אנו משתמשים בקובצי Cookie כדי לשפר את חוויית הגלישה שלך. על ידי המשך גלישה באתר זה, הנך מסכים לשימוש שלנו בקובצי Cookie. מידע נוסף.
מערכות פרמצבטיות קיטור טהורות או טהורות כוללות גנרטורים, שסתומי בקרה, צינורות חלוקה, מלכודות תרמוסטטיות תרמודינמיות או שיווי משקל, מדי לחץ, מפחיתי לחץ, שסתומי בטיחות וצוברים נפחיים.
רוב החלקים הללו עשויים מפלדת אל-חלד 316 L ומכילים אטמים פלואורופולימריים (בדרך כלל פוליטטרפאלואורואתילן, המכונה גם טפלון או PTFE), כמו גם חומרים חצי-מתכתיים או אלסטומרים אחרים.
רכיבים אלה רגישים לקורוזיה או להתכלות במהלך השימוש, דבר המשפיע על איכות מערכת הקיטור הנקי (CS) המוגמרת. הפרויקט המפורט במאמר זה העריך דגימות נירוסטה מארבעה מקרי בוחן של מערכות CS, העריך את הסיכון להשפעות קורוזיה פוטנציאליות על מערכות תהליך והנדסה קריטיות, ובדק חלקיקים ומתכות במעובה.
דגימות של צנרת ורכיבי מערכת חלוקה שעברו קורוזיה הונחו כדי לחקור תוצרי לוואי של קורוזיה. 9 עבור כל מקרה ספציפי, הוערכו תנאי פני שטח שונים. לדוגמה, הוערכו השפעות סומק סטנדרטיות וקורוזיה.
פני השטח של דגימות הייחוס הוערכו לנוכחות משקעי סומק באמצעות בדיקה ויזואלית, ספקטרוסקופיית אלקטרונים אוגר (AES), ספקטרוסקופיית אלקטרונים לניתוח כימי (ESCA), מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM) וספקטרוסקופיית פוטואלקטרונים של קרני רנטגן (XPS).
שיטות אלו יכולות לחשוף את התכונות הפיזיקליות והאטומיות של קורוזיה ומשקעים, וכן לקבוע את הגורמים המרכזיים המשפיעים על תכונותיהם של נוזלים טכניים או מוצרים סופיים.
תוצרי קורוזיה של פלדת אל-חלד יכולים ללבוש צורות רבות, כגון שכבת קרמין של תחמוצת ברזל (חום או אדום) על פני השטח מתחת או מעל שכבת תחמוצת הברזל (שחורה או אפורה)2. יכולת לנדוד במורד הזרם.
שכבת תחמוצת הברזל (סומק שחור) עשויה להתעבות עם הזמן ככל שהמשקעים הופכים בולטים יותר, כפי שמעידים חלקיקים או משקעים הנראים לעין על פני תא העיקור והציוד או המיכלים לאחר עיקור בקיטור, ישנה נדידה. ניתוח מעבדתי של דגימות מעובה הראה את אופי הבוצה המפוזר ואת כמות המתכות המסיסות בנוזל CS. ארבע
למרות שישנן סיבות רבות לתופעה זו, מחולל ה-CS הוא בדרך כלל התורם העיקרי. לא נדיר למצוא תחמוצת ברזל אדומה (חום/אדום) על משטחים ותחמוצת ברזל (שחור/אפור) בפתחי אוורור הנודדים באיטיות דרך מערכת חלוקת ה-CS.
מערכת החלוקה CS היא תצורה מסועפת עם נקודות שימוש מרובות המסתיימות באזורים מרוחקים או בקצה צינור המים הראשי ותתי-צינורות מסועפים שונים. המערכת עשויה לכלול מספר ווסתים המסייעים בהפעלת הפחתת לחץ/טמפרטורה בנקודות שימוש ספציפיות שעשויות להיות נקודות קורוזיה פוטנציאליות.
קורוזיה יכולה להתרחש גם במלכודות בעיצוב היגייני הממוקמות בנקודות שונות במערכת כדי להסיר מעובה ואוויר מהזרם של קיטור נקי דרך המלכודת, צנרת במורד הזרם/צנרת פריקה או צינור מעובה.
ברוב המקרים, סביר להניח שנדידה הפוכה מתרחשת כאשר משקעי חלודה מצטברים על המלכודת וגדלים במעלה הזרם אל תוך ומעבר לצינורות סמוכים או לאספני נקודות שימוש; חלודה שנוצרת במלכודות או ברכיבים אחרים ניתן לראות במעלה הזרם של המקור עם נדידה מתמדת במורד הזרם ובמעלה הזרם.
חלק מרכיבי הנירוסטה מציגים גם רמות בינוניות עד גבוהות של מבנים מתכתיים, כולל דלתא פריט. גבישי פריט נחשבים כמפחיתים את עמידות בפני קורוזיה, למרות שהם עשויים להימצא בכמות קטנה של 1-5% בלבד.
פריט גם אינו עמיד בפני קורוזיה כמו מבנה הגביש האוסטניטי, ולכן הוא יתקלקל באופן עדיף. ניתן לזהות פריטים במדויק באמצעות גלאי פריט ובדיוק חצי-מדויק באמצעות מגנט, אך ישנן מגבלות משמעותיות.
החל מהקמת המערכת, דרך ההפעלה הראשונית ועד לאתחול גנרטור CS חדש וצנרת חלוקה, ישנם מספר גורמים התורמים לקורוזיה:
עם הזמן, יסודות קורוזיביים כגון אלה יכולים לייצר תוצרי קורוזיה כאשר הם נפגשים, משתלבים וחופפים עם תערובות של ברזל וברזל. פיח שחור נראה בדרך כלל תחילה בגנרטור, לאחר מכן הוא מופיע בצנרת הפליטה של ​​הגנרטור ובסופו של דבר לאורך כל מערכת החלוקה של CS.
ניתוח SEM בוצע כדי לחשוף את המיקרו-מבנה של תוצרי לוואי של קורוזיה המכסים את כל המשטח בגבישים וחלקיקים אחרים. הרקע או המשטח הבסיסי עליו נמצאים החלקיקים משתנה מדרגות שונות של ברזל (איור 1-3) ועד לדגימות נפוצות, כלומר סיליקה/ברזל, חוליות, זגוגיות, משקעים הומוגניים (איור 4). נותחו גם מפוחי מלכודת הקיטור (איור 5-6).
בדיקת AES היא שיטה אנליטית המשמשת לקביעת הכימיה של פני השטח של פלדת אל-חלד ולאבחון עמידותה בפני קורוזיה. היא גם מראה את ההידרדרות של הסרט הפסיבי ואת הירידה בריכוז הכרום בסרט הפסיבי ככל שהפני השטח מתדרדרים עקב קורוזיה.
כדי לאפיין את הרכב היסודות של פני השטח של כל דגימה, נעשה שימוש בסריקות AES (פרופילי ריכוז של יסודות פני השטח לאורך עומק).
כל אתר ששימש לניתוח והרחבת SEM נבחר בקפידה כדי לספק מידע מאזורים אופייניים. כל מחקר סיפק מידע החל משכבות המולקולריות העליונות (המוערכות ב-10 אנגסטרום [Å] לכל שכבה) ועד לעומק סגסוגת המתכת (200-1000 Å).
כמויות משמעותיות של ברזל (Fe), כרום (Cr), ניקל (Ni), חמצן (O) ופחמן (C) נרשמו בכל אזורי רוז'. נתוני ותוצאות AES מפורטים בפרק ניתוח מקרה.
תוצאות ה-AES הכוללות עבור תנאי ההתחלה מראות כי מתרחש חמצון חזק בדגימות עם ריכוזים גבוהים במיוחד של Fe ו-O (תחמוצות ברזל) ותכולת Cr נמוכה על פני השטח. משקעים אדמדמים אלה גורמים לשחרור חלקיקים שעלולים לזהם את המוצר ואת המשטחים הבאים במגע עם המוצר.
לאחר הסרת הסומק, הדגימות ה"פסיביות" הראו התאוששות מלאה של הסרט הפסיבי, כאשר Cr הגיע לרמות ריכוז גבוהות יותר מאשר Fe, עם יחס פני שטח של Cr:Fe שנע בין 1.0 ל-2.0 והיעדר כללי של תחמוצת ברזל.
מגוון משטחים מחוספסים נותחו באמצעות XPS/ESCA כדי להשוות ריכוזי אלמנטים ומצבי חמצון ספקטרליים של Fe, Cr, גופרית (S), סידן (Ca), נתרן (Na), זרחן (P), חנקן (N), O ו-C (טבלה A).
יש הבדל ברור בתכולת Cr מערכים הקרובים לשכבת הפסיבציה לערכים נמוכים יותר הנמצאים בדרך כלל בסגסוגות בסיס. רמות הברזל והכרום הנמצאות על פני השטח מייצגות עוביים ודרגות שונים של משקעי רוז'. בדיקות XPS הראו עלייה ב-Na, C או Ca על משטחים מחוספסים בהשוואה למשטחים נוקים ופסיבציה.
בדיקות XPS הראו גם רמות גבוהות של C באדום ברזל (שחור) וכן Fe(x)O(y) (תחמוצת ברזל) באדום. נתוני XPS אינם שימושיים להבנת שינויים במשטח במהלך קורוזיה מכיוון שהם מעריכים גם את המתכת האדומה וגם את מתכת הבסיס. נדרשת בדיקות XPS נוספות עם דגימות גדולות יותר כדי להעריך כראוי את התוצאות.
מחברים קודמים התקשו גם הם להעריך נתוני XPS.10 תצפיות שטח במהלך תהליך הסרת החומר הראה שתכולת הפחמן גבוהה ובדרך כלל מוסרת באמצעות סינון במהלך העיבוד. מיקרוסקופיות SEM שצולמו לפני ואחרי טיפול הסרת קמטים ממחישות את הנזק לפני השטח הנגרם על ידי משקעים אלה, כולל גומות ונקבוביות, המשפיעים ישירות על הקורוזיה.
תוצאות ה-XPS לאחר הפסיבציה הראו כי יחס תכולת Cr:Fe על פני השטח היה גבוה בהרבה כאשר סרט הפסיבציה נוצר מחדש, ובכך הפחית את קצב הקורוזיה והשפעות שליליות אחרות על פני השטח.
דגימות הקופונים הראו עלייה משמעותית ביחס Cr:Fe בין המשטח "כפי שהוא" למשטח שעבר פסיבציה. יחסי Cr:Fe ראשוניים נבדקו בטווח של 0.6 עד 1.0, בעוד שיחסי הפסיבציה לאחר הטיפול נעו בין 1.0 ל-2.5. הערכים עבור פלדות אל-חלד שעברו ליטוש אלקטרופולישי ופסיבציה הם בין 1.5 ל-2.5.
בדגימות שעברו עיבוד שלאחר העיבוד, העומק המרבי של יחס Cr:Fe (שנקבע באמצעות AES) נע בין 3 ל-16 Å. הם משתווים לטובה לנתונים ממחקרים קודמים שפורסמו על ידי Coleman2 ו-Roll.9 בפני השטח של כל הדגימות היו רמות סטנדרטיות של Fe, Ni, O, Cr ו-C. רמות נמוכות של P, Cl, S, N, Ca ו-Na נמצאו גם ברוב הדגימות.
שאריות אלו אופייניות לחומרי ניקוי כימיים, מים מטוהרים או אלקטרופוליש. בניתוח נוסף נמצא זיהום מסוים של סיליקון על פני השטח וברמות שונות של גביש האוסטניט עצמו. נראה כי המקור הוא תכולת הסיליקה של המים/קיטור, ליטושים מכניים או זכוכית ראייה מומסת או חרוטה בתא ייצור ה-CS.
דווח כי תוצרי קורוזיה המצויים במערכות CS משתנים מאוד. זאת בשל התנאים המשתנים של מערכות אלו ומיקום רכיבים שונים כגון שסתומים, מלכודות ואביזרים אחרים שיכולים להוביל לתנאים קורוזיביים ותוצרי קורוזיה.
בנוסף, לעיתים קרובות מוכנסים למערכת רכיבים חלופיים שאינם עברו פסיבציה כראוי. תוצרי קורוזיה מושפעים באופן משמעותי גם מתכנון מחולל ה-CS ומאיכות המים. סוגים מסוימים של גנרטורים הם דודי חום מחדש בעוד שאחרים הם פלאשים צינוריים. גנרטורים מסוג CS משתמשים בדרך כלל במסנני קצה כדי להסיר לחות מקדימה נקייה, בעוד שגנרטורים אחרים משתמשים במחסומי חום או ציקלונים.
חלקם מייצרים פטינה כמעט מוצקה של ברזל בצינור החלוקה ובברזל האדום המכסה אותו. הבלוק המבולבל יוצר שכבת ברזל שחורה עם סומק תחמוצת ברזל מתחת ויוצר תופעה שנייה של פני השטח העליונים בצורת סומק מפויח שקל יותר לנגב מעל פני השטח.
ככלל, משקע זה, דמוי פיח ברזלי, בולט הרבה יותר מהמשקע האדום-ברזל, והוא נייד יותר. עקב מצב החמצון המוגבר של הברזל במעובה, הבוצה הנוצרת בתעלת המעובה בתחתית צינור החלוקה מכילה בוצת תחמוצת ברזל מעל בוצת הברזל.
סומק תחמוצת הברזל עובר דרך קולט העיבוי, הופך גלוי בביוב, והשכבה העליונה נשחקת בקלות מהשטח. איכות המים משחקת תפקיד חשוב בהרכב הכימי של הסומק.
תכולת פחמימנים גבוהה יותר גורמת לכמות גדולה מדי של פיח בשפתון, בעוד שתכולת סיליקה גבוהה יותר גורמת לתכולת סיליקה גבוהה יותר, וכתוצאה מכך שכבת שפתון חלקה או מבריקה. כפי שצוין קודם לכן, משקפי ראייה בגובה המים נוטים גם הם לקורוזיה, מה שמאפשר כניסה של פסולת וסיליקה למערכת.
האקדח מהווה מקור לדאגה במערכות קיטור מכיוון שיכולות להיווצר שכבות עבות היוצרות חלקיקים. חלקיקים אלה נמצאים על משטחי קיטור או בציוד עיקור קיטור. הסעיפים הבאים מתארים השפעות אפשריות של תרופות.
סריקות ה-SEM כפי שהן באיורים 7 ו-8 מראות את האופי המיקרו-גבישי של קרמין מסוג 2 במקרה 1. מטריצה ​​צפופה במיוחד של גבישי תחמוצת ברזל נוצרה על פני השטח בצורת שארית דקה. משטחים שעברו חיטוי ופסיבציה הראו נזקי קורוזיה שהביאו למרקם פני שטח מחוספס ומעט נקבובי כפי שמוצג באיורים 9 ו-10.
סריקת NPP באיור 11 מציגה את המצב ההתחלתי של המשטח המקורי עם תחמוצת ברזל כבדה עליו. המשטח שעבר פסיבציה והסרת קצוות (איור 12) מצביע על כך שלסרט הפסיבי יש כעת תכולת Cr (קו אדום) גבוהה יותר מ-Fe (קו שחור) ביחס Cr:Fe > 1.0. המשטח שעבר פסיבציה והסרת קצוות (איור 12) מצביע על כך שלסרט הפסיבי יש כעת תכולת Cr (קו אדום) גבוהה יותר מ-Fe (קו שחור) ביחס Cr:Fe > 1.0. Пассивированная и обесточенная поверхность (рис. 12) указывает на то, что пассивная пленка теперень имесет повыѶ (красная линия) по сравнению с Fe (черная линия) при соотношении Cr:Fe > 1,0. המשטח שעבר פסיבציה והפסקת אנרגיה (איור 12) מצביע על כך שלסרט הפסיבי יש כעת תכולה מוגברת של Cr (קו אדום) בהשוואה ל-Fe (קו שחור) ביחס של Cr:Fe > 1.0.钝化和去皱表面（图12）表明，钝化膜现在的Cr（红线）含量高于Fe（黑缇Fe（黑缌1.0. Cr（红线）含量高于Fe（黑线），Cr:Fe 比率> 1.0. Пассивированная и морщинистая поверхность (ר. 12) показывает, что пассивированная пленка теперь имекет босле Cr (красная линия), чем Fe (черная линия), при соотношении Cr:Fe > 1,0. המשטח הפסיב והמקומט (איור 12) מראה כי לסרט הפסיב יש כעת תכולת Cr גבוהה יותר (קו אדום) מאשר Fe (קו שחור) ביחס Cr:Fe > 1.0.
שכבת תחמוצת כרום דקיקה יותר (< 80Å) פסיבית מגנה יותר משכבת ​​תחמוצת ברזל גבישית בעובי של מאות אנגסטרום, העשויה ממתכת בסיסית ואבנית עם תכולת ברזל של יותר מ-65%.
ההרכב הכימי של המשטח שעבר פסיבציה ומקומט דומה כעת לחומרים מלוטשים שעברו פסיבציה. המשקע במקרה 1 הוא משקע מסוג 2 המסוגל להיווצר באתרו; ככל שהוא מצטבר, נוצרים חלקיקים גדולים יותר הנודדים עם הקיטור.
במקרה זה, הקורוזיה המוצגת לא תוביל לפגמים חמורים או להידרדרות באיכות פני השטח. קמטים רגילים יפחיתו את ההשפעה הקורוזית על פני השטח ויבטל את האפשרות של נדידה חזקה של חלקיקים שעשויים להפוך לגלויים.
באיור 11, תוצאות AES מראות כי שכבות עבות ליד פני השטח מכילות רמות גבוהות יותר של Fe ו-O (500Å של תחמוצת ברזל; קווים ירוקים וכחולים בצבע לימון, בהתאמה), ועוברות לרמות מסוממות של Fe, Ni, Cr ו-O. ריכוז ה-Fe (הקו הכחול) גבוה בהרבה מזה של כל מתכת אחרת, ועולה מ-35% על פני השטח ליותר מ-65% בסגסוגת.
על פני השטח, רמת ה-O (קו ירוק בהיר) עוברת מכמעט 50% בסגסוגת לכמעט אפס בעובי שכבת תחמוצת של יותר מ-700 Å. רמות ה-Ni (קו ירוק כהה) וה-Cr (קו אדום) נמוכות ביותר על פני השטח (< 4%) ועולות לרמות רגילות (11% ו-17%, בהתאמה) בעומק הסגסוגת. רמות ה-Ni (קו ירוק כהה) וה-Cr (קו אדום) נמוכות ביותר על פני השטח (< 4%) ועולות לרמות רגילות (11% ו-17%, בהתאמה) בעומק הסגסוגת. Уровни Ni (темно-зеленая линия) и Cr (красная линия) чрезвычайно низки на поверхности (<4%) и увеличиваются (11% ו-17% соответственно) в глубине сплава. רמות ה-Ni (קו ירוק כהה) וה-Cr (קו אדום) נמוכות ביותר על פני השטח (<4%) ועולות לרמות רגילות (11% ו-17% בהתאמה) עמוק בסגסוגת.表面的Ni（深绿线）和Cr（红线）水平极低（< 4%），而在合金深度处增加到正常水平（分别为11% 和17%）.表面的Ni（深绿线）和Cr（红线）水平极低（< 4%），而在合金深度处增加到歌常水平（分别咺11% Уровни Ni (темно-зеленая линия) и Cr (красная линия) на поверхности чрезвычайно низки (<4%) и увеличиваются глубине сплава (11% ו-17% соответственно). רמות ה-Ni (קו ירוק כהה) וה-Cr (קו אדום) על פני השטח נמוכות ביותר (<4%) ועולות לרמות רגילות עמוק בסגסוגת (11% ו-17% בהתאמה).
תמונת AES באיור 12 מראה כי שכבת ה-Rouge (תחמוצת ברזל) הוסרה וסרט הפסיבציה שוחזר. בשכבה הראשונית של 15Å, רמת ה-Cr (קו אדום) גבוהה מרמת ה-Fe (קו שחור), שהיא סרט פסיבי. בתחילה, תכולת ה-Ni על פני השטח הייתה 9%, ועלתה ב-60-70Å מעל רמת ה-Cr (± 16%), ולאחר מכן עלתה לרמת סגסוגת של 200Å.
החל מ-2%, רמת הפחמן (הקו הכחול) יורדת לאפס ב-30 Å. רמת ה-Fe נמוכה בתחילה (< 15%) ובהמשך שווה לרמת ה-Cr ב-15Å וממשיכה לעלות עד לרמת הסגסוגת של יותר מ-65% ב-150Å. רמת ה-Fe נמוכה בתחילה (< 15%) ובהמשך שווה לרמת ה-Cr ב-15Å וממשיכה לעלות עד לרמת הסגסוגת של יותר מ-65% ב-150Å. Уровень Fe вначале низкий (< 15%), позже равен уровню Cr при 15 Å и продолжает увеличиваться до урлавне спо5% спо5% Å. רמת ה-Fe נמוכה בתחילה (< 15%), בהמשך שווה לרמת ה-Cr ב-15Å וממשיכה לעלות ליותר מ-65% מרמת הסגסוגת ב-150Å. Fe 含量最初很低(< 15%)，后来在15 Å 时等于Cr 含量，并在150 Å 时继续增加切超的合金含量. Fe 含量最初很低(< 15%)，后来在15 Å 时等于Cr 含量，并在150 Å 时继续增加切超的合金含量. Содержание Fe изначально низкое (< 15%), позже оно равняется содержанию Cr при 15 Å и продолжает уветьсичид сплава более 65% при 150 Å. תכולת ה-Fe נמוכה בתחילה (< 15%), בהמשך היא שווה לתכולת ה-Cr ב-15Å וממשיכה לעלות עד שתכולת הסגסוגת עולה על 65% ב-150Å.רמות ה-Cr עולות ל-25% מהשטח ב-30Å ויורדות ל-17% בסגסוגת.
רמת ה-O2 המוגברת ליד פני השטח (קו ירוק בהיר) יורדת לאפס לאחר עומק של 120Å. ניתוח זה הדגים שכבת פסיבציה מפותחת היטב על פני השטח. תצלומי ה-SEM באיורים 13 ו-14 מראים את האופי הגבישי המחוספס, המחוספס והנקבובי של שכבות תחמוצת הברזל הראשונה והשנייה על פני השטח. המשטח המקומט מראה את השפעת הקורוזיה על משטח מחוספס חלקית (איורים 18-19).
המשטחים הפסיבטיביים והמקומטים המוצגים באיורים 13 ו-14 אינם עומדים בפני חמצון חמור. איורים 15 ו-16 מציגים שכבת פסיבציה משוחזרת על משטח מתכת.