Epäpuhtaudet vesihöyrypiirissä lähteet ja vaikutukset Susanna Vähäsarja ÅFConsult 11.2.2016 1 Sisältö Epäpuhtauksien lähteet ja kulkeutuminen vesihöyrypiirissä Korroosiovauriot ja muodot vesihöyrypiirissä 2 1
Epäpuhtauksien lähteet vesihöyrypiirissä Prosessin ulkopuolelta tulevat epäpuhtaudet Prosessin sisältä tulevat epäpuhtaudet 3 Sisäiset ja ulkoiset epäpuhtauksien lähteet Kaukolämmön kiertovesi suolat korroosiotuotteet Kattila suolot höyryn mukana korroosiotuotteet kerrostumat Kattilaruiskutus suolot korroosiotuotteet Vesilaitos suolavuodot saostuskemikaalit elvytyskemikaalit hartsit Tulistimet korroosiotuotteet kerrostumat Peittaus peittauskemikaalijäämät Lauhdutin vesi ja ilmavuodot Vesihöyrypiiri Lauhteenpuhdistus Kaasunpoistin happi suolavuodot ioninvaihtohartsit Suljettu JVpiiri glykoli Prosessiputkisto korroosiotuotteet Jäähdytysvesi suolat org. aineet happi Prosessilauhteet suolat happi CO 2 hapot emäkset korroosiotuotteet Säilöntä happi CO 2 Vesipainekoe Suolat korroosiotuotteet 4 2
Ioninvaihtohartsin aiheuttama korroosiovaurio ekonomaiserissa 5 Happokorroosion aiheuttama vaurio epäonnistuneen peittauksen jäljiltä 6 3
Korroosio Metallien elektrokemiallinen syöpyminen (hapettuminen) Korroosiovauriot aiheuttavat: Huoltokustannukset Turvallisuusriski Laitteiden hyötysuhteen aleneminen 7 Korroosion yleiset edellytykset e Anodi + + H + H 2 + + + Katodi Korroosioparin muodostumiseen tarvitaan: Potentiaaliero Elektrolyyttiliuos Sähköinen kontakti + Me + + 8 4
Korroosioparin syntyminen Jaloudeltaan kaksi erilaista metallia kosketuksissa keskenään (esimerkiksi kupari ja rauta) Yksittäisen metallin pinnalle: Metallien epähomogeenisuus Raerajat Raerakenteen virheet Paikalliset poikkeamat lämpökäsittelyssä Ulkoisista tekijöistä johtuvat paikalliset epätasaisuudet Magnetiittikerroksen rikkoutuminen Kerrostumat Raot 9 Esimerkki: happi syövyttää rautaa Fe 2+ Fe 2+ Fe Fe O 2 4 e OH 4 e OH Anodi Katodi Anodi Katodi Fe Fe 2+ + 2e O 2 + H 2 O + 4e OH 10 5
Korroosiomuotoja Korroosio Yleinen syöpyminen Makroskooppinen korroosio Galvaaninen korroosio Eroosiokorroosio Rakokorroosio Pistekorroosio Valikoiva liukeneminen Paikallinen korroosio Mikroskooppinen korroosio Raerajakorroosio Jännityskorroosio Korroosioväsyminen Vetyhaurastuminen 11 Yleinen syöpyminen Metallipinta syöpyy tasaisesti metalli ohenee Korroosiota voidaan arvioida metallin painonmuutoksen perusteella Huomioitava suunnittelussa riittävänä syöpymisvarana 12 6
Galvaaninen korroosio Kaksi eri metallia ovat sähköisesti kosketuksissa toisiinsa epäjalompi metalli syöpyy Tyypillisiä esiintymispaikkoja: metallien liitoskohdat, pultit, ruuvit 13 Eroosiokorroosio (Flow Accelerated Corrosion, FAC) Veden virtaus kiihdyttää korroosiota Metallin mekaaninen kuluminen Kemiallinen korroosio syövyttävän ympäristön johdosta Magneettikerros rikkoutuu/liukenee nopeammin kuin se pystyy uusiutumaan Eroosiokorroosioon vaikuttavat Virtausnopeus (turbulenssi) Materiaali Kemiallinen ympäristö (ph, suolojen pitoisuudet) Kiintoainepitoisuus 14 7
Eroosiokorroosio putken mutkassa 15 Pistekorroosio Paikallinen korroosio, jonka seurauksena metallin pintaan tulee reikiä tai kuoppia Pistekorroosiota aiheuttavat: Paikalliset rikkoutumat magnetiittikerroksessa Paikalliset suuret epäpuhtauspitoisuudet Korroosiotuotteita (ruoste, hydroksidit) muodostuu normaalisti vaurioituneeseen kohtaan Kloridit ja happi lisäävät pistekorroosion riskiä 16 8
Hapen aiheuttama pistekorroosio 17 Rakokorroosio Korroosio kapeissa raoissa, joista vesi ei pääse helposti pois suolot konsentroituvat paikallisesti rakoon 18 9
Jännityskorroosio Jännitys+ syövyttävä ympäristö Jännityksiä: vetojännitys Jäännösjännitys metallin muokkaamisesta Korroosiovaurio alkaa yleensä rikkoutuneesta magnetiittikerroksesta Kun syntynyt halkeama kasvaa, metalli heikkenee Vaikea havaita ennen metallin rikkoutumista NaOH ja kloridi lisäävät jännityskorroosiota 19 Korroosioväsyminen Vaihteleva kuorma/jännitys+ korroosioympäristö Kuorman/jännityksen vaihtelut voivat johtua: Pyörivä akseli Painevaihtelut putkistossa ja säiliöissä Paikalliset lämpötilaerot 20 10
Sisäisen paineen vaihteluiden aiheuttamat pitkittäiset halkeamat kattilaputkessa 21 Väärästä pharvosta johtuvat korroosiomuodot Happokorroosio Alkalikorroosio Vetyhaurastuminen Vetyhyökkäys 22 11
Vetyhaurastuminen ja hyökkäys Magnetiittikerroksen liuetessa liian happaman tai emäksisen veden vuoksi tapahtuu vetyä muodostavaa korroosiota Sopivissa olosuhteissa vety imeytyy metalliin aiheuttaen sisäisiä halkeamia vetyhaurastuminen Vety voi reagoida rautakarbidien kanssa muodostaen metaania metaanikuplien puhjetessa metallin sisällä metalli haurastuu 23 Vetyhaurastuminen 24 12
Vetykorroosion aiheuttama putkirikko 25 Korroosion esto Suunnitteluvaihe Materiaalivalinnat Pinnoitteet Materiaalivahvuudet e Virtausnopeudet Pumppujen mitoitukset: kavitaation esto Rakojen ja virtausvastusten estäminen Galvaanisten parien välttäminen + + H 2 + H + + + Valmistus + Me + Metallin käsittely Käytön aikana Korroosion edellytysten eliminointi (Hyvä vesikemia!) Kerrostumien muodostumisen estäminen ja muodostuneiden kerrostumien poistaminen Laitteiden kunnossapito 26 13
Vesihöyrypiirin epäpuhtaudet 27 Kerrostumien aiheuttajat: kovuussuolat Kalsiumin ja magnesiumin liukoisuus veteen laskee lämpötilan noustessa suolat saostuvat muodostuu kerrostumia Tyypillisiä paikkoja kovuussuolakerrostumille: Ekonomaiseri Syöttövesilinja Syöttövesipumput Riski kovuussuolojen saostumiseen kasvaa, kun käytetään käsittelemätöntä tai huonosti pehmennettyä vettä 28 14
Silikaatti Muodostaa monenlaisia saostumia Kulkeutuu kattilasta höyryn mukana silikaattihappona ja voi saostua turbiinin teriin Silikaatin saostumat erittäin vaikeasti pestäviä/poistettavia Silikaatin aiheuttamat ongelmat korostuvat paineen kasvaessa Silikaatin lähteitä: Huonosti käsitelty raakavesi Ioninvaihtimien silikaattivuodot 29 Paineen vaikutus kattilaveden sallittuun silikaattipitoisuuteen 30 15
Rauta (korroosiotuotteet) Raudan lähteitä: Raakaveden sisältämä rauta Liuennut/irronnut magnetiitti Raudan korroosiotuotteet Korkeat rautapitoisuudet vedessä viittaavat korroosioon vesihöyrypiirissä Rauta muodostaa kerrostumia 31 Kerrostumien vaikutukset Muodostavat hyötysuhdetta huonontavia kerrostumia ekonomaiserissa, höyrystimessä ja tulistimissa Aiheuttavat ylikuumenemisesta johtuvia putkivaurioita Korroosio (rakokorroosio) 32 16
Kerrostuman vaikutus putken lämpötilaan Kerrostumat toimivat eristeenä putken pinnalla Hyötysuhteen pieneneminen Putkien ylikuumeneminen 33 Kerrostumien korroosiota edistävä vaikutus 34 17
Lipeän rikastuminen kerrostuman alle 35 Tyypillisiä kerrostumien esiintymispaikkoja Kattila Ekonomaiseri Höyrystimien poltinvyöhyke Tulistimet Turbiinin terät Prosessiputkisto Mutkat Paikat, joissa lämpötila muuttuu äkisti 36 18
Tulistimen sisäpinnalla oleva lohkeileva kerrostuma 37 Kerrostumien alta paljastuneita korroosiovaurioita korkeapaineturbiinin siivissä 38 19
Liuenneet kaasut Happi Yleisin korroosionaiheuttaja neutraalissa ja alkalisessa vedessä Lähteet: Puutteellinen kaasunpoisto Ilmavuodot Hiilidioksidi Liuetessaan laskee veden ph:ta ja altistaa happokorroosiolle Tasaista syöpymistä ja pistesyöpymistä Lähteet: Ilmavuodot Orgaanisten aineiden hajoamistuotteet Lisäveden bikarbonaatit CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 Hiilihappo 39 Hiilidioksidin aiheuttama lauhdeputken ohentuma 40 20
Liuenneet suolat Liukoiset suolat kiihdyttävät korroosiota Piilokorroosio Rakokorroosio Edistävät eroosiokorroosiota Jännityskorroosio (Na, Cl) Aiheuttavat kerrostumia 41 Yleiset epäpuhtaudet ja ongelmat vesihöyrypiirissä Ongelma Kaasunpoistin Syöttövesipiiri Kattila Tulistimet Turbiini Höyrypiiri Lauhdepiiri Saostumat Kovuus X Silikaatti Rauta X X X X X Metallioksidit X X X X X Orgaanit X X Korroosio Happi X X X X X Alkaliteetti (CO 2 ) Ammoniakki X X X X X Höyryn mukana kulkeutuvat Pisarat X X X X Suolot X X X X 42 21
Epäpuhtauksien kulkeutuminen vesihöyrypiirissä Epäpuhtaudet kulkeutuvat helposti veden mukana (syöttövesi, lauhteet) Kulkeutuminen kattilavedestä höyryyn: Mekaaninen kulkeutuminen Vesipisaroita höyryn mukana Ruiskutusvesi Höyryn mukana voi kulkeutua irtonaista magnetiittia tulistimista turbiiniin Epäpuhtauksien höyrystyminen Haihtuvat epäpuhtaudet kulkeutuvat höyryn mukana kattilasta tulistimiin ja turbiiniin 43 Suolojen mekaaninen siirtyminen, suolojen haihtuminen Korroosio Kattila Tulistimen suolaantuminen, magnetiitin epänormaali kasvu Korroosio, saostumat Korroosio Syöttövesi säiliö Korroosio Korroosio, saostumat Raakavesivuodot, prosessivuodot Lisävesisäiliö Lauhteenpuhdistuksen vuodot: suolavuodot, hartsit suolavuodot, hartsit Lauhdesäiliö Turbiini Epäpuhtauksien vaikutukset vesihöyrypiirissä Lauhdutinvuodot, ilmavuodot, öljyvuodot 44 22
Vesikemia Vesikemian ongelmia (=saostumat ja korroosio vesihöyrypiirissä) voidaan ehkäistä: 1. Peittaus ja magnetiittikalvon kehitysajo 2. Syöttöveden käsittely Lisäveden valmistus Kaasunpoisto Lauhteenpuhdistus Kemikaalien annostus 3. Vesikemian valvonta (näytteenotto) 4. Kattilaveden käsittely (kemikaaliannostelu + ulospuhallukset) 5. Säilöntä 45 23