Авторите са преглеждали отново и отново спецификациите на новите енергийни проекти, в които проектантите на заводи обикновено избират неръждаема стомана 304 или 316 за тръби на кондензатора и спомагателния топлообменник. За мнозина терминът неръждаема стомана създава аура на непобедима корозия, докато всъщност неръждаемите стомани понякога могат да бъдат най-лошият избор, защото са податливи на локализирана корозия. И в тази ера на намалена наличност на прясна вода за подхранване на охлаждаща вода, съчетано с охладителни кули, работещи при цикли с висока концентрация, потенциалните механизми за повреда на неръждаемата стомана се увеличават. В някои приложения неръждаемата стомана от серия 300 ще оцелее само месеци, понякога само седмици, преди да се повреди. Тази статия се фокусира най-малко върху въпросите, които трябва да се вземат предвид при избора на материали за кондензаторни тръби от гледна точка на пречистване на вода. Други фактори, които не са обсъдени в тази статия, но които играят роля при избора на материал, включват здравина на материала, свойства на топлопредаване, и устойчивост на механични сили, включително умора и ерозионна корозия.
Добавянето на 12% или повече хром към стоманата кара сплавта да образува непрекъснат оксиден слой, който защитава основния метал отдолу. Оттук и терминът неръждаема стомана. При липса на други легиращи материали (особено никел), въглеродната стомана е част от феритната група и нейната единична клетка има центрирана кубична (BCC) структура.
Когато никелът се добави към сместа от сплави в концентрация от 8% или по-висока, клетката ще съществува в лицево-центрирана кубична (FCC) структура, наречена аустенит, дори при температура на околната среда.
Както е показано в таблица 1, неръждаемите стомани от серия 300 и другите неръждаеми стомани имат съдържание на никел, което създава аустенитна структура.
Аустенитните стомани са доказали, че са много ценни в много приложения, включително като материал за високотемпературни прегреватели и тръби за повторно нагряване в електрически котли. По-специално серия 300 често се използва като материал за нискотемпературни топлообменни тръби, включително повърхностни кондензатори на пара. Въпреки това, именно в тези приложения мнозина пренебрегват потенциални механизми за повреда.
Основната трудност с неръждаемата стомана, особено популярните материали 304 и 316, е, че защитният оксиден слой често се разрушава от примеси в охлаждащата вода и от пукнатини и отлагания, които помагат за концентрирането на примесите. Освен това, при условия на спиране, стоящата вода може да доведе до растеж на микроби, чиито метаболитни странични продукти могат да бъдат силно вредни за металите.
Често срещан примес на охлаждащата вода и един от най-трудните за икономично отстраняване е хлоридът. Този йон може да причини много проблеми в парогенераторите, но в кондензаторите и спомагателните топлообменници основната трудност е, че хлоридите в достатъчни концентрации могат да проникнат и да разрушат защитния оксиден слой върху неръждаема стомана, причинявайки локализирана корозия, т.е.
Питингът е една от най-коварните форми на корозия, тъй като може да причини проникване в стени и повреда на оборудването с малка загуба на метал.
Концентрациите на хлорид не трябва да са много високи, за да причинят точкова корозия в неръждаема стомана 304 и 316, а за чисти повърхности без никакви отлагания или пукнатини препоръчителните максимални концентрации на хлорид сега се считат за:
Няколко фактора могат лесно да доведат до концентрации на хлорид, които надвишават тези насоки, както като цяло, така и на локализирани места. Станало е много рядко първо да се обмисля еднократно охлаждане за нови електроцентрали. Повечето са изградени с охладителни кули или в някои случаи кондензатори с въздушно охлаждане (ACC). За тези с охладителни кули концентрацията на примеси в козметиката може да „цикълира“. Например, колона с концентрация на хлорид в допълващата вода от 50 mg /l работи с пет цикъла на концентрация и съдържанието на хлорид в циркулиращата вода е 250 mg/l. Това само по себе си трябва да изключва 304 SS. Освен това в нови и съществуващи инсталации има нарастваща нужда от замяна на прясна вода за презареждане на инсталациите. Обща алтернатива са общинските отпадъчни води. Таблица 2 сравнява анализа на четирите доставки на прясна вода с четирите доставки на отпадъчни води.
Внимавайте за повишени нива на хлорид (и други примеси, като азот и фосфор, които могат значително да увеличат микробното замърсяване в охладителните системи). По същество за цялата сива вода всяка циркулация в охладителната кула ще надвиши лимита на хлорид, препоръчан от 316 SS.
Предходната дискусия се основава на потенциала за корозия на обичайните метални повърхности. Счупванията и утайките драматично променят историята, тъй като и двете предоставят места, където могат да се концентрират примеси. Типично място за механични пукнатини в кондензатори и подобни топлообменници е при връзките между тръби и тръби. Утайката в тръбата може да създаде пукнатини на границата на утайката, а самата утайка може да служи като място за замърсяване. Освен това, тъй като неръждаемата стомана разчита на непрекъснат оксиден слой за защита, отлаганията могат да образуват бедни на кислород места, които превръщат останалата стоманена повърхност в анод.
Горната дискусия очертава проблеми, които проектантите на инсталациите обикновено не вземат под внимание, когато определят материалите за тръбите на кондензатора и спомагателния топлообменник за нови проекти. Манталитетът по отношение на 304 и 316 SS понякога все още изглежда „това е, което винаги сме правили“, без да се вземат предвид последствията от подобни действия. Налични са алтернативни материали за справяне с по-суровите условия на охлаждащата вода, пред които сега са изправени много инсталации.
Преди да обсъдим алтернативните метали, трябва накратко да се посочи още една точка. В много случаи 316 SS или дори 304 SS се представиха добре по време на нормална работа, но се отказаха при прекъсване на захранването. В повечето случаи повредата се дължи на лошо оттичане на кондензатора или топлообменника, което причинява застояла вода в тръбите. Тази среда осигурява идеални условия за растеж на микроорганизми. Микробните колонии от своя страна произвеждат корозивни съединения, които директно корозират тръбния метал.
Известно е, че този механизъм, известен като микробно индуцирана корозия (MIC), унищожава тръби от неръждаема стомана и други метали в рамките на седмици. Ако топлообменникът не може да бъде източен, трябва да се обърне сериозно внимание на периодичното циркулиране на вода през топлообменника и добавянето на биоцид по време на процеса. (За повече подробности относно правилните процедури за поставяне вижте D. Janikowski, „Layering Up Condenser and BOP Exchangers – Considerations“; проведено на 4 юни- 6, 2019 г. в Шампейн, Илинойс Представено на 39-ия симпозиум по химия на електроснабдяването.)
За суровите среди, подчертани по-горе, както и по-суровите среди като солена вода или морска вода, могат да се използват алтернативни метали за предпазване от примеси. Три групи сплави са се доказали като успешни, търговски чист титан, 6% молибден аустенитна неръждаема стомана и суперферитна неръждаема стомана. Тези сплави също са устойчиви на MIC. Въпреки че титанът се счита за много устойчив на корозия, неговият шестоъгълната плътно опакована кристална структура и изключително ниският модул на еластичност го правят податлив на механични повреди. Тази сплав е най-подходяща за нови инсталации със здрави тръбни носещи структури. Отлична алтернатива е супер феритната неръждаема стомана Sea-Cure®. Съставът на този материал е показан по-долу.
Стоманата е с високо съдържание на хром, но с ниско съдържание на никел, така че е феритна неръждаема стомана, а не аустенитна неръждаема стомана. Поради ниското си съдържание на никел, тя струва много по-малко от другите сплави. Високата якост и еластичният модул на Sea-Cure позволяват по-тънки стени в сравнение с други материали, което води до подобрен пренос на топлина.
Подобрените свойства на тези метали са показани на диаграмата „Еквивалентно число на устойчивост на питинг“, която, както подсказва името, е тестова процедура, използвана за определяне на устойчивостта на различни метали към питинг корозия.
Един от най-честите въпроси е „Какво е максималното съдържание на хлорид, което определен клас неръждаема стомана може да понесе?“Отговорите варират в широки граници. Факторите включват рН, температура, наличие и тип фрактури и потенциал за активни биологични видове. Добавен е инструмент към дясната ос на Фигура 5, за да помогне с това решение. Той се основава на неутрално рН, 35°C течаща вода, често срещана в много BOP и кондензационни приложения (за предотвратяване на образуването на отлагания и образуване на пукнатини). След като бъде избрана сплав със специфичен химичен състав, PREn може да се определи и след това да се пресече с подходяща наклонена черта. След това препоръчителното максимално ниво на хлорид може да се определи чрез начертаване на хоризонтална линия на дясната ос. Като цяло, ако дадена сплав трябва да се разглежда за приложения в солена или морска вода, тя трябва да има CCT над 25 градуса по Целзий, измерено чрез теста G 48.
Ясно е, че супер феритните сплави, представени от Sea-Cure®, обикновено са подходящи дори за приложения с морска вода. Има още едно предимство на тези материали, което трябва да се подчертае. Проблеми с манганова корозия са наблюдавани за 304 и 316 SS в продължение на много години, включително в заводи по поречието на река Охайо. Напоследък топлообменниците в заводи по протежение на реките Мисисипи и Мисури бяха атакувани. Мангановата корозия също е често срещан проблем в кладенци системи за подхранване на вода. Механизмът на корозия е идентифициран като манганов диоксид (MnO2), реагиращ с окисляващ биоцид, за да генерира солна киселина под отлаганията. HCl е това, което наистина атакува металите [WH Dickinson и RW Pick, „Manganese-Dependent Corrosion in the Electric Power Industry“;представен на Годишната конференция по корозия на NACE през 2002 г., Денвър, Колорадо] Феритните стомани са устойчиви на този механизъм на корозия.
Изборът на материали от по-висок клас за тръбите на кондензатора и топлообменника все още не е заместител на правилния химичен контрол на пречистването на водата. Както авторът Buecker очерта в предишна статия за енергетиката, е необходима правилно проектирана и управлявана програма за химическо третиране, за да се сведе до минимум потенциалът за котлен камък, корозия и замърсяване. Полимерната химия се очертава като мощна алтернатива на по-старата фосфатна/фосфонатна химия за контрол на корозията и котлен камък в системи с охладителни кули. Контролирането на микробното замърсяване е било и ще продължи да бъде критичен проблем. Докато окислителната химия с хлор, белина или подобни съединения е крайъгълният камък на микробния контрол, допълнителните обработки често могат да подобрят ефективността на програмите за третиране. Един такъв пример е стабилизиращата химия, която помага да се увеличи скоростта на освобождаване и ефективността на базираните на хлор окисляващи биоциди, без да се въвеждат никакви вредни съединения във водата. Освен това , допълнителен фураж с неокисляващи фунгициди може да бъде много полезен за контролиране на микробното развитие. Резултатът е, че има много начини за подобряване на устойчивостта и надеждността на топлообменниците на електроцентралите, но всяка система е различна, така че внимателното планиране и консултация с експерти от индустрията е важно за избора на материали и химични процедури. Голяма част от тази статия е написана от гледна точка на пречистване на водата, ние не участваме във вземането на материални решения, но сме помолени да помогнем за управлението на въздействието на тези решения веднъж оборудването е готово и работи. Окончателното решение за избор на материал трябва да бъде взето от персонала на завода въз основа на редица фактори, посочени за всяко приложение.
За автора: Брад Бюкър е старши технически публицист в ChemTreat. Той има 36 години опит в или свързан с електроенергийната индустрия, голяма част от които в химията за генериране на пара, пречистване на вода, контрол на качеството на въздуха и в City Water, Light & Power (Спрингфийлд, Илинойс) и Kansas City Power & Light Company се намира в La Cygne Station, Канзас. Той също така прекарва две години като действащ ръководител на вода/отпадъчни води в химическа компания plant.Buecker притежава бакалавърска степен по химия от държавния университет на Айова с допълнителна курсова работа по механика на флуидите, енергийно и материално равновесие и напреднала неорганична химия.
Дан Яниковски е технически мениджър в Plymouth Tube. В продължение на 35 години той участва в разработването на метали, производството и тестването на тръбни продукти, включително медни сплави, неръждаема стомана, никелови сплави, титан и въглеродна стомана. Работейки в Plymouth Metro от 2005 г., Яниковски заема различни ръководни позиции, преди да стане технически мениджър през 2010 г.