Springen naar inhoud

Gasvorming in 880mT Ballast Tank


  • Log in om te kunnen reageren

#1

immetjes

    immetjes


  • 0 - 25 berichten
  • 9 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 07 juli 2009 - 10:13

Voor een van onze projecten hebben we een ballast tank van 880mT gebouwd.

Deze cilinder vormige stalen ballast tank is 23m lang en heeft een doorsnede van 3.4m. De inhoud is 175m³.

De ballast tank is gevuld met 207mT stalen ponsdopjes (Ý2.5mm, 0.8mm dik). Deze ponsdopjes zijn aan beide zijden voorzien van een zinklaag en een 50mu verflaag op deze zinklaag. De dikte van de zinklaag per kant ligt tussen de 0.0104mm (1.30% van de ponsdopdikte) en 0.0191mm (4.78% van de ponsdopdikte). D.w.z. dat er dus tussen de 5.4mT en 9.9mT Zink aanwezig is.

Deze ponsdopjes zijn gemengd met 320mT Bariet (een inert mineraal).

Om het Bariet en de ponsdopjes in de tank te krijgen is het gemengd met 65mT water. Dit water is voorzien van calciumchloride (CaCl2) wat een Brine vormt een soortelijk gewicht van 1.32mT/m¬≥. Dit voorkomt bevriezing van het water bij -28įC en het werkt als een Biocide.

Om corrosie te voorkomen is de Brine gemengd met een corrosion inhibotor Safe-Cor.

Alle data m.b.t. de stoffen staan hier: http://www.miswaco.c..... Overview.cfm

Momenteel bubbelt de dikke modder in de tank en bij het dicht lassen van het eerste Ý500mm mangat in de tank explodeerde het vrij gekomen gas, geen gewonden of schade, maar wel wat schrik.

Ik denk dat er de volgende anodische reactie plaats vindt:

Zn -> Zn2+ + 2 e-

De zinkionen treden uit de anode in oplossing. De in het metaal achtergebleven elektronen bewegen zich door het metaal als stroom naar het edeler metaal. Met het ijzer gebeurt niets, maar aan het ijzeroppervlak treedt de volgende deelreactie op:
Waterstofionen + elektronen -> waterstofgas

2 H+ + 2 e- -> H2

Bij deze reactie binden de elektronen zich met waterstofionen die zijn opgelost in water (zuur). Deze reactie is zichtbaar door de vorming van waterstofgasbellen. Liever reageren de elektronen met zuurstof (gas) dat is opgelost in het water volgens de volgende kathodische reactie:
Water + zuurstof + elektronen -> hydroxide-ionen
H2O + O2 + 2 e- -> 2 OH-

Ik heb echter nog de volgende vragen:

a) Is bovenstaande reactie correct?
b) Onstaat er alleen waterstofgas of nog andere gassen?
c) Hoelang gaat deze reactie door en waardoor stopt het? Waarschijnlijk als al het zink op is;
d) Om het gas kwijt te raken lijkt het me verstandig om ventilatie kleppen op de tank te monteren zodat er geen zuurstof in de tank kan, maar wel waterstof eruit. Een paar 1" kleppen zouden het moeten doen.
e) De corrosion inhibitor doet in dit geval dus niets omdat deze enkel de vrije zuurstof "weg vreet" Correct?
f) Hoeveel gewicht verdwijnt er uit de tank door het uitscheiden van waterstof?

Alvast bedankt voor de reactie's

Veranderd door immetjes, 07 juli 2009 - 11:21


Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.

#2

immetjes

    immetjes


  • 0 - 25 berichten
  • 9 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 08 juli 2009 - 11:30

Zelf nog wat onderzoek gedaan en er gebeurt waarschijnlijk iets anders:

Het Calcium Choride reageert met het water dat geeft:

CaCl2 + H20 = 2HCl + Ca(OH)2

Het Ca(OH)2 slaat neer en het HCl gaat vervolgens de reactie aan met zink.

2HCl + Zn --> H2 + ZnCl2

Als het zink op is gaat de reactie door op het staal. Als de Calcium Chloride helemaal op is stopt de reactie.

Iemand hier commentaar op?

#3

Beryllium

    Beryllium


  • >5k berichten
  • 6314 berichten
  • Minicursusauteur

Geplaatst op 08 juli 2009 - 12:10

't Is niet mijn sterkste tak, maar:

CaCl2 + H20 = 2HCl + Ca(OH)2

Het Ca(OH)2 slaat neer en het HCl gaat vervolgens de reactie aan met zink.

Dat is niet een reactie die ik verwacht... CaCl2 splitst gewoon in ionen neem ik aan.
You can't possibly be a scientist if you mind people thinking that you're a fool. (Douglas Adams)

#4

immetjes

    immetjes


  • 0 - 25 berichten
  • 9 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 08 juli 2009 - 13:58

Bedankt voor je reactie Beryllium!

Verder voort bordurend op het voorafgaande:

De calciumchloride hydrolyseert volgens:

Ca2+ + 2Cl- + H2O = 2H+ + 2Cl- + Ca(OH)2

Het zoutzuur reageert met het zink en als dat op is met het ijzer van de stalen doppen volgens:

2H+ + 2Cl- + Zn = Zn2+ + 2Cl- + H2 daarna: 2H+ + 2Cl- + Fe = Fe2+ + 2Cl- + H2

De overall reactie is dus:

Ca2+ + 2Cl- + H2O + Zn = Zn2+ + 2Cl- + Ca(OH)2 + H2

Het calciumchloride en zinkchloride zijn goed oplosbare zouten, het calciumhydroxide slaat neer en waterstof ontwijkt.

Volgens deze reaktievergelijking zal uit 1 tmol CaCl2 1 tmol H2 ontstaan. CaCl2 heeft een mol gewicht van 110 dus 21 mton calciumchloride is 0.19 tmol. Hieruit ontstaat dus 0.19 tmol waterstofgas dat is 190 kmol of wel 380 kg waterstof. Volumetrisch is 1 kmol waterstof gas gelijk aan 22.4 nm3 dus 190 kmol is gelijk aan 4250 nm3.

Gewichtsverlies is dus geen probleem en bevriezen doet het ook niet want het opgeloste zinkchloride geeft dezelfde vriespuntverlaging als het calciumchloride.

Het oplossen van het zink zal wel een een paar maanden in beslag nemen omdat de concentratie van het zoutzuur lager wordt.

#5

Fuzzwood

    Fuzzwood


  • >5k berichten
  • 11101 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 08 juli 2009 - 14:50

Even denken, je hebt rechts van de pijl een sterk zuur staan en een sterke base. Lijkt me zeer verrassend dat dat lang genoeg in oplossing blijft om je zink aan te tasten.

#6

immetjes

    immetjes


  • 0 - 25 berichten
  • 9 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 08 juli 2009 - 15:03

Ca(OH)2 is erg slecht oplosbaar en bezinkt en gaat verder geen reactie aan met het zuur. De vrije chloor ionen tasten dus het zink aan en het waterstof ontsnapt.

De tank blijft ook borrelen dus de praktijk laat ook zien dat er nog steeds waterstof ontstaat. Nu al twee dagen, en het gaat waarschijnlijk ook nog wel even door.

#7

Fuzzwood

    Fuzzwood


  • >5k berichten
  • 11101 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 08 juli 2009 - 15:16

Ca(OH)2 is erg slecht oplosbaar en bezinkt en gaat verder geen reactie aan met het zuur. De vrije chloor ionen tasten dus het zink aan en het waterstof ontsnapt.

De tank blijft ook borrelen dus de praktijk laat ook zien dat er nog steeds waterstof ontstaat. Nu al twee dagen, en het gaat waarschijnlijk ook nog wel even door.

Maar er dient eerst hydroxide te ontstaan uit water, en daar lijken me calciumionen gelukkig niet sterk genoeg voor. Maar je zult inderdaad chloorionen in je systeem houden, ongeacht wat het calcium doet.

Veranderd door Fuzzwood, 08 juli 2009 - 15:17


#8

Beryllium

    Beryllium


  • >5k berichten
  • 6314 berichten
  • Minicursusauteur

Geplaatst op 08 juli 2009 - 15:33

Ca(OH)2 is erg slecht oplosbaar en bezinkt en gaat verder geen reactie aan met het zuur.

Dat valt mee: ongeveer 2 gram/liter. In ieder geval voldoende om niet als neerslag te ontstaan zolang er nog HCl in oplossing is. Dabn krijg je gewoon dit:

Ca2+ + 2 OH- + 2 H+ + 2 Cl- >> 2 H2O + Ca2+ + 2 Cl-
You can't possibly be a scientist if you mind people thinking that you're a fool. (Douglas Adams)

#9

jdeketel

    jdeketel


  • >100 berichten
  • 127 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 13 juli 2009 - 12:48

Het Calcium Choride reageert met het water dat geeft:
CaCl2 + H20 = 2HCl + Ca(OH)2

Het Ca(OH)2 slaat neer en het HCl gaat vervolgens de reactie aan met zink.

Ook niet mijn sterkste vak maar het CaCl2 zal er slechts in geringe mate voor zorgen dat je water zuur wordt. De beschreven reactie is een evenwichtsreactie. Zodra de pH stijgt (doorvorming van OH- ) zou de vorming snel moeten stoppen.

Ik zou je eerder zorgen maken om het zink wat met water reageert tot het hydroxide en waterstof. Ook een evenwicht maar omdat het waterstof verdwijnt is de terugreactie niet mogelijk. De reactie blijft dus veel langer doorgaan. Het chloride kan hierbij werken als een katalysator.

Met ťťn ding ben ik het wel eens. De inhibitor werkt niet. Ik kan de speccs niet vinden maar veel inhibitoren zijn niet geschikt voor langdurig contact. Wellicht dat het chloride door iets anders kan worden vervangen want dat vreet op den duur aan alles.

DeKetel

Veranderd door jdeketel, 13 juli 2009 - 12:49


#10

Marjanne

    Marjanne


  • >1k berichten
  • 4771 berichten
  • VIP

Geplaatst op 13 juli 2009 - 17:08

Ik zou je eerder zorgen maken om het zink wat met water reageert tot het hydroxide en waterstof. Ook een evenwicht maar omdat het waterstof verdwijnt is de terugreactie niet mogelijk. De reactie blijft dus veel langer doorgaan. Het chloride kan hierbij werken als een katalysator.


Inderdaad is dit, denk ik ook, wat er is gebeurd. In reactievergelijkingen:

2 H2O(l) + 2 e- ---> H2(g) + 2 OH-

Zn(s) + 4 OH- ---> Zn(OH)42- + 2 e-


Zink is het meest edele metaal dat nog in basische oplossingen oplost. Het zal niet zo snel gaan, maar ik weet niet hoe lang die tank zo heeft gestaan.

#11

immetjes

    immetjes


  • 0 - 25 berichten
  • 9 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 10 augustus 2009 - 09:59

Iedereen bedankt voor de reacties. Het is mij aardig duidelijk wat er gebeurd. Zie ook dit artikel.

Momenteel wordt de pH-waarde gemeten.

De reactie in de tank gaat nog steeds door. Ik had het idee om NaOH oplossing (Natronloog) te injecteren om de Brine meer basisch te maken. Maar dat schijnt toch niet te werken omdat (uit Datasheet Natronloog):

In high hardness brines such as CaCl2, Williston, Michigan and Zechstein brines, caustic soda cannot be used to effectively raise the pH due to the high level of cations which combine with hydroxyl ions to precipitate hydroxides such as Ca(OH)2 and Mg(OH)2

Dus dan toch maar gebluste kalk (Ca(OH)2) injecteren? Maar hoe injecteer je dit als het een vaste stof is, moet je dan kalkwater injecteren? Weet iemand een andere sterke base die vloeibaar is?

Veranderd door immetjes, 10 augustus 2009 - 10:32


#12

Fuzzwood

    Fuzzwood


  • >5k berichten
  • 11101 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 10 augustus 2009 - 13:06

Iedereen  bedankt voor de reacties. Het is mij aardig duidelijk wat er gebeurd. Zie ook dit artikel.

Momenteel wordt de pH-waarde gemeten.

De reactie in de tank gaat nog steeds door. Ik had het idee om NaOH oplossing (Natronloog) te injecteren om de Brine meer basisch te maken. Maar dat schijnt toch niet te werken omdat (uit Datasheet Natronloog):

In high hardness brines such as CaCl2, Williston, Michigan and Zechstein brines, caustic soda cannot be used to effectively raise the pH due to the high level of cations which combine with hydroxyl ions to precipitate hydroxides such as Ca(OH)2 and Mg(OH)2

Dus dan toch maar gebluste kalk (Ca(OH)2) injecteren? Maar hoe injecteer je dit als het een vaste stof is, moet je dan kalkwater injecteren? Weet iemand een andere sterke base die vloeibaar is?

Ammoniak ;), maar of dat nu weer zo handig is, is een 2e. Het kan namelijk uitgassen als NH3 gas, en dan heb je nog niets. Je zult inderdaad een metaalhydroxide moeten oplossen hiervoor.

Veranderd door Fuzzwood, 10 augustus 2009 - 13:07


#13

immetjes

    immetjes


  • 0 - 25 berichten
  • 9 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 10 augustus 2009 - 14:03

Ammoniak had ik ook al bedacht, maar omdat er inderdaad weer een gas gevormd wordt verworpen.

Kalkwater is niet zo voorhanden en je zult het moeten maken met ongebluste kalk. Lastig en gevaarlijk dus.

Daarom lijkt natronloog injecteren "the best way forward". Vooral omdat de datasheet van MI-Swaco vooral bedoeld is voor boorvloeistoffen waarbij de vorming van vaste stoffen zoals Ca(OH)2 ongewenst is. Bij de ballast tank maakte dat echter niet uit.


De pH waarde van de emulsie is getest en die blijkt tussen de 6.75 en 6.96 te liggen. Neutraal dus. Goed nieuws want het staal van de tank wordt nu dus niet aangetast. Ik vraag me wel af of die pH waarde niet alsnog omlaag gaat als al het zink op is.

Ik bedoel zou deze neutrale pH waarde niet het resultaat kunnen zijn van de reacties die nu plaats vinden?

Veranderd door immetjes, 11 augustus 2009 - 09:11


#14

immetjes

    immetjes


  • 0 - 25 berichten
  • 9 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 13 oktober 2009 - 14:39

Om dit topic correct af te sluiten...Zo liep het af:

Bij toenemende druk (<1 barg) in de tank stopt de reactie vanzelf.

Momenteel is alles offshore probleemloos geÔnstalleerd. Iedereen bedankt voor hun reacties!

Geleerde les(sen):
Voorkom gebruik van water bij maken van ballast materialen en als dat dan toch moet weet exact uit welke materialen het ballast materiaal en de wanden van de tank bestaan en voeg de correcte corrosion inhibitor toe. In dit geval had er een specifieke corrosion inhibitor voor zink in gemoeten.





0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures