کنترل خوردگی در مبدل‌های حرارتی
کنترل خوردگی
به‌طورکلی برای مقابله با خوردگی چهار روش وجود دارند که عبارتند از:
- جانشین‌سازی یک فلز یا آلیاژ با مقاومت بیشتر (در برابر خوردگی) به‌جای قطعه یا مقطعی که در معرض خوردگی قرار دارد؛
- خالص‌سازی و تصفیه‌ی سیال عامل خوردگی تا حدی که قابلیت خورندگی آن کمتر شود؛
- استفاده از پوشش به‌منظور جداسازی و جلوگیری از تماس مستقیم سیال عامل خوردگی با سطوح مستعد خوردگی؛
- حفاظت کاتدی
روش‌های مذکور به‌هیچ‌وجه روش‌های منفردی نبوده و می‌توان دو یا ترکیبی از آنها را همزمان به کار گرفته و غالباً ترکیبی از دو یا چند روش از روش‌های مذکور نتیجه بهتری را نسبت به حالتی که تنها یکی از روش‌های فوق اتخاذ گردیده به همراه داشته است.
به‌عنوان‌مثال می‌توان به استفاده از پوشش و حفاظت کاتدی در مورد خطوط لوله اشاره کرد. تنها یک روش از روش‌های فوق برای حفاظت سمت آب (سطوح در تماس با آب خنک‌کننده) در کندانسورها و مبدل های حرارتی به‌هیچ‌عنوان قابل قبول نیست و آن استفاده از پوشش است. همانطور که می‌دانیم هر عایق الکتریکی خوب همچنین یک عایق حرارتی خوب نیز می‌باشد و بنابراین در صورت به کارگیری پوشش در این مورد خاص کاهش توان انتقال حرارت به نقض هدف اصلی از طرح مبدل حرارتی می‌انجامد.
در برخی موارد که از یک سیستم بسته آب خنک‌کننده بهره‌برداری می‌کنیم، تصفیه سیال عامل خوردگی در مبدل های حرارتی و کندانسورها عملی است، اما در سیستم‌های باز که فقط یکبار از آب استفاده می‌شود حجم سیال جابه جا شونده بیش از حدی است که بتوان آن را با هزینه معقول و مناسب تصفیه نمود.
معمول‌ترین روش برای مقابله با خوردگی تیوب های کندانسور استفاده از فلزات و آلیاژهایی است که مقاومت بهتری را در برابر خوردگی از خود نشان می‌دهند. در اغلب موارد و حداقل در مورد تیوب ها، به کارگیری این روش نتایج مطلوبی به همراه داشته است. خیلی از براس (برنج)ها و برنزهایی که به کار گرفته‌شده‌اند به‌طور استثنایی خود را با سرویس تطبیق داده‌اند چرا که قابلیت هدایت حرارتی خوبی دارند. البته شایان‌ذکر است که قابلیت هدایت حرارتی هیچ‌یک از آلیاژهایی که برای این منظور به کار گفته‌شده‌اند آن قدر پایین نبوده که ایجاد مشکل نماید.
اما مشکلی که صنعتگران اغلب با آن مواجه شده‌اند خوردگی گالوانیک (دوفلزی) است. هرکجا که جنس تیوب ها از فولادی آلیاژی و جنس پوسته، چانل و تیوب شیت ها از فولاد معمولی (کربن استیل) باشد با مشکل خوردگی گالوانیک مواجه خواهیم شد. در این‌گونه موارد تیوب ها به‌طور ثابت کاتد خواهند بود و سالم می‌مانند ولی بخش‌های فولادی (فولاد معمولی) آند بوده و کلیه حملات خوردگی متوجه آنهاست.
تجربه نشان داده که تیوب شیت ها که نزدیک‌ترین قطعات به تیوب ها می‌باشند اغلب بیش از دیگر قطعات دچار خوردگی می‌شوند. جایگزینی آلیاژهای مقاوم به‌جای فولاد معمولی در ساخت تیوب شیت ها باعث می‌شود تا حملات خوردگی متوجه پوسته مبدل گردد. در چنین حالتی چون نسبت سطح آند به کاتد کاهش می‌یابد خوردگی شدیدتر می‌شود.
البته با نصب کردن آندهای منیزیمی در چانل (جعبه آب) می‌توان با این مشکل به‌طور موفقیت‌آمیزی مقابله نمود. در حالتی که تمام اجزاء مبدل حرارتی از جمله تیوب ها از جنس فولاد معمولی ساخته‌شده باشند، با قرار دادن آندهای منیزیمی تنها می‌توان بخش انتهایی تیوب ها را حفاظت کرد (بخشی که در تیوب شیت قرار می‌گیرد). این حفاظت حداکثر در طولی به‌اندازه‌ی 2 تا 3 برابر قطر تیوب شیت انجام می‌شود. بنابراین در چنین حالتی حفاظت کاتدی به‌تنهایی روش رضایت بخشی نخواهد بود. و بهتر است همزمان با استفاده از حفاظت کاتدی، تیوب ها از آلیاژ مناسبی ساخته شوند که اختلاف‌پتانسیل بین جنس و فولاد معمولی (جنس بدنه) در جدول سری‌های گالوانیک در کمترین حد ممکن باشد.
آندهای منیزیمی به شکل میله‌های رزوه‌دار (با نام تجاری Galvo-Rod) را می‌توان در قسمت چانل (جعبه آب) مبدل حرارتی و در مکانی مناسب نصب نمود. مکان مناسب آند باید چنان انتخاب شود که حتی‌الامکان توزیع جریان حفاظتی به تمام سطوحی که نیازمند حفاظت هستند یکنواخت باشد. میله‌های آندی مشابه همچنین می‌توانند در داخل پوسته ی مبدل قرار گیرند. برای این کار میله‌های آندی رزوه دار در داخل یک بوشن (کوپلینگ) که بر روی پوسته جوش داده‌شده پیچانده و به داخل پوسته هدایت می‌شوند.
البته در این روش هیچ امکانی برای کنترل و اندازه‌گیری جریان حفاظتی و محاسبه میزان حفاظت حاصله وجود ندارد و دوام مورد انتظار آند باید تخمین زده شود. البته هیچ مشکل قابل توجهی به وجود نخواهد آمد، چرا که تجهیزاتی از این نوع (مبدل‌های حرارتی) معمولاً به‌منظور بازرسی در فواصل زمانی منظم و تحت هر شرایطی از سرویس خارج و باز می‌شوند.
بر اساس یک تخمین سرانگشتی به هر فوت مربع از سطح فلزی که در معرض خوردگی قرار داد (غیر از تیوب ها) باید 10 میلی‌آمپر جریان برسد، مقداری که ممکن است بعدها بر اساس تجربه تغییر کند.
میزان جریان خروجی از هر آند بیشتر به قابلیت هدایت الکتریکی آب بستگی دارد. که آن را نیز به نوبه خود پس از انجام آنالیز شیمیایی می‌توان با تعیین میزان کل ذرات جامد محلول (TDS) تخمین زد و از آنجا که این اطلاعات به سادگی قابل دسترسی هستند این روش ساده ترین روش تخمین می‌باشد. برای مثال اگر از یک میله منیزیمی 315/1 اینچی استفاده کنیم میزان جریان خروجی را به طور تخمینی می‌توان از رابطه‌ی زیر به دست آورد.
و سپس می‌توان دوام تقریبی آند را تخمین زد و مبدل حرارتی باید پس از سپری شدن نصف عمر تخمین زده‌شده برای آند، به منظور بازرسی از سرویس خارج گردیده و باز شود (مگر آنکه طبق برنامه برای تعمیرات اساسی زمان‌بندی‌شده زودتر از این زمان باز شود) و میزان مصرف (از دست رفت) آند توسط بازرسی چشمی یا وزن کردن تعیین گردد. و این بار تخمین دقیق‌تر و به واقعیت نزدیک‌تر خواهد بود. در سالیان اخیر استفاده از آندهای قالبی که به وسیله ی پیچ و مهره به صفحات مسطح فولادی بسته می‌شوند معمول شده است.
در این حالت برای جلوگیری از برقراری جریان الکتریکی بیش‌ازحد به سطح دقیقا مجاور اند و از دست رفت بیش از حد آند به واسطه‌ی برقراری این جریان، یک صفحه‌ی لاستیکی در زیر آند قرار داده می‌شود (بین آند و بستر آن).
در مواردی چون آب دریا که مقاومت الکتریکی آب پایین است معقول‌ترین کار این است که میزان جریان خروجی از سطح اند را محدود نماییم، برای این منظور اغلب از واشرهایی که عایق الکتریکی می‌باشند در زیر مهره‌ی نگهدارنده ی آند بر روی سطح فولادی استفاده می‌شود و بدین‌وسیله با کاهش میزان جریان الکتریکی خروجی از آند دوام آن و طول مدت حفاظت سطوح فولادی بیشتر می‌شود.
