ارزيابي آسيب در گرمکن آبي و امکان استفاده از پوشش¬هاي محافظ براي کنترل خوردگي

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,

چکيده در اين تحقيق، علت تخريب در لوله هاي کويل، لوله هاي مشعل و سطح داخلي بدنه ي يک گرمکن آبي صنعتي بررسي شده است. گرمکن‌هاي آبي براي گرم کردن گاز، قبل از کاهش فشار طراحي شده اند. اين گرمکن ها از ميعان ناخواسته ي گاز درون لوله هاي کويل، حين کاهش فشار، جلوگيري مي کنند. به منظور يافتن علت اصلي تخريب، آزمون هايي شامل ارزيابي خواص مکانيکي، پراش پرتو ايکس، بررسي هاي متالوگرافي، آناليز تصوير ميکروسکوپي الکتروني روبشي، آناليز ترکيب شيميايي فولاد لوله ي کويل و آب مقطر صنعتي مورد استفاده روي نمونه هاي تهيه شده از گرمکن انجام شد. بر اساس نتايج آزمون ها، ترکيب شيميايي فولاد مطابق استاندارد بود اما آب مقطر صنعتي، ميزان جامدات حل‌شده‌ي بالايي داشت. بررسي ها نشان داد عدم کنترل مناسب سطح آب درون گرمکن، منجر به تشکيل پيل غلظتي اکسيژن روي لوله ها و ايجاد خوردگي خط آب شده است. همچنين، بعد از تبخير قطره هاي حاصل از چگالش بخارات روي سقف، املاح بر سطح بدنه به‌جا مانده و منجر به خوردگي زير رسوبي شده است. به واسطه ي آن اثرات تاول مانندي روي سقف بدنه ي گرمکن ايجاد شده و اين پوسته ها به مرور از سقف روي سطح بالايي لوله ها سقوط کرده و به دليل ساکن بودن آب، روي هم انباشته شده اند؛ پيل اختلاف دمشي تشکيل شده و خوردگي زير رسوب گسترش يافته است. واسطه ي انتقال حرارت در گرمکن ، شامل مخلوطي از آب مقطر صنعتي و Vol.% 20 اتيلن گليکول است. به منظور بررسي ميزان خورندگي آب گرمکن، تأثير غلظت اتيلن گليکول بر خوردگي فولاد کربني نيز بررسي شد. يافته ها نشان داد آب هاي حاوي 40-10% اتيلن گليکول سرعت خوردگي پاييني داشتند. در ادامه، به منظور مطالعه راه حل هاي احتمالي، آزمون هايي براي ارزيابي چند نوع پوشش روي لوله هاي فولاد کربني انجام شد. اين پوشش ها شامل مس، کروماته و گالوانيزه روي بودند. پوشش مس به روش پاشش حرارتي توسط قوس الکتريکي ايجاد شد و جهت آب بندي در محلول سولفات مس آبکاري الکتريکي شد. سپس براي افزايش زاويه ي ترشوندگي و آب گريز شدن سطح، نمونه در محلول کلريد روي تحت آبکاري الکتريکي قرار گرفت و در محلولي از اسيد استئاريک و اتانول غوطه ور شد. مقاومت به خوردگي الکتروشيميايي پوشش ها به ترتيب، در پوشش هاي گالوانيزه، کروماته و مس آب گريز افزايش يافت. کلمات کليدي گرمکن آبي، فولاد ساده hy;ي کربني، خوردگي زير رسوبي، خوردگي خط آب، پوشش مس، کروماته، گالوانيزه.