یکی از متداولترین بازدارنده های آندی است که پتانسیل خوردگی را کاهش میدهد. نیتریت سدیم به عنوان یک بازدارنده آندی طبقه بندی میشود و برای محافظت از فولاد به غلظت بهینه نیاز دارد. در غلظتهای کم، سدیم نیتریت نمیتواند خاصیت بازدارندگی کامل داشته باشد و متعاقباً زنگزدگی فلزات افزایش مییابد. غلظت کلرید به همان اندازه مهم است، زیرا زمانی که نسبت کلرید / نیتریت بالا باشد، اثر انفعالی از بین میرود.
حفاظت کاتدی
حفاظت کاتدی یکی از راههای جلوگیری از زنگزدن آهن و فلزات است. حفاظت کاتدی روشی است که برای محافظت از همه چیز از خطوط لوله گرفته تا آبگرمکنها و کشتیها استفاده میشود. این روش طبق یک واکنش الکتروشیمیایی عمل میکند.
وقتی دو فلز با آب تماس پیدا میکنند، الکترود مثبتتر از این دو فلز، الکترونهای خود را رها کرده و زنگزدگی رخ میدهد. در محافظت کاتدی، آهن با یک فلز دیگر، الکترود مثبتتر مانند روی جفت میشود. روی یک “آند قربانی” رایج است، زیرا قبل از آهن اکسید میشود.
راه های از بین بردن زنگ زدگی آهن
در زیر به چند مورد از راههای از بین بردن زنگزدگی آهن اشاره میکنیم.
1. حفاظت فعال فلز
برای جلوگیری از زنگزدگی، سطح آهن را با یک فلز فعال مانند روی، منیزیم و آلومینیوم پوشش میدهند تا از لایه فوقانی در برابر زنگزدگی محافظت شود. پوشش فعال تحت اکسیداسیون قرار میگیرد و از لایه آهنی زیر آن محافظت میکند.
2. ایجاد فیلم محافظ
این روش از یک لایه ممانعت کننده بین آهن، اکسیژن و رطوبت موجود در جو استفاده میکند. روشهای مختلفی برای اعمال این لایه ممانعتکننده وجود دارد، از جمله پوششهای رنگ، روغن یا گریس، و همچنین آبکاری آهن با فلزات غیر خورنده مانند نیکل، مس یا کروم.
3. محلول های ضد زنگ
امروزه راهحلهای ضد زنگ زیادی در بازار وجود دارد. اکثر آنها حاوی محلول قلیایی فسفات و کرومات هستند که تجمع زنگ را متوقف میکند.
4. آبکاری قلع
یک گزینه عالی برای محافظت در برابر زنگزدگی قلع است، این فلز در برابر خوردگی ناشی از آبوهوا مقاوم است. آبکاری قلع را میتوان با فرو بردن آهن در حمام قلع مذاب به سطوح آهنی چسباند که باعث ایجاد یک مانع مستحکم و محافظ میشود.
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.
دی هیدروکسی اتیلیدین-1و1- دی فسفونیک اسید یک بازدارنده خوردگی ارگانو فسفریک اسید است. این ماده میتواند با یونهای آهن، مس و روی ترکیب شود و ترکیبات پایدار کیلیتی را تشکیل دهد. این ماده میتواند مواد اکسیده شده را روی سطوح این فلزات حل کند. اتیدرونیک اسید در پایینتر از 250 درجه سانتیگراد ویژگیهای ضد خوردگی و ضد رسوب عالی دارد.
دارای پایداری شیمیایی خوبی با مقدار pH بالا، هیدرولیز کردن آن سخت است و در شرایط نوری و گرما معمولی تجزیه نمیشود. تحمل اسید / قلیایی و اکسیداسیون کلر آن نسبت به سایر اسیدهای ارگانو فسفریک (نمک) بهتر است.
HEDP میتواند با یونهای فلزی در سیستم آب واکنش نشان دهد تا یک کمپلکس کلاتی عنصر هگزا، به ویژه یون کلسیم را تشکیل دهد. بنابراین؛ HEDP دارای اثرات ضد رسوبی خوب و آستانه قابل مشاهده است. هنگامی که به همراه سایر مواد شیمیایی تصفیه آب ساخته شده است ، اثرات هم افزایی خوبی را نشان میدهد.
HED
حالت جامد hedp دارای پودر کریستالی است که برای استفاده در مناطق زمستانی و سرد مناسب است. به دلیل خلوص بالا، میتواند به عنوان ماده تمیز کننده در زمینههای الکترونیکی و به عنوان مواد افزودنی در مواد شیمیایی روزانه مورد استفاده قرار گیرد.
خصوصیات hedp
ATMP
آمینو تری متیلن فسفونیک اسید دارای خاصیت کیلیت کردن عالی، مهار آستانه پایین است. این میتواند از تشکیل رسوب، به ویژه کربنات کلسیم در سیستم آبی جلوگیری کند. ATMP از پایداری شیمیایی خوبی برخوردار است و هیدرولیز شدن آن در سیستم آبی، سخت است. ATMP در غلظت بالا، خاصیت بازدارندگی خوردگی خوبی دارد.
ATMP در سیستمهای آب خنک کننده چرخشی صنعتی و خط لوله انتقال آب نفتی در نیروگاه حرارتی و کارخانه پالایشگاه نفت استفاده میشود. ATMP میتواند تشکیل رسوب را کاهش داده و از خوردگی تجهیزات فلزی و خط لوله جلوگیری کند. آمینو تری متیلن فسفونیک اسید میتواند به عنوان ماده کیلیت کننده در صنایع بافندگی و رنگ رزی و به عنوان ماده تصفیه سطح فلز مورد استفاده قرار گیرد.
ATMP
حالت جامد ATMP پودر کریستالی، محلول در آب، مناسب برای استفاده در مناطق زمستانی و سرد است. به دلیل خلوص بالا، میتوان از آن در صنایع بافندگی و رنگرزی و به عنوان ماده تصفیه سطح فلز استفاده کرد.
کوپلیمر AA/AMPS
AA / AMPS کوپلیمر اسید اکریلیک و اسید ۲-آکریل آمیدو ۲- متیل پروپان سولفونیک است. با توجه حضور گروه کربوکسیلیک (بازدارنده و پراکنده ساز رسوب) و گروه اسید سولفونیک (قطبیت بالا) در این کوپلیمر، AA / AMPS از مهارکنندگی و بازدارندگی رسوب مناسبی برای کلسیم، فسفات کلسیم، کربنات کلسیم و رسوب فلز روی برخوردار است. هنگامی که با ارگانوفسفینها فرموله شود، اثر همافزایی خوبی ایجاد میشود. AA / AMPS جهت تصفیه و ایجاد کیفیت آب در pHهای بالا و آبهای با قلیاییت زیاد استفاده میشود، یکی از بازدارندهها و پراکندهسازهای ایدهآل رسوب در شاخص غلظت بالا است.
کوپلیمر-AA-AMPS
خصوصیات-کوپلیمر-AA-AMPS
PBTC
PBTC مقدار فسفر کمی دارد. از لحاظ ساختاری، هم فسفریک اسید و هم گروه کربوکسیلیک اسید دارد که باعث رسوب زدایی بالا و خاصیت بازدارندگی خوردگی آن میشود. خاصیت ضد رسوبی آن در دمای بالا به مراتب بهتر از ارگانوفسفینها است. میتواند حلالیت نمک روی را بهبود بخشد، پایداری خوبی در برابر اکسیداسیون کلر و هم افزایی کامپوزیت خوبی داشته باشد.
PBTC
خصوصیات PBTC
EDTMPA
EDTMPA پودر کریستالی سفید در دمای اتاق است، با نقطه ذوب ۲۱۵-۲۱۷، به سختی در آب حل میشود، حلالیت آن در آب کمتر از پنج درصد در دمای اتاق است که به راحتی در آمونیاک حل میشود. EDTMPA از ظرفیت کی لیت کردن یون فلزی قوی برخوردار است که ثابت کیلیت ساز آن بزرگتر از EDTA است.
EDTMPA
EDTMPA از ظرفیت بالایی برای یونهای فلزی کیلیت ساز برخوردار است. ثابت کمپلکس آن با مس در مقایسه با مواد کیلیت کننده مانند EDTA بالاتر است. EDTMPA نوعی از معرف با درجه خلوص بالاست، میتوان از آن به عنوان مواد شوینده در تراشههای نیمه هادی برای تهیه مدار یکپارچه، به عنوان عامل حمل رادیو در صنعت پزشکی و به عنوان عامل بازرسی و درمانی استفاده کرد. ظرفیت کیلیت کننده EDTMPA تا حد زیادی از EDTA و DTPA فراتر رفته و تقریباً در هر شرایطی میتواند جایگزین EDTA برای عامل کیلیت ساز شود.
خصوصیات EDTMPA
جهتخرید و فروش مواد شیمیایی با دکتر کمیکال در ارتباط باشید. در صورت نیاز میتوانید نمونه محصول به مقدار کمی را دریافت کنید.
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.
یکی از مشکلات مهم در صنایع، رسوبهای تشکیل شده از آب است. اما چرا اصولاً در یک سیستم رسوب ایجاد میشود؟ پاسخ به این سؤال مشکل است. در عمل علل مختلفی میتواند باعث ایجاد رسوب گردد که روابط بین علل بسیار پیچیده است. رسوبگذاری یک فرایند چندمرحلهای است که مسبب آن نمکهای محلول درون آب میباشد.
مکانیسم رسوب گذاری
رسوبگذاری به دلایل مختلفی صورت میگیرد. رابطه بین علل مختلف رسوبگذاری بسیار پیچیده است و از نظر علمی کاملاً روشن نمیباشد. ولی میتوان قوانین کلی را از روی مشاهدات تجربی به این پدیده نسبت داد. شکل زیر یک تصویر کلی از ایجاد رسوب را نشان میدهد.
فرایند ایجاد رسوب
مواد معلق موجود در آب پس از تهنشینی بر روی سطوح جامد و سپس سوخته شدن احتمالاً به دلیل دمای بالای سطح، حالت رسوبی شکل به خود میگیرند. اما در حالت کلی آب شامل مواد معدنی محلول است. این مواد در حالت فوق اشباع ایجاد نخستین هستههای کریستالی را نموده و با ایجاد این هستهها رشد کریستالها آغاز میشود.
رشد کریستالها در نهایت باعث ایجاد رسوب بر روی سطوح در تماس با آب میشود. هر تلاشی برای جلوگیری از رسوبگذاری بدون شناخت کیفی و در صورت امکان کمی عوامل مؤثر در آن امکانپذیر نیست. همه اجزا تشکیلدهنده رسوب از آن گروه نمکهایی هستند که حلالیت آنها تابع دماست.
اجزا تشکیلدهنده ناخالصیهای آب (مانند کربنات کلسیم، سولفات کلسیم، سولفات باریوم، سیلیکا و غیره) در اثر عوامل مختلفی میتوانند تهنشین شوند. این عوامل میتواند افت فشار، تغییر دما، تغییر جریان، تغییر pH و … باشد. اما برای آنکه املاح آب تهنشین شوند سه شرط لازم
است:
فوق اشباع بودن
فوق اشباع بودن محلول عامل درجه اول در رسوبگذاری است. یک محلول به دلایل مختلف میتواند فوق اشباع شود مثل تغییرات دما، pH، تبخیر، تغلیظ و اضافهشدن مودی که میتوانند نقش هسته اولیه را بازی کنند.
پدیده فوق اشباع میتواند یک پدیده کاملاً موضعی باشد. در مواضعی مثل لایه سیال در مجاورت یک سطح گرم، محل تماس مایع و گاز، در یک شکاف میکروسکوپی و در خللوفرج رسوبهای قبلی این پدیده میتواند اتفاق افتد. البته حالت فوق اشباع میتواند برای مدت طولانی، بدون آنکه رسوبی ایجاد شود و یا کریستالی رشد کند، باقی بماند.
زمانی که میگذرد تا محلول فوق اشباعی شروع به رسوبگذاری کند را زمان تأخیر میگویند. زمان تأخیر برای محلولهای مختلف، متفاوت است. مثلاً وجود منیزیم یک مانع مهم برای رسوبکردن کربنات کلسیم آب دریاست. حضور منیزیم باعث تمایل به حفظ درجه بالاتری از فوق اشباع و زمان تأخیر بیشتری میشود. جدول زیر نشان میدهد که وجود منیزیم چه تأثیری در طولانیتر کردن زمان تأخیر دارد.
نوع آب
کربنات افزوده شده (m mole/l)
زمان هسته گذاری
الف: آب دریا(مصنوعی فاقد منیزیم)
7/34
1 دقیقه
4/58
4/7دقیقه
1/83
13 دقیقه
0/93
20 دقیقه
ب: آب دریا(با آنالیز مشابه الف)
7/35
7-6 دقیقه
4/58
4/5-3 دقیقه
1/83
18/15 دقیقه
0/93
900-940 دقیقه
ج: آب دریا که غلظت منیزیم آن دو برابر غلظت واقعی باشد
4/75
22-53 دقیقه
3/85
22-53 دقیقه
تشکیل هسته های اولیه
هستههای اولیه در واقع تسهیلکننده راه رسوبگذاری در سیستم هستند و عوامل زیادی (چون ذرات غبار، ارتعاش، اصطکاک و …) میتوانند نقش هسته اولیه را بازی کنند. رسوبات قبلی و نیز محصولات خوردگی خود میتوانند نقش هستههای اولیه را بازی کنند.
زمان تماس
پس از اینکه در یک محلول فوق اشباع عمل هستهگذاری اولیه انجام شد، آنگاه باید زمان تماس کافی بین محلول و هستههای اولیه وجود داشته باشد تا کریستالها رشد کنند. در واقع هرچه زمان تماس بیشتر باشد شانس ایجاد رسوب چسبنده بیشتر خواهد شد.
چسبندگی رسوب
مشخصات رسوب بستگی به درجه فوق اشباع بودن، نوع ماده رسوب کننده، تعداد هسته اولیه، دما، فشار، هم زدن و شرایط محیط دارد. بهعنوانمثال هم زدن تأثیر مهمی در مشخصات رسوب کربنات کلسیم دارد. در سیستمهایی که آب در گردش است مشاهده شده است که کریستال کربنات کلسیم سفتوسخت بوده؛ ولی در آبهای ساکن، کریستالهای کربنات کلسیم بهصورت پودر نرم هستند.
به تجربه ثابت شده است که:
اگر شدت ایجاد رسوب شدید باشد رسوبها معمولاً متخلخل و نیز غیرچسبنده و نرم خواهند بود.
رسوبات باگذشت زمان معمولاً سختتر و چسبندهتر خواهند شد.
ناهمواری سطح، چه طبیعی باشد و چه به علت خوردگی، باعث افزایش چسبندگی رسوب میشود.
در محل تماس گاز – مایع – جامد همانند آنچه که در محل تماس هوا، آب، دیواره ظرف در بویلرها و تانکهای ذخیره دیده میشود، رسوبات چسبندهتری نسبت به نقاط دیگر ایجاد میشود.
چسبندگی رسوب معمولاً بستگی به نوع ماده رسوب و جنس سطح جامد دارد.
گاهی تولیدکنندگان برخی دستگاهها ادعا میکنند که در صورت صاف نگهداشتن سطوح، رسوبی ایجاد نخواهد شد؛ ولی به تجربه ثابت شده است که تحت شرایط مناسب و زمان کافی تقریباً بر روی هر سطحی از جمله سیمان، فولاد، پلاستیک و … رسوب ایجاد خواهد شد.
تأثیر عوامل هیدرودینامیکی بر تشکیل رسوب
سرعت بالای سیال گاهی مزاحم تشکیل رسوب میشود؛ اما در برخی موارد هم تشکیل رسوب را تشدید میکند. دلیل این امر وجود لایه مرزی است. لایه مرزی در انتقال جرم، مومنتم و حرارت نقش بسزایی دارد و هر سه مورد در رسوبگذاری مهم هستند.
رفتار لایه مرزی با رفتار محلول کاملاً متفاوت است. آن قسمت از مواد محلول در آب که تمایل به رسوبگذاری دارند معمولاً در نواحی متلاطم زودتر رسوب میکنند. در صنایع بسیار دیده شده است که در قسمت مستقیم یک خط لوله هیچ رسوبی ایجاد نشده است؛ ولی در زانویی که در قسمتی از همان خط لوله قرار دارد رسوبگذاری شدید انجام شده است.
سایر عوامل مؤثر بر تشکیل رسوب
وجود حباب در ایجاد رسوب مؤثر است. با افزایش دما نمکهایی که حلالیت آنها با دما کاهش مییابد. داخل حباب بهصورت فوق اشباع درآمده و پس از ترکیدن حباب این نمکها در فصل مشترک گاز – جامد – مایع رسوب میکنند.
از جمله عوامل مهم دیگر در تشکیل رسوب، نقش pH است. این عامل اغلب در رسوبگذاری املاحی مثل کربنات کلسیم، هیدروکسید منیزیم و ترکیبات آهن اثر میگذارد. افزایش pH معمولاً باعث ترسیب چنین ترکیباتی میشود درحالیکه کاهش آن تمایل به نگهداری این املاح را بهصورت محلول، افزایش میدهد.
پیشبینی تشکیل رسوب
پیشبینی تشکیل رسوب روشهای مختلفی دارد. این روشها بر مبنای تعادلات شیمیایی بوده و فقط میتوانند مشخص کنند چه اتفاقی خواهد افتاد؛ اما دینامیک مسئله را بررسی نمیکنند. بدون تردید رسوبگذاری آب به علت تأثیر عوامل بسیار زیاد پیچیدهتر از آن است که بتوان با روشهای پیشبینی پاسخ دقیقی به دست آورد.
بهعنوانمثال رسوب سولفات کلسیم خود چهار شکل دارد. حلالیت هر چهار شکل با افزایش دما کاهش مییابد؛ اما همانطور که در شکل زیر پیداست با هم متفاوت است. در پیشبینی تشکیل رسوب این تفاوتها باید مدنظر قرار گیرد.
سولفات پوسته شدن
در آب طبیعی همواره مقداری گاز دیاکسیدکربن بهصورت محلول وجود دارد. این گاز نقش عمدهای در تشکیل رسوب کربنات کلسیم دارد.
پوسته پوسته شدن کربنات
اگر در اثر تغییر دما یا فشار جزئی دیاکسیدکربن، مقداری از گاز محلول در آب، مایع را ترک کند، در آن صورت به علت کاهش حلالیت گاز تعادل بیکربنات و کربنات بههمخورده و باعث رسوب کربنات کلسیم میشود؛ بنابراین تشکیل رسوب در دماهای نهچندان زیاد به علت تبدیل سختی بی کربناتی به کربنات کلسیم در اثر حرارت یا افزایش در قلیاییت میباشد.
در حالت تعادلی، همه انواع دیاکسیدکربن (دیاکسیدکربن آزاد، بیکربنات، و کربنات) بهگونهای موازنه هستند که نه باعث خوردگی میشوند و نه باعث رسوبگذاری. در سال 1936 لانجلیر حلالیت کربنات کلسیم را به چند متغیر مؤثر در انحلال، مربوط کرد.
در این روش با تعریف پارامتری موسوم به اندیس اشباع IS (اندیش لانجلیر یا اندیس رسوب) میتوان از تمایل به رسوبگذاری یا خوردگی آب موردنظر بهصورت کیفی اطلاع حاصل کرد. اندیس اشباع اختلاف pH واقعی آب با pH آبی است که نه تمایل به خوردگی و نه تمایل به رسوبگذاری دارد که به آن pH اشباع میگویند.
IS صفر بیانگر این است که pH واقعی برابر pH اشباع است و یک تعادل اشباع برقرار است پس آب تمایلی به رسوبگذاری و یا خوردگی ندارد. اما اگر IS مثبت باشد؛ یعنی دما، قلیاییت و مواد جامد محلول، آب به حالت فوق اشباع بوده و از اینرو آب تمایل به رسوبگذاری دارد و اگر IS منفی باشد بدان معناست که هنوز تعادل شیمیایی برقرار نشده است. در این حالت اگر رسوبی در سیستم وجود داشته باشد در آب حل خواهد شد و ممکن است آب فلز را نیز مورد حمله قرار دهد و شرایط خوردگی ایجاد شود.
اما روش لانجلیر فقط برای آبهای شهری (با TDS کم) و در محدوده pH بین 5/9-5/6 مفید است. در این شرایط pH اشباع را میتوان باتوجهبه آنالیز آب (مشخصبودن غلظت یونهای کلسیم و بیکربنات) و شکل زیر محاسبه کرد.
رسوبات کربنات کلسیم و نیز رسوبات حاصل از اکثر خوردگیها را میتوان با کلریدریک اسید 15% حل کرده و از محیط خارج کرد. اما استفاده از کلریدریک اسید 15% بدون افزودن ممانعت کنندههای شیمیایی میتواند برای فلز خطرناک باشد. کافی است که کلریدریک اسید تجاری را با نسبت مناسب رقیق کنید و رسوبات را چندین بار با این محلول بشویید.
از تولید کف زیاد در این مرحله نهراسید؛ چراکه این کفها معرف حلشدن رسوب کربنات کلسیم و تولید گاز است. همچنین میتوانید از هگزامین با درصد مناسب بهعنوان ممانعت کننده شیمیایی برای محلول اسیدی استفاده کنید.
رسوبات سولفات کلسیم بهآسانی با شستشو توسط اسیدکلریدریک حذف نمیشوند. در این حالت حذف رسوب در دو مرحله انجام میشود. در مرحله اول رسوبات را با سود یا کربنات سدیم میشویید تا سولفات کلسیم بهصورت کربنات کلسیم و یا هیدروکسید کلسیم درآیند.
سپس در مرحله دوم آن را با اسیدکلریدریک میشویید تا کربنات کلسیم یا هیدروکسید کلسیم حل شده و از محیط خارج شوند.
سولفات باریوم را نمیتوان بااسید کلریدریک حذف کرد؛ بلکه باید توسط روشهای مکانیکی و با استفاده از برس از محیط خارج گردد.
خوردگی در آب
مکانیسم خوردگی و انواع آن بهتفصیل در مقالات مربوط به این بحث در و به سایت دکتر کمیکال موردبحث و بررسی قرار گرفتهاند که میتوانید با مراجعه به بخش مقالات علمی آنها را مطالعه کنید. اما برای اجتناب از طولانیشدن موضوع در این جا فقط چند ویژگی مهم آب که در خوردگی نقش دارند مورد بررسی قرار میگیرند.
این ویژگیها عبارتاند از:
غلظت اکسیژن محلول در آب، pH، درجه حرارت، سرعت آب، کلر باقیمانده و یون کلر.
اکسیژن محلول آب
اکسیژن محلول آب یکی از مهمترین عواملی است که در سرعت خوردگی همه فلزات توسط آب نقش دارد. در دمای معمولی فلزات آهنی در غیاب اکسیژن محلول خیلی کند خورده میشوند. اما در حضور اکسیژن بهویژه در دماهای بالا، آب به همه فلزات و آلیاژها حمله میکند. از اینرو در صنعت چه به روش مکانیکی و چه شیمیایی (هیدرازین یا سولیفت کلسیم) اکسیژن محلول در آب را به حداقل میزان ممکن کاهش میدهند.
pH آب
سرعت خوردگی به pH بستگی زیادی دارد. شکل زیر نتایج تجربی سرعت خوردگی آهن در pHهای مختلف را نشان میدهد.
اثر pH بر نرخ خوردگی
درجه حرارت آب
تغییر دمای آب میتواند روی ترکیب شیمیایی و خواص فیزیکی ناخالصیهای آب تأثیر بگذارد و نیز ویژگی رسوب و حتی طبیعت فلز را تحتتأثیر قرار دهد. توجه داشته باشید که دما روی حلالیت گازها در آب از جمله اکسیژن نیز اثر میگذارد.
نتایج آزمایش سرعت نسبی خوردگی بر حسب دما برای آهنی که 8 ساعت در تماس با آب بوده دیده میشود. همانطور که مشاهده میکنید سرعت خوردگی برای هر افزایش در دما حدود 75% افزایش مییابد.
اثر دما بر نرخ خوردگی
سرعت آب
اثر سرعت آب بر روی خوردگی بسیار پیچیده بوده و به بعضی از خواص محلول و فلز بستگی دارد. در بحث خوردگی دو مکانیسم مهم مطرح میشود یکی مکانیسم واکنش شیمیایی و دیگری مکانیسم انتقال جرم.
سرعت خوردگی بستگی به آن دارد که کدامیک از این دو مکانیسم کنترلکننده سرعت خوردگی است. در مواردی که مکانیسم انتقال جرم کنترلکننده خوردگی است، سرعت آب تأثیر مستقیمی بر سرعت خوردگی دارد.
سرعت نسبتاً زیاد مایع چون باعث بهتر پخششدن ماده ضد خوردگی میشود برای سیستمهایی که از ضدخوردگی استفاده میکند مطلوب است. اما اگر سرعت مایع خیلی زیاد شود علاوه برخوردگی شیمیایی فرسایش هم اتفاق میافتد و در نتیجه سرعت خوردگی بهشدت افزایش مییابد.
کلر باقی مانده
گاز کلر محلول در آب یک عامل اکسیدکننده حتی قویتر از اکسیژن است؛ ازاینرو مشکلاتی بیشتر از اکسیژن محلول در آب را باعث میشود.
یون کلر
در بحثهای خوردگی معمول است آنیونها را به دودسته اصلی تقسیم میکنند: آنیونهایی که مهاجم هستند و باعث تشدید خوردگی میشوند و آنیونهایی که باعث کندشدن خوردگی میشوند. دلایلی وجود دارد که نشان میدهد یون کلر مهمترین آنیون مهاجم در آب است.
خوردگی بیولوژیکی
مهمترین باکتریهای فعال در خوردگی عبارتاند از باکتریهای کاهنده سولفات، باکتری مولد متان، باکتری احیاکننده نیترات، باکتری گوگرد و باکتری آهن است. از میان این باکتریها، احیاکننده سولفات و باکتری آهن دردسرآفرینتر هستند.
شواهد تجربی وجود دارد که نشان میدهد در بعضی از سیستمها، خوردگی بیولوژیکی مهمتر از خوردگی الکتروشیمیایی است. به همین دلیل گاهی مشاهده میشود با کلرزنی سرعت خوردگی کاهش مییابد هرچند که خود کلر باعث خوردگی میشود. چراکه کلر باعث ازبینرفتن باکتریها میشود.