ALTANLAR, S. 1, ERDEM, F. 1

Transkript

1 ANKARA ŞEKER FABRİKASI KAZAN BESLEME SUYU VE KAZAN SUYUNDA ST 35.8 VE ÇELİĞİNİN KOROZYON DAVRANIŞLARININ İNCELENMESİ ALTANLAR, S. 1, ERDEM, F. 1 1 TŞFAŞ. Şeker Enstitüsü, Teknolojik Araştırmalar Bölümü, Etimesgut, Ankara, Türkiye ÖZET: Bu çalışmada Türkiye Şeker Fabrikaları A.Ş. ne bağlı Ankara Şeker Fabrikasının kampanya dönemi ve kampanya döneminde 50 t/h lik VKW ve 16 t/h lik Borsig kazanları kazan besleme ve kazan sularında St 35.8 ve çeliğinin korozyon davranışları incelenmiştir. Bu çelikler kazan borularında kullanılmaktadır. Iki kampanya boyunca düzenli olarak kazan suyu ve kazan besleme suyu numuneleri alınmış ve bu numunelerde ph, iletkenlik, sertlik, p-alkalite değerleri ile Potansiyostat/Galvanostat cihazı ve ASTM D 3263 e göre kupon testi ile korozyon hızı ölçümleri yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar tablolar ve grafikler halinde makalede verilmiştir. Anahtar Kelimeler: Buhar kazanı, kazan borusu, kazan besleme suyu, kazan suyu. INVESTIGATION ON BEHAVIOURS OF ST 35.8 AND STEELS IN BOILER FEED WATER AND BOILER WATER OF ANKARA SUGAR FACTORY ABSTRACT: In this study, corrosion behaviours of St 35.8 and steels in boiler feed water and boiler water of VKW (50t/h) and Borsig boilers (16t/h) were investigated in Ankara Sugar Factory during campaign periods of and These steels are used in boiler tubes. Boiler feed water and boiler water samples were taken regularly in both campaign period and ph, conductivity, hardness, p-alkalinity values were measured. Beside these values, corrosion rates were measured by using potentiostat/galvanostat apparatus and according to ASTM D 3263 Coupon Test Method. The obtaining resuls are given as tables and graphs in the paper. Keywords: Boiler, boiler tubes, boiler feed water, boiler water. 1. GİRİŞ Türkiye Şeker Fabrikaları A. Ş. ne bağlı şeker fabrikalarında kullanılan buhar kazanları su borulu kazanlar olup, kapasitelerine göre yaklaşık 25 Atü dolayında (yeni kazanlar Atü arasında) buhar üretirler. Kazan borularının içindeki su, boru dışından verilen ısı ile önce doymuş buhara, daha sonra da kızgın buhara ( C sıcaklığında) dönüştürülür. Geniş bir sıcaklık aralığında çalışan su borulu kazanların birçoğunda, boru malzemesi olarak düşük karbonlu çelik kullanılır. Kazanlardaki boru malzemeleri binlerce metre uzunluğunda, çeşitli çap ve et kalınlığında çelik borudur ve kullanılan metal büyük önem taşır. Su borulu kazanlarda su dolaşım boruları St 35.8 yumuşak çelik malzemeden, kızgın buharın oluştuğu kızdırıcı boruları ise alaşımlı çelik malzemeden üretilmektedir. Buhar kazanlarında üretilen buharın bir kısmı (sağlam buhar) türbinlerde elektrik üretiminde kullanılmakta, bir kısmı da (çürük buhar) buhar regülatörlerinde Atü basınca düşürülerek proseste kullanılmaktadır. Buhar regülatöründen çıkan bu buhar, türbinden çıkan yaklaşık 2 bar basınçtaki buharla karıştırılarak şeker fabrikasında buharlaştırıcı istasyonunda kullanılmak üzere ham fabrikaya gönderilir (retür buharı-geri dönen buhar). Türbinden çıkan buhardan proseste ısıtma ve buharlaştırma amaçlı yararlanılmaktadır. Isıtma ve buharlaştırmada kullanılarak yoğuşan buhar, fabrikada birkaç noktada toplatılıp, pompa vasıtasıyla kazan besleme suyu olarak tekrar kazana gönderilmektedir. Çeşitli nedenlerle (blöf, şeker kaçağı

2 nedeniyle yapılan tahliyeler, vs) kazan suyunda oluşan kayıplarda ise, su hazırlama ünitelerinden elde edilen su ile kazana takviye yapılmaktadır (1). Kazana verilecek suyun kazan tesisatına zarar verecek yabancı maddelerden olanaklar ölçüsünde temizlenmiş olması gerekir. Sudan atılması gereken bu maddeler; taş ve çamur oluşumuna yol açan maddeler, erimiş tuzlar, yağ, çözünmüş gazlar veya buharla beraber sürüklenerek bazı zararlara yol açabilecek diğer maddelerdir. Kazan besleme ve kazan suyu için aşağıda verilen değerlere uyulması kazanların ömrü, verimi ve korozyona karşı muhafazası açısından şarttır (1). Kazan Besleme Suyu Basınç, atü Sertlik, mval/l O 2, mg/l < Toplam karbondioksit, mg/l <20 <20 <20 <1 (CO 2 +HCO 3 +CO 3 ) ph değeri, 20 C >9 >9 >9 >9 Yağ, mg/l, en fazla Demir, mg/l, en fazla Bakır, mg/l, en fazla Askıda madde Permanganat sarfiyatı, mg/l <10 <10 <10 <5 Kazan suyunda aranan özellikler Basınç, atü p- alkalitesi, mval/l < İletkenlik, 20 C, µs/cm < Silikat, SiO2, mg/l < (70+7p) (30+3p) 10 4 P 2 O 5, mg/l < ph değeri, 20 C Yağ, mg/l, en fazla Kazan borularında meydana gelen hasarlar, onarılması için paraya ve zamana ihtiyaç duyulan oldukça pahalı ve önemli problemlerdir. Tek bir boru bile patlasa, patlayan borunun tamir edilmesi için bütün ünitenin devre dışı kalması söz konusudur. Boru metalinin yapısal düzenliliği tehlikeye girdiğinde kazan borusu kayba uğrar. Çalışan kazanlarda, bazı durumlar boru delinmelerini etkiler. Genellikle bu durumlar, kazan borusu üzerinde etkili olan ve onu zayıflatan bir takım korozyon-erozyon kombinasyonu ile işlenmiş olur. Kazan boruları yüksek sıcaklık ortamına karşı koruyucu olan kompleks metal oksit

3 tabakası ile kaplıdır. Kazan boruları alev-tarafı ve su-tarafı problemlerine maruz kalırlar. Sutarafı mekanizması terimi boruların su ile teması olan yüzeylerdeki korozyon hasarlarını ifade eder. Bununla beraber suyun kendisi oluşan hasardan her zaman sorumlu değildir. Sutarafı korozyon mekanizması iki ana kategoriye ayrılır: fiziksel ve kimyasal. Fiziksel mekanizma buhar örtüsünü ve aşırı ısınmayı içerir. Kimyasal mekanizma ise birikinti, kostik, asidik ve şelat (kenetlenme) korozyonunu; oksidasyonu ve hidrojen gevrekleşmesini (kırılganlığını) içerir. 2. YÖNTEM 2.1. Kazan sularının korozyona etki eden özellikleri, ilgili ölçümler Kazan borularında kullanılan çelik malzemelere göre, kazan aksamında oluşan korozyon hasarına kazan besleme ve kazan suyunun etki derecesini incelemek amacı ile Ankara Şeker Fabrikası kazan dairesinden ve kampanyalarında kazan besleme ve kazan sularından düzenli bir şekilde numuneler alınarak ölçümler alınmıştır. Bu numunelerde ph, iletkenlik,, sertlik ve korozyon hızı ölçülmüştür. ph ve iletkenlik T.Ş.F.A.Ş., EMAF (Elekrtromekanik Aygıtlar Fabrikası) yapımı ph ölçerde ve sayısal g ölçerde 20 o C de ölçülmüştür. P-alkalitesi n/10 HCl ile fenolftaleine karşı titre edilerek, sertlik ise 1 ml si 0.5 mg CaO e eşdeğer olarak hazırlanmış komplexon çözeltisi ile titre edilerek tayin edilmiştir. Korozyon hızları ise, kazan borularına ait malzemeden hazırlanan kuponlarla kupon testi (ASTM D 3263 ) yapılarak ölçülmüştür. Ankara Şeker Fabrikasına ait kazan besleme ve kazan sularında korozyon hızları hem St 35.8 kalite malzemeden hazırlanan kuponlarla, hem de kalite malzemeden hazırlanan kuponlarla ölçülmüştür. Elde edilen sonuçların ortalama değerleri kampanya değerleri için Tablo 1 de, de kampanya değerleri için Tablo 2 de verilmiştir. 2.2 St 35.8 ve Çeliğinin kazan suyu ve kazan besleme suyu içerisindeki korozyon özelliklerinin bulunması, ilgili ölçümler St 35.8 ve çeliğinden silindirik olarak hazırlanan elektrotlarla tafel eğrileri Gamry marka potansiyostat/galvanostat kullanılarak elde edilmiştir. Karşı elektrot olarak platin elektrot, referans elektrot olarak Ag/AgCl elektrot kullanılmıştır. Deney hücresi 750 cm 3 hacme sahip çok ağızlı bir balondur. Şerbetler hücreye hep aynı hacimde ilave edilmiştir. Referans elektrot yandaki ağızdan çözeltiye daldırılan bir Luggin köprüsü ile şerbetten ayrı bir bölmede tutulmuştur. Deneyler havalı ve azot geçirilen ortamlarda yapılmıştır. Deneylerden önce çelik elektrotlar 0.05, 1.0 ve 3.0 mikronluk alüminyum parlatma çözeltisi kullanılarak zımpara kağıdı ile ayna parlaklığına kadar parlatılmıştır. Bağlantılar yapılarak sistemin dengeye gelmesi beklenmiş, potansiyel korozyon potansiyelinden yaklaşık 250 mv negatiften başlayarak pozitife doğru 2 mv/s tarama hızı ile artırılmıştır. Elde edilen sonuçların ortalama değerleri kampanya değerleri için Tablo 1 de, kampanya değerleri için Tablo 2 de verilmiştir. Ankara Şeker Fabrikasına ait 50 t/h VKW ve 16 t/h lik Borsig kazanı kazan besleme ve kazan sularından alınan numunelerde St 35.8 ve kalite çelik malzemeden hazırlanan elektrotlarla elde edilen ve tekrarlanabilirliği yüksek olan E-logİ eğrilerine birer örnek Şekil 1 de verilmiştir.

4 3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Kampanyasında Ankara Şeker Fabrikası kazan dairesinden alınan kazan besleme ve kazan suyu numuneleri derin dondurucuya konulmuştur Eylül ayı içerisinde deneysel çalışmalara başlanmıştır. Bu arada kampanya döneminde de düzenli olarak kazan besleme ve kazan sularından numuneler alınmıştır. Numuneler derin dondurucuya konulmadan önce ph, iletkenlik, sertlik ve değerleri ölçülmüştür. Kupon testleri ve potansiyostat ile yapılacak olan korozyon hızı analizleri için numuneler derin dondurucuda saklanmıştır. Tablo 1 de kampanya döneminde Ankara Şeker Fabrikası kazan besleme ve kazan sularından farklı zamanlarda alınan 18 adet numunede ph, iletkenlik, sertlik ve p- alkalitesi analizleri yapılmış, St 35.8 ve kalite çelik ile hazırlanan elektrotlarla havalı ve havasız ortamda 72 adet deney yapılmış ve bu deneylerin ortalamaları alınmıştır Tablo 2 de ise kampanya döneminde Ankara Şeker Fabrikası kazan besleme ve kazan sularından farklı zamanlarda alınan 45 adet numunede ph, iletkenlik, sertlik ve p- alkalitesi analizleri yapılmış, St 35.8 ve kalite çelik ile hazırlanan elektrotlarla havalı ve havasız ortamda 180 adet deney yapılmış ve bu deneylerin ortalamaları alınmıştır. Tablo 1 ve Tablo 2 incelendiğinde Ankara Şeker Fabrikasının kazan besleme suyu ve kazan suyundaki ph ve sertlik değerleri Giriş Bölümünde verilen kazan besleme suyu ve kazan suyunda aranan özelliklerle kıyaslandığında, istenilen değerlerde olmadığı görülmektedir. Bu değerlerin istenilen sınırlar içerisinde olması için, fabrikalar tarafından kazan besleme suyu hazırlama tesislerine gerekli özenin gösterilmesi, kampanya sırasında ise kazana dönen kondense sularına şeker v.b herhangi bir safsızlığın kaçmamasına özellikle dikkat edilmesi gerekmektedir. Besleme suyundaki toplam sertlik, toplam alkalite ve iletkenlik değerlerinin düşük olması, besleme suyunun kalitesini göstermektedir.

5 Kazan Besleme Suyu (Genel Ortalama) 9,63 240,61 0,235 0,154 Havalı 0,1306 0,3571 Havasız 0,0234 St 35.8 Havalı 0,0612 Havasız 0,0454 0,0110 Borsig Kazan Suyu (16 t/h) (Genel Ortalama) 8,77 222,87 0,503 0,026 Havalı 0,1457 Havasız 0,0251 0,3608 Havalı 0,0488 Havasız 0,0242 0,3361 VKW Kazan Suyu (50t/h) (Genel Ortalama) Analizler ph İletkenlik (µs/cm) Sertlik(mval/L) 7,78 227,25 0,521 0,004 Havalı 0,0796 Havasız 0,0561 Havalı 0,1447 Havasız 0,0671 0,3703 0,2565 Tablo Kampanya Dönemi Ortalama Değerleri

6 Kazan Besleme Suyu (Genel Ortalama) 9,64 289,12 0,042 0,188 Havalı 0,1960 Havasız 0,0326 Havalı 0,1117 Havasız 0,0576 0,0739 0,0957 Borsig Kazan Suyu (16 t/h) (Genel Ortalama) 8,85 249,12 0,189 0,025 Havalı 0,1328 Havasız 0,0408 Havalı 0,1014 Havasız 0,0784 0,1686 0,1474 VKW Kazan Suyu (50t/h) (Genel Ortalama) 8,12 342,93 0,271 0,013 Havalı 0,1249 Havasız 0,0664 0,2203 Havalı 1,2107 Havasız 0,0710 Tablo Kampanya Dönemi Ortalama Değerleri 0,1994 Her iki tablo incelendiğinde; kazan besleme ve kazan suları kendi içinde değişik i kor değerleri göstermekle birlikte, elde edilen korozyon hızı değerlerine bakıldığında, genellikle havalı ortamda (oksijen uzaklaştırılmış ortam) St 35.8 le yapılan deneylerde korozyon hızı değerinin e gore daha düşük olduğu, havasız ortamda ile yapılan deneyler sonucunda ise korozyon hızı değerinin St 35.8 e göre daha düşük olduğu görülmektedir.

7 VKW Kazanı besleme suyu, (50 t/h ), St 35.8, havasız VKW kazanı suyu 50 t/h, ST 35.8, havasız VKW kazanı suyu (50t/h),, havasız Borsig Kazanı suyu, (16t/h),, havasız Borsig Kazanı suyu, (16t/h),, havalı Borsig Kazanı suyu, (16t/h),, havalı Şekil 1. Tafel eğrilerine örnek.

8 Şekil 1 de Ankara Şeker Fabrikasının kampanya dönemi ve kampanya döneminde 50 t/h lik VKW ve 16 t/h lik Borsig kazanı kazan besleme ve kazan sularında St 35.8 ve kalite çelikten hazırlanan elektrotlarla elde edilen ve tekrarlanabilirliği yüksek olan E-logİ eğrilerine birer örnek gösterilmiştir. Bu eğriler benzer özelliklere sahiptirler. Elde edilen katodik ve anodik E-logi eğrileri bütün ortamlar için uygun tafel bölgesi göstermiştir. SONUÇ 1. Kazan besleme suyu ve kazan suyundaki toplam sertlik, toplam alkalite ve iletkenlik değerlerinin düşük olması, besleme suyunun kalitesini göstermektedir. Bu değerlerin istenilen sınırlar içerisinde olması için, fabrikalar tarafından kazan besleme suyu hazırlama tesislerine gerekli özenin gösterilmesi gerekmektedir. 2. Kupon testi ile St 35.8 ve kalite çelik boruda ölçülen korozyon hızı değerleri kıyaslandığında St 35.8 çeliğinde daha düşük değerler ölçülmüştür. 3. Korozyon açısından elektrokimyasal ölçmeler, kalite çelik malzemenin azotla doygun ortamda St 35.8 çeliğinden daha fazla korozyondan etkilendiğini göstermektedir. 4. Deneyler kazan çalışma şartlarına uygun olan yüksek sıcaklıkta yapılmaya çalışılmış, yanlız yüksek sıcaklığın deney hücresindeki teflon malzemeleri hasara uğratacağından, yüksek sıcaklıkta çalışılmaktan vazgeçilmiştir. 5. Deneyler laboratuvar şartlarında, oda sıcaklığı ve normal atmosfer basıncıda yürütülmüştür. Bildiride bahsedildiği gibi sanayi tipi buhar kazanları yüksek sıcaklık ve yüksek basınç altında çalışmaktadır. Bu koşullarda boru malzemesi olarak kullanılan her iki çelik türünün de korozyona karşı davranışları farklı olabilecektir. Bu nedenle de, önemli kazan üreticisi firmalar kazanların yüksek sıcaklık ve yüksek basıncın yer aldığı kısımlarında daha kaliteli alaşımları ( gibi) tercih etmektedirler. 6. Deneylerin yukarıda bahsedilen koşullarda yürütülmesi nedeniyle, St 35.8 ile malzemenin korozyondan etkilenmesi açısından çok fazla farklılık göstermemesi doğaldır. KAYNAKLAR 1. Erdem F., Buhar Kazanları Eğitim Notları, Şeker Enstitüsü, 2007, s Tabiatta bulunduğu şekilde su doğrudan doğruya kazanlarda kullanılamaz. Daha