ارزیابی آسیب در گرمکن آبی و امکان استفاده از پوشش¬های محافظ برای کنترل خوردگی

STUDENT

DEGREE

YEAR

In this research, corrosion failure of coil tubes, fire tubes and inner surface of the shell from a large water bath heater have been described. Water bath heaters are designed to heat the gas prior to the pressure reduction. Such heating prevents damage of equipment caused by the ice particles within the water vapor from the gas that can occur because of a substantial temperature drop during pressure reduction. In order to study the main cause of the failure, non-destructive and destructive tests, including evaluation of mechanical properties, x-ray diffraction, scanning electron microscopy, e nergy dispersive spectroscopy microanalysis of corrosion products on specimens prepared from coil tubes and chemical analysis of water used in the heater, were carried out. Based on the experiment outcomes, the chemical composition of steel was approved according to the standard, but industrial distilled water had a high amount of total dissolved solids. The results indicated that insufficient control of water level in the tank resulted in oxygen concentration corrosion and water-line corrosion. After evaporation of water droplets on the roof, a residue remained on the surface leading to under-deposit corrosion and, through that, a blister-like damage took place on the shell roof. After detachment, corrosion products and scales, fell down and remained on the upper surface of the components. Since water inside the heater was stagnant, accumulation of deposits created oxygen concentration cells, and corrosion under deposits have spread out. Heat transfer medium in bath heaters is including of a mixture of industrial distilled water and 20 Vol.% ethylene glycol. In order to investigate the corrosivity of water, the effect of ethylene glycol concentration on the corrosion of carbon steel was studied. Results revealed that water containing 10-40% ethylene glycol had the lowest corrosion rate. Based on the results of failure analysis, a study was conducted on the possible solutio some experiments were carried out to evaluate several potential protective coatings, including copper, chromate and hot-dip zinc galvanizing. Copper coatings produced by thermal spray method and electroplated in copper sulfate solution for sealing. Then, in order to increase the wettability angle and hydrophobicity of the surface, the specimen was electroplated in zinc chloride solution and immersed in a solution of stearic acid and ethanol. Electrochemical tests revealed that the proposed coatings improved the corrosion resistance in an increasing order in galvanized, chromate and hydrophobic copper, respectively. Keywords: water bath heater, carbon steel, under-deposit corrosion, water-line corrosion, copper coating,

در این تحقیق، علت تخریب در لوله های کویل، لوله های مشعل و سطح داخلی بدنه ی یک گرمکن آبی صنعتی بررسی شده است. گرمکن‌های آبی برای گرم کردن گاز، قبل از کاهش فشار طراحی شده اند. این گرمکن ها از میعان ناخواسته ی گاز درون لوله های کویل، حین کاهش فشار، جلوگیری می کنند. به منظور یافتن علت اصلی تخریب، آزمون هایی شامل ارزیابی خواص مکانیکی، پراش پرتو ایکس، بررسی های متالوگرافی، آنالیز تصویر میکروسکوپی الکترونی روبشی، آنالیز ترکیب شیمیایی فولاد لوله ی کویل و آب مقطر صنعتی مورد استفاده روی نمونه های تهیه شده از گرمکن انجام شد. بر اساس نتایج آزمون ها، ترکیب شیمیایی فولاد مطابق استاندارد بود اما آب مقطر صنعتی، میزان جامدات حل‌شده‌ی بالایی داشت. بررسی ها نشان داد عدم کنترل مناسب سطح آب درون گرمکن، منجر به تشکیل پیل غلظتی اکسیژن روی لوله ها و ایجاد خوردگی خط آب شده است. همچنین، بعد از تبخیر قطره های حاصل از چگالش بخارات روی سقف، املاح بر سطح بدنه به‌جا مانده و منجر به خوردگی زیر رسوبی شده است. به واسطه ی آن اثرات تاول مانندی روی سقف بدنه ی گرمکن ایجاد شده و این پوسته ها به مرور از سقف روی سطح بالایی لوله ها سقوط کرده و به دلیل ساکن بودن آب، روی هم انباشته شده اند؛ پیل اختلاف دمشی تشکیل شده و خوردگی زیر رسوب گسترش یافته است. واسطه ی انتقال حرارت در گرمکن ، شامل مخلوطی از آب مقطر صنعتی و Vol.% 20 اتیلن گلیکول است. به منظور بررسی میزان خورندگی آب گرمکن، تأثیر غلظت اتیلن گلیکول بر خوردگی فولاد کربنی نیز بررسی شد. یافته ها نشان داد آب های حاوی 40-10% اتیلن گلیکول سرعت خوردگی پایینی داشتند. در ادامه، به منظور مطالعه راه حل های احتمالی، آزمون هایی برای ارزیابی چند نوع پوشش روی لوله های فولاد کربنی انجام شد. این پوشش ها شامل مس، کروماته و گالوانیزه روی بودند. پوشش مس به روش پاشش حرارتی توسط قوس الکتریکی ایجاد شد و جهت آب بندی در محلول سولفات مس آبکاری الکتریکی شد. سپس برای افزایش زاویه ی ترشوندگی و آب گریز شدن سطح، نمونه در محلول کلرید روی تحت آبکاری الکتریکی قرار گرفت و در محلولی از اسید استئاریک و اتانول غوطه ور شد. مقاومت به خوردگی الکتروشیمیایی پوشش ها به ترتیب، در پوشش های گالوانیزه، کروماته و مس آب گریز افزایش یافت. کلمات کلیدی گرمکن آبی، فولاد ساده hy;ی کربنی، خوردگی زیر رسوبی، خوردگی خط آب، پوشش مس، کروماته، گالوانیزه.