Ketelcorrosie Voorkomen: Bewezen Strategieën voor Superieure Voederwaterkwaliteit

Ketelstoring is een grote zorg voor verwarmings- en elektriciteitscentrales, en de corrosie geassocieerd met de ketelwaterkwaliteit is bekend als de hoofdoorzaak. De totale kosten van ketelbuisstoringen in elektriciteitscentrales worden geschat op ongeveer $5 miljard per jaar (let op dat deze cijfer uit 2009 is, dus waarschijnlijk veel hoger). Om de langdurige veilige operatie van een ketel te garanderen, moet de waterkwaliteit continu binnen de tolerantie-eisen van de ketel worden gehandhaafd.

Ketel Voederwater Onzuiverheden

Waterbronnen bevatten onzuiverheden die, op bepaalde niveaus, zeer schadelijk kunnen zijn. Bij hoge temperaturen kunnen zelfs sporaantallen van bepaalde stoffen in voederwater ernstige schade aan apparatuur en buizen in korte tijd veroorzaken. Problematische opgeloste of opgeloste stoffen, zuurstof, koolstofdioxide en organische stof kunnen schaalvorming, fouling en corrosie veroorzaken. Bijvoorbeeld:

• IJzer kan afzetten op interne ketelonderdelen en buizen, stroomafwaartse apparatuur beschadigen en de kwaliteit van bepaalde productieprocessen beïnvloeden.
• Koper kan afzettingen laten neerslaan in hoge-druk turbines, hun efficiëntie verminderen en kostbare reiniging of apparatuurvervanging vereisen.
• Silica kan extrem harde schaalvorming veroorzaken, met name in hoge-druk ketels.
• Calcium kan schaalvorming in verschillende vormen veroorzaken, afhankelijk van de chemie van het ketelvoederwater.
• Magnesium kan aan het interieur van de ketel en gecoate buizen hechten, meer vaststoffen aantrekken en bijdragen aan schaal, vooral als gecombineerd met fosfaat.
• Aluminium kan afzetten als schaal op het interieur van de ketel en kan reageren met silica om de waarschijnlijkheid van schaalvorming verder te verhogen.
• Hardheid veroorzaakt afzettingen en schaal op ketelonderdelen en leidingen.
• Opgeloste gassen zoals zuurstof en koolstofdioxide kunnen ernstige corrosie op ketelbuizen en -onderdelen veroorzaken.

De meest voorkomende corrosietype is pittingaanval door opgeloste zuurstof. Dit wordt gekenmerkt door kleine maar diepe gaten die buiswanden doordringen en uiteindelijk leiden tot storing. Factoren die de ernst beïnvloeden, zijn opgeloste zuurstofconcentratie, pH en temperatuur. (Gerelateerde lezing: Hoe Pitting Corrosie Effectief te Herkennen, Voorkomen en Behandelen.)

Om corrosie te voorkomen, moet ketelwater enigszins alkalisch en niet zuur zijn. Onjuiste zuurheid en licht alkalisch water kan metaal en de beschermende film op metaaloppervlakken oplossen.

Zure aanval treedt op als de pH onder 8,5 daalt. In deze toestand zijn materialen vatbaar voor oppervlakteverdunning door etsen. Elk gespannen gebied zou het meest kwetsbaar zijn in dit type aanval.

Kaustische aanval treedt op als de pH boven 12,9 is, en wordt vaak tegengehouden bij hoge temperaturen met fosfaat-behandelde ketels. Afzettingen in hoge warmteoverdrachtsgebieden kunnen magnetietfilm van het basismateriaal afstrijpen.

Schuiming Overloop

Schuiming overloop wordt veroorzaakt door normale ketelonzuiverheden die te geconcentreerd raken, overbehandeling met chemicaliën of een ongelukkige invoering van organische stof (vet of olie) in het ketelvoederwater of condensaatretour. De schuim binnen in de ketel wordt gemakkelijk uit de ketelstoomuitlaat geduwd en kan grote schade veroorzaken. Waterhamer in een stoomleiding, erosie in stoompijpen, en ketel laag water gebeurtenissen zijn voorbeelden.

Ketel Voederwater Behandelingssystemen

Een ketel voederwater behandelingssysteem bestaat uit verschillende individuele technologieën die de conditie van het voederwater aanpakken om aan de eisen van de specifieke ketel te voldoen. Het behandelingssysteem bestaat uit de componenten die nodig zijn om onzuiverheden te verwijderen die altijd aanwezig zijn, ongeacht de bron. Een basaal ketel voederwater behandelingssysteem omvat doorgaans een soort coagulatie, filtratie, ionenuitwisseling, dealkalisatie, deaëratie en membraanprocessen zoals omgekeerde osmose. Deze componenten worden in de volgende secties beschreven. (Gerelateerde lezing: Hoe Chelant-gebaseerde Corrosie in een Ketel Waterpijp te Vermijden.)

Coagulatie en Chemische Uitvalling

Na het verwijderen van alle grote objecten uit de oorspronkelijke waterbron, worden diverse chemicaliën aan een reactietank toegevoegd om de bulksuspended vaststoffen en diverse andere verontreinigingen te verwijderen. Dit proces begint met een assortiment mengreactoren, die doorgaans één of twee reactoren zijn die specifieke chemicaliën toevoegen om alle fijne deeltjes in het water te verwijderen door ze te combineren in zwaardere deeltjes via coagulatie die uiteindelijk uitvallen en afzakken.

Filtratie en Ultrafiltratie

De volgende stap is doorgaans het doorlaten van het water door filtratie om eventuele opgeschorte deeltjes te verwijderen zoals sediment, troebelheid en bepaalde typen organische stof. Het is vaak nuttig om dit vroeg in het proces te doen, aangezien de verwijdering van opgeschorte vaststoffen upstream kan helpen membranen en ionenuitwisselingsharsen te beschermen tegen fouling later in het voorbehandelingsproces.

Ionenuitwisseling Ontharding

Een onthardingsshars kan gebruikt worden om hoge hardheid met bicarbonaten, sulfaten, chloriden of nitraten aan te pakken. Deze procedure gebruikt een sterk zuur kationuitwisselingsproces, waarbij de hars geladen wordt met een natriumion. Hard water passeert door een ontharder, en de calcium- en magnesiumionen ruilen plaats met natriumionen. Natriumionen worden los vastgehouden en worden gemakkelijk vervangen door calcium- en magnesiumionen. Tijdens dit proces worden "vrije" natriumionen in het water vrijgegeven.

Dealkalisatie

Dealkalisatie kan de alkalinitet of pH verlagen, wat een onzuiverheid is die schuiming, corrosie en embrittlement kan veroorzaken. Natriumchloride dealkalisatie gebruikt een sterk anionuitwisselingshars om bicarbonaat, sulfaat en nitraat te vervangen voor chloride anionen.

Omgekeerde Osmose en Nanofiltratie

Omgekeerde osmose (RO) en nanofiltratie (NF) dwingen geperst water door semipermeabele membranen, waarbij verontreinigingen zoals bacteriën, zouten, organische stoffen, silica en hardheid worden gevangen, terwijl geconcentreerd, gezuiverd water doorlaat. Deze filtratie-eenheden worden meestal gebruikt met hoge-druk ketels waar de concentratie van opgeschorte en opgeloste vaststoffen extreem laag gehouden moet worden.

Deaëratie of Degasificatie

Condensaat dat wordt geretourneerd, zal mengen met het behandelde aanvulwater en een deaëratie- of degasificatieproces binnenkomen. Elke spore zuurstof en koolstofdioxide kan extreem corrosief zijn voor ketelapparatuur en leidingen. Daarom is het verwijderen van deze gassen tot acceptabele niveaus imperatief om de levensduur en veiligheid van het ketelsysteem te maximaliseren. Er zijn verschillende typen deaëratieapparaten die in een reeks configuraties komen, maar een vas- of sproeitype deaërator voor degasificatie of zuurstofscavengers zijn de meest voorkomende typen.

Hoge-druk en Lage-druk Ketels

De kwaliteitseisen van het voederwater hangen af van druk en doorstroomsnelheid. Voor bepaalde drukken is er een maximaal niveau van verontreinigingen, en naarmate de druk toeneemt, wordt het kritischer voor grondige waterbehandeling die hogere kwaliteit water oplevert.

Lage-druk ketels (600 PSI en lager) en water met een lage hoeveelheid totale opgeloste vaststoffen (TDS) vereisen doorgaans alleen eenvoudige filtratie en waterontharding. Naarmate de waterchemie dicteert, of naarmate de druk toeneemt, kan een dealkalisatie nodig zijn.

Hoge-druk ketels (600 PSI en hoger) vereisen doorgaans een type demineralisatie, ionenuitwisseling of hars-gebaseerde sandwich of gemengde bed polishing apparaten. Omgekeerde osmose in combinatie met een polishing technologie is erg populair waar extreem hoge zuiverheid water vereist is.

Voederwater Testen en Kwaliteitscontrole

Het voorkomen en minimaliseren van corrosieprocessen in ketels is zeer belangrijk in de thermische energie-industrie. Voederwaterkwaliteit moet op een niveau worden gehandhaafd dat correspondeert met de ontwerpstandaarden, gevolgd door het noteren van eventuele fluctuaties in de gemeten parameters. Er zijn gevoelige online en offline analytische instrumenten die gebruikt kunnen worden om de sleuteldiagnostische parameters te meten die cruciaal zijn voor ketelveiligheid en -prestaties.

Weten waar de voederwaterbronkwaliteit staat ten opzichte van de waterkwaliteit die vereist is voor een specifieke ketel, is essentieel, omdat onvoldoende waterbehandeling kan leiden tot schaalvorming, corrosie en fouling van de ketel en stroomafwaartse apparatuur.