الفشل الناجم عن التآكل في فلو غاس سكروببر

فهم الفشل في استخدام الغازات الصخرية

إن أجهزة الصمامات الغازية ذات الصمامات هي نظم حرجة لمراقبة التلوث في محطات توليد الطاقة، وأفران الأسمنت، ومرافق المعالجة الكيميائية، وهي تزيل ثاني أكسيد الكبريت، وكلوريد الهيدروجين، وغيرها من الملوثات الحمضية من مجاري العادم باستخدام ملوثات سائلة، ومعظمها حجر الجير أو خزف الجير، وفي حين أن هذه النظم أساسية لتلبية الأنظمة البيئية، فإنها تعمل في ظروف شديدة العدوانية.

إن التآكل في أجهزة الصعق الغازية المفلورة ليس ظاهرة واحدة بل هو تفاعل معقد بين ردود الفعل الكيميائية والملابس الفيزيائية والقيود المادية، وتتراوح نتائجه بين التنقّف التدريجي للمكونات الهيكلية والإخفاقات المفجعة التي تُطلق غازات خطرة، وهذه المادة تتيح دراسة شاملة لآليات التآكل، وتاريخ الفشل، واستراتيجيات اختيار المواد، وأفضل الممارسات للتفتيش والتخفيف.

بيئة تشغيل فلوي غاس سكروببر

ومن الضروري، لفهم سبب حدوث التآكل، تقدير البيئة أولاً داخل سفينة محتالة، وعادة ما يكون غاز الفلور القادم من عمليات الاحتراق ساخناً (150 درجة مئوية - 200 درجة مئوية) ويحتوي على أكسيد الكبريت وكلوريد الهيدروجين وفلوريد الهيدروجين وأكسيد النيتروجين وسادس الجسيمات، وعندما يتصل هذا الغاز بسلسلة السائل السائل المكعب المضغوطة) التي قد تحدث.

وتخضع المناطق الداخلية للتغير السريع:

• Temperature gradients:] The gas entry zone (inlet duct and quench section) experiences rapid cooling as the hot gas meets the cooler slurry, creating thermal stress and condensation of acidic droplets.
• Low-pH zones:] Despite the bulk slurry having a target pH, localized areas where fresh acidic gas contacts the liquid can have pH values as low as 1-2, especially near the inlet and in mist eliminators.
• Chloride concentration:] Chlorides from coal combustion or from seawater use in coastal plants accumulate in the recirculating slurry. Chloride levels can exceed 50,000 ppm, creating a highly corrosive environment for common stainless steels.
• Erosion-corrosion synergies:] The slurry contains suspended solids (fly ash, limestone particles, gypsum) that abrade protective surface movies, accelerating material loss.

وتقتضي هذه الظروف اختيار مواد البناء ونظم الحماية بعناية، لأن الرقابة الصغيرة قد تؤدي إلى تدهور سريع.

آليات التصويب الرئيسية في فلو غاس سكروببر

ممر الزي الرسمي

ويتميز التآكل الزيمي بفقدان مادي نسبيا عبر سطح ما، ويحدث ذلك في الأنهار عندما يتعرض السطح المبتل بالكامل لبيئة حمضية، ويُستخدم الفولاذ الكاربوني الذي يستخدم أحيانا في قنوات الخردة أو هياكل الدعم، ويمكن أن يتآكل بمعدلات تتجاوز 1-2 ملم في السنة إذا ما ترك معطفا غير محمي، وينتج عن ذلك حامض الكبريت

Pitting Corrosion

ويحدث التخمير هجوما محليا ينتج عنه تجويفات صغيرة أو حفر على سطح المعادن، وهو خطر بوجه خاص لأن حجم التغلغل يمكن أن يكون حادا بينما يظهر السطح في حالة تلف طفيف، ويحدث التخريب عندما ينهار الفيلم السلبي الواقي على الصلب غير القابل للزراعة أو أي سبائك أخرى في منطقة محلية، وغالبا ما يكون ذلك بسبب الكلوريد.

ممر كريفي

ويحدث التآكل الخلقي في الثغرات والمناطق المحمية التي لا يمكن أن تصل إليها البيئة السائبة، مثل البطاطس أو الفلفل أو الودائع أو الاختلالات الحاملة، وفي الأنهار، يمكن أن تستقر رماد الذبابات ومقياس الجبس على الحواف والأسطح الأفقية، وأن تنشئ منطقة ركود تحت الرواسب، وتفضي الخلية التفضيلية إلى التحمض والتركيز على الكلوريد في إطار الإبداع.

التعقب الإجهادي

ويجمع التصدع الإجهادي بين الإجهاد المتوتر والبيئة التآكلية لإنتاج كسور الرشوة في مواد الخلايا العادية، وفي مكابح الغاز المفلطحة، يكون شكلان من أشكال الرعاية الاجتماعية المستدامة شائعان للغاية:

• chloride stress corrosion cracking (Cl-SCC):] Occurs in austenitic stainless steels exposed to chlorides at temperatures above about 60°C. The inlet area of scrubbers, where hot gas impinges, is a high-risk zone Resid tenual stresses from welding or cold forming.
• Caustic stress corrosion cracking:] can occur in carbon steel and stainless steels if the pH becomes too alkaline. While less common in typical scrubber operation, it can happen when caustic (NaOH) is used for pH control and local concentrations become very high.

فغالبا ما تكون حالات فشل مركز الرعاية مفاجئة وكارثة، ويمكن أن ينشر شق واحد من خلال حائط السفينة، مما يتسبب في تسرب أو تمزق دون سابق إنذار.

التآكل - الفساد

ويُعزى التآكل - التآكل إلى تسارع التآكل بسبب إزالة الأكسدة الواقية من الجسيمات البدائية آلياً، وفي الأنهار، تحتوي هذه اللوزة على مواد صلبة معلَّقة تُسجَّل على السطح في سُرعة عالية، ولا سيما في الأرجوان، ونوابل الرذاذ، وكميات الكم من التآكل الكيميائي، مقارنة مع ارتفاع معدلات الميكانيكي.

مواد البناء من أجل مقاومة الكوروسيون

إن اختيار المواد المناسبة لكل عنصر هو خط الدفاع الأول، وتُستخدم المواد التالية عادة في أجهزة الصمامات الغازية المفلورة، وكلها ذات قوة وقيود محددة.

ستايلس

أما الفولاذ غير القابل للصدأ، مثل 304L و 316L، فيستخدم على نطاق واسع ولكن مقاومة محدودة لكلوريد. ويتضمن 316L موليبدينوم، وهو ما يحسن من مقاومة الحفر، ولكن في بيئات عالية الكلور (أكثر من 000 2 جزء من كلوريد)، وقد لا يزال غير كاف.

العيد النيكل - البصل

وبالنسبة لظروف الكلوريد المتطرف والنفط التراكمي، كثيرا ما تحدد المحار التي تستخدم النيكل مثل C-276 (UNS N10276) و Alloy 625 (N06625)، وهذه السبيكات توفر مقاومة ممتازة لكل من الكسر في الضغط وتآكل الضغط، غير أن ارتفاع تكاليفها يحد من استخدامها في المكونات الحرجة مثل مناطق الكتش، ورش العصي، وقطع قطر صغير.

المعادن التفاعلية (تيتانيوم وزيركونيوم)

وتواجه التيتانيوم مقاومة تآكل كبيرة في بيئات الكلوريد، ولكنها يمكن أن تكون عرضة للتآكل في درجة الحرارة العالية (فوق 70 درجة مئوية) ودرجة منخفضة من الهيدروجين، ويوفر زيركونيوم مقاومة أفضل، بل مكلفة، وتستخدم هذه المعادن بصورة انتقائية في أكثر المواقع صعوبة.

المواد غير المميتة

وتستخدم البلاستيك المقوى على الفيبر، وكلوريد متعدد الفينيل، وبوليبروبيلين في بعض الأحيان في أعمال التوصيل والوجبات الخفيفة، والرق في الأقسام ذات الحرارة المنخفضة، وهذه المواد محصنة على التآكل المغالفي ولكنها يمكن أن تنحرف عن التعرض للمركبات فوق البنفسجية، والحدود القصوى لدرجات الحرارة (التي تقل عن 90 درجة مئوية بالنسبة لمركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور)، والأثر الميكانيكي للمركبات.

التكتلات الواقية واللينغز

وحتى مع اختيار المواد بعناية، يتطلب العديد من المكونات المتناثرة حماية إضافية، وتوفر التكليفات والبرق حاجزا بين البيئة التآكلية والغطاء الفرعي الهيكلي (غالبا ما يكون فولاذ الكربون لأسباب تتعلق بالتكلفة).

التكتلات ذات العجلات

وتطبق المطاطات ذات الصلصة العالية الصنع والمترات الفوقية والبوليوريثان في سميكات تتراوح بين 250 و500 ميكرونز، وهي فعالة بالنسبة للخدمة المتوسطة ولكنها معرضة للضرر الميكانيكي والتدوير الحراري، والإعداد السطحي السليم (الإنفجار الدامغ للمعادن البيضاء) والتطبيق الماهر ضروري، حيث أن أي عيب في الكوليوم سيصبح موقعاً للتآكل تحت النسيج.

"اللينغز"

فالبطانات الثقيلة، مثل مضمار الزجاج المزدحم (المضمار الذي يُستخدم بحجم 2-4 ملم) أو الأكسجين المُلَفَّل بالدماغ، تتيح قدرا أكبر من القابلية للدوام، فاللوحات الزجاجية المزلاجة التي تتجه إلى السطح، وتخلق مسارا متضائلا للارتطام، وتستخدم هذه البطانات على نطاق واسع في سفن ممتصِّرة للخات، وتحتاجة إلى إصلاح.

مطاط لينينغ

وكثيرا ما تطبق البطانات المطاطية الكلوروبوتيلية أو البطانات المطاطية الطبيعية، التي تبلغ مساحتها ٣-٦ ملم، على سفن الصدري الفولاذية الكربونية، وهي مقاومة شديدة للأحماض المعدنية والهجوم على الكلوريد، ولكنها لا تستطيع تحمل درجات الحرارة فوق زهاء ٩٠ درجة مئوية دون تردي، كما أنها تتطلب معالجة دقيقة لتجنب التغل ميكانيكيا.

Reractory and Acid-Resistant Bricks

وفي منطقة الكنش التي يدخل فيها الغاز الساخن، يمكن أن تكون درجات الحرارة مرتفعة جدا بالنسبة للبطانات العضوية، وتُستخدم البطانات الطوبية المقاومة للآيد، التي تُعد بمدافع هاون من مهاون بطاطس البوتاسيوم أو راتنج الفرن، وهذه النظم توفر العزل الحراري والمقاومة الكيميائية على السواء.

دراسات حالة عن الفشل في التآكل

القضية 1: الرزم والتبرّع بـ 316 رملاً من طراز Absorber

A coal-fired power plant using a limestone-gypsum wet scrubber experienced frequent leaks in the absorber vessel within three years of startup. The vessel was fabricated from type 316L stainless steel (UNS S31603). Analysis showed chloride levels in the slurry had reached 35,000 ppm due to the use of a recycled wastewater stream. Pitting corrosion

القضية 2: الإجهاد في المطاردة في الدكتات

وفي مصنع كيميائي يستخدم مخرباً لإزالة سداسي كلور حلقي الهكسان وثاني أكسيد الكربون من عملية الكلور، تم تحديد قناة النسيج التي شيدتها 304 لال من الفولاذ اللام للصدأ، بعد 18 شهراً فقط، وحدثت عملية التكسير لمدة 120 درجة مئوية - 150 درجة مئوية، وتم تحديد آلية لغسل الكبريتات الكلوريدية، مع استبدال الجزء المتبقي من الضغط على الركب 2507.

القضية 3: تصوّر كريكفي تحت ودائع غيبسوم

وعانى خزف مصنع الأسمنت من ترفيع شديد على الشعاعات الأفقية داخل السفينة، وكشف التفتيش أن حجم الجوز قد نشأ على السطح العلوي من الشعاع، وخلق بيئة معادية وحمضية تحت الرواسب، وتصل المادة المتراكمة إلى 316L، وتصل معدلات التنظيف إلى 3 ملم/سنة تحت المقياس، وشمل ذلك إعادة تصميم نظام المياه الداخلية المتدفقية إلى جانب 25.

تقنيات التفتيش والرصد

ومن الأهمية بمكان الكشف المبكر عن التآكل لمنع الفشل، وينبغي أن يتضمن برنامج تفتيش شامل للمحتالين ما يلي:

الفحص البصري واختبار العينة (PT)

ويسمح التفتيش الداخلي المنتظم، الذي يُجرى عادة أثناء فترات التصفية المقررة، بتحديد الهوية البصرية للتآكل، والكسر، والتلف الموبوء، ويُستخدم اختبار خماسي الدي لكشف العيوب التي تفرز السطح في المواد غير الحديدية.

قياسات العصيان

(ب) إن نظام " ت " هو الأداة الرئيسية لقياس الخسائر في الجدار من التآكل والحفر بالزي الرسمي، وتُوضع شبكة من قراءات السميك على قوقعة السفينة، وتُستخدم في الرصيف الدقيق مع مرور الوقت، مما يتيح حساب معدلات التآكل، وتوفر التقنيات المتقدمة للمسح الكيميائي خريطة لسمكها المتبقي.

الاختبارات الإشعاعية

وتستخدم مادة الأشعة في الهواء لتفتيش الحامض وكشف الحفر أو التطهيرات الداخلية، وتتيح الإشعاعات الرقمية نتائج أسرع وأسهل حفظا.

Acoustic Emission (AE) Monitoring

وتقنية عصرية للآلام والكروب هي تقنية تكتشف موجات الإجهاد الناتجة عن الكسر النشط أو التشويه المكبوت، ويمكن استخدامها أثناء اختبار الهيدروجين أو حتى أثناء العملية لتحديد مناطق الضرر المستمر، وهي مفيدة بصفة خاصة لكشف الاضطرابات النفسية قبل أن تسبب تسربا.

ملاحقات التصويب ورصد المواقع

ويمكن تركيب أجهزة اختبار المقاومة الكهربائية ومقاومة الاستقطاب الخطي في حلقات التداول الدقيق لقياس معدلات التآكل الفوري، وهذه، بالاقتران مع أجهزة استشعار الهيدروجين والكلوريد ودرجة الحرارة، توفر بيانات مستمرة يمكن استخدامها لتحقيق الاستخدام الأمثل لجرعات المواد الكيميائية أو لكشف الظروف المضطربة.

الاستراتيجيات الوقائية واستراتيجيات التخفيف

مراقبة العمليات

(ب) إن الحفاظ على أعلى مستوى من الهيدروجين في مغسلة الممتصات هو أكثر الطرق فعالية للحد من التآكل.() ويزيد مستوى الهيدروجيني دون 4.5 درجة زيادة كبيرة في معدلات التآكل بالنسبة لمعظم المواد، ويعمل معظم الأسطوانات بين 5 و6 في المائة للحد من كفاءة إزالة ثاني أكسيد الكربون، ولكن التجاوزات في انخفاض مستوى الهيدروجين عند حدوث تغيرات في الحمولة أو انقطاعات في تغذية الحجر الجيري.() وينبغي أن تكون أجهزة الاستشعار الموثوقة للكربونات وثبات المضغوطية القوية

المثبطات الكيميائية

ويمكن إضافة مسببات تآكل إلى المزلاج لتكوين فيلم وقائي على سطح المعادن، كما تستخدم المثبطات الحديثة والقائمة على النيتروجين في بعض الأحيان، ولكن يمكن استهلاكها بسرعة في بيئة عالية الرباط ويمكن أن يتداخل مع كيمياء الرش المكبوت، كما أن المتجانسات العضوية والزواحف تحتاج إلى تقييم ضار للجودة.

تحسينات التصميم

ويمكن أن يمتد الاهتمام بتفاصيل التصميم إلى حد كبير نطاق الحياة في الخدمة، على سبيل المثال:

• تجنب الخرافات باستخدام أغطية كاملة وإلغاء القضبان الخلفية
• توفير الصرف الصحي عند نقاط منخفضة لمنع تراكم السائل.
• تصميم لتيسير الوصول إلى المرافق للسماح بالتنظيف والتفتيش.
• استخدمي اشعة أكبر في القوس الرطبة لتقليل التحات
• تركيب أزواد مياه لسحب ودائع المقياس على السطح الأفقي.

أفضل الممارسات التشغيلية

وتسهم إجراءات مثل التكدس بعد التحلل مع المياه العذبة لإزالة المخلفات الحمضية، والحفاظ على تركيزات صلبة من البلوريات المناسبة للحد من التحات، وتجنب التدرجات المفرطة في درجات الحرارة أثناء البدء والإغلاق في التحكم في التآكل.

خاتمة

وما زالت حالات الفشل الناجمة عن التآكل في أجهزة الصخور الغازية المفلورة تشكل تحدياً تشغيلياً كبيراً في جميع الصناعات التي تعتمد على نظم مكافحة التلوث هذه، فالبيئة الكيميائية العدوانية التي تُصنَّع بواسطة الهيدروجين المنخفض، وتركيزات الكلوريد المرتفعة، وارتفاع درجات الحرارة، وتثبيت الصلود، وتُصدر نهج متعدد الجوانب لاختيار المواد، ونظم الحماية، ومراقبة العمليات، والتفتيش.

وفي حين أن تكلفة تنفيذ السكك الحديدية المقاوم للتآكل والبطانات ذات الأداء العالي يمكن أن تكون كبيرة، فإنها تكون دائما أقل من تكلفة الرحل غير المخطط لها، والإصلاحات الطارئة، والعقوبات التنظيمية، وسيؤدي اتباع نهج استباقي يجمع بين الاختيار المادي المناسب وبرامج الرصد والصيانة الصارمة إلى زيادة العمر التشغيلي لنظم الخناق إلى أقصى حد ممكن، بما يكفل استمرارها في تحقيق الأهداف البيئية بصورة موثوقة وآمنة.

لمزيد من القراءة، انظر مبادئ المعهد الوطني للنانسيين بشأن التآكل في المسكرات الرطبة و] إرشادات تقنية بشأن مواد الإكرام الغازي .