Autori su stalno iznova pregledavali specifikacije novih energetskih projekata, u kojima dizajneri postrojenja obično biraju nehrđajući čelik 304 ili 316 za kondenzatorske i pomoćne cijevi izmjenjivača topline. Za mnoge, izraz nehrđajući čelik izaziva auru nepobjedive korozije, dok u stvari, nehrđajući čelici ponekad mogu biti najgori izbor u odnosu na lokalnu dostupnost svježe vode. Dopuna rashladne vode, zajedno s rashladnim tornjevima koji rade pri ciklusima visoke koncentracije, potencijalni mehanizmi kvara od nehrđajućeg čelika su povećani. U nekim aplikacijama, nehrđajući čelik serije 300 će preživjeti samo mjesecima, ponekad samo sedmicama, prije nego što otkaže. Ovaj članak se fokusira barem na pitanja koja treba uzeti u obzir pri odabiru materijala za kondenzatorsku cijev s obzirom na faktore obrade vode, ali ne i faktore prijenosa topline koji se razmatraju u pogledu otpornosti materijala i razmatranja ove uloge u pogledu otpornosti materijala. mehaničke sile, uključujući zamor i erozijsku koroziju.
Dodavanje 12% ili više kroma čeliku uzrokuje da legura formira kontinuirani sloj oksida koji štiti osnovni metal ispod. Otuda i naziv nehrđajući čelik. U nedostatku drugih legirajućih materijala (posebno nikla), ugljični čelik je dio feritne grupe, a njegova jedinična ćelija ima kubičnu strukturu usredsređenu na tijelo (BCC).
Kada se nikl doda mješavini legure u koncentraciji od 8% ili više, čak i na sobnoj temperaturi, ćelija će postojati u face-centriranoj kubičnoj (FCC) strukturi koja se zove austenit.
Kao što je prikazano u tabeli 1, nerđajući čelici serije 300 i drugi nerđajući čelici imaju sadržaj nikla koji stvara austenitnu strukturu.
Austenitni čelici su se pokazali vrlo vrijednim u mnogim primjenama, uključujući i kao materijal za visokotemperaturne pregrijače i cijevi za pregrijavanje u energetskim kotlovima. Posebno se serija 300 često koristi kao materijal za cijevi izmjenjivača topline na niskim temperaturama, uključujući kondenzatore na površini pare. Međutim, upravo u ovim aplikacijama mnogi zanemaruju potencijalne mehanizme kvara.
Glavna poteškoća s nehrđajućim čelikom, posebno popularnim materijalima 304 i 316, je u tome što je zaštitni oksidni sloj često uništen nečistoćama u vodi za hlađenje i pukotinama i naslagama koji pomažu u koncentraciji nečistoća. Osim toga, u uvjetima isključenja, stajaća voda može dovesti do rasta mikroba, čiji metabolički nusprodukti mogu biti vrlo štetni.
Uobičajena nečistoća rashladne vode, koja je jedna od ekonomski najtežih za uklanjanje, je klorid. Ovaj ion može uzrokovati mnoge probleme u generatorima pare, ali u kondenzatorima i pomoćnim izmjenjivačima topline, glavna poteškoća je što hloridi u dovoljnim koncentracijama mogu prodrijeti i uništiti zaštitni oksidni sloj na nehrđajućem čeliku, uzrokujući lokaliziranu pitting koroziju.
Pitting je jedan od najpodmuklijih oblika korozije jer može uzrokovati prodore u zid i kvar opreme uz mali gubitak metala.
Koncentracije klorida ne moraju biti vrlo visoke da bi izazvale pitting koroziju u nehrđajućem čeliku 304 i 316, a za čiste površine bez ikakvih naslaga ili pukotina, preporučene maksimalne koncentracije klorida sada se smatraju:
Nekoliko faktora može lako proizvesti koncentracije klorida koje premašuju ove smjernice, kako općenito tako i na lokaliziranim lokacijama. Postalo je vrlo rijetko prvo uzeti u obzir jednokratno hlađenje za nove elektrane. Većina je izgrađena s rashladnim tornjevima, ili u nekim slučajevima, kondenzatorima hlađenim zrakom (ACC). Za one s rashladnim tornjevima, koncentracija nečistoća u koncentraciji hlorida u vodi cini 5 primjer klorida. mg/l radi s pet ciklusa koncentracije, a sadržaj klorida u cirkulirajućoj vodi je 250 mg/l. Samo ovo bi općenito trebalo isključiti 304 SS. Osim toga, u novim i postojećim postrojenjima postoji sve veća potreba za zamjenom svježe vode za punjenje postrojenja. Uobičajena alternativa je komunalna otpadna voda. Tabela 2 upoređuje analizu sa četiri slatke vode suppli wasppli.
Pazite na povećane nivoe hlorida (i drugih nečistoća, kao što su azot i fosfor, koji mogu značajno povećati mikrobnu kontaminaciju u rashladnim sistemima). Za u suštini svu sivu vodu, bilo koja cirkulacija u rashladnom tornju će premašiti granicu hlorida koju preporučuje 316 SS.
Prethodna rasprava se zasniva na potencijalu korozije uobičajenih metalnih površina. Frakture i sedimenti dramatično mijenjaju priču, jer oba obezbjeđuju mjesta gdje se nečistoće mogu koncentrirati. Tipična lokacija za mehaničke pukotine u kondenzatorima i sličnim izmjenjivačima topline je na spojevima cijev-cijev. više, pošto se nerđajući čelik oslanja na kontinuirani sloj oksida za zaštitu, naslage mogu formirati mesta siromašna kiseonikom koja preostalu površinu čelika pretvaraju u anodu.
Gornja rasprava ocrtava probleme koje projektanti postrojenja obično ne uzimaju u obzir kada određuju materijale cijevi za kondenzator i pomoćni izmjenjivač topline za nove projekte. Mentalitet u vezi s 304 i 316 SS ponekad se čini da je „to je ono što smo uvijek radili“ bez razmatranja posljedica takvih radnji. Alternativni materijali su dostupni za rukovanje oštrijim uslovima hlađenja vode sa kojima se mnoga postrojenja sada suočavaju.
Prije diskusije o alternativnim metalima, mora se ukratko iznijeti još jedna stvar. U mnogim slučajevima, 316 SS ili čak 304 SS radili su dobro tokom normalnog rada, ali su otkazali tokom nestanka struje. U većini slučajeva, kvar je posljedica loše drenaže kondenzatora ili izmjenjivača topline što uzrokuje stajaću vodu u cijevima. Ovo okruženje stvara idealne uslove za rast mikroorganizama koji direktno korodiraju jedinjenje. e cevastog metala.
Poznato je da ovaj mehanizam, poznat kao mikrobno indukovana korozija (MIC), uništava cijevi od nehrđajućeg čelika i druge metale u roku od nekoliko sedmica. Ako se izmjenjivač topline ne može isprazniti, potrebno je ozbiljno razmotriti periodično cirkulaciju vode kroz izmjenjivač topline i dodavanje biocida tokom procesa. (Za više detalja o pravilnim procedurama polaganja, pogledajte „D. La Janikow 4. zamjena za razmjenu u junu“ -6, 2019. u Champaign, IL Predstavljen na 39. Electric Utility Chemistry Symposium.)
Za oštra okruženja koja su gore naglašena, kao i oštrija okruženja kao što je slana voda ili morska voda, alternativni metali se mogu koristiti za odbijanje nečistoća. Tri grupe legura su se pokazale uspješnim, komercijalno čisti titan, 6% molibden austenitni nehrđajući čelik i superferitni nehrđajući čelik. Ovi se također smatraju vrlo otpornim na koroziju. , njegova heksagonalna zbijena kristalna struktura i ekstremno nizak modul elastičnosti čine ga osjetljivim na mehanička oštećenja. Ova legura je najprikladnija za nove instalacije sa jakim strukturama potpore cijevi. Odlična alternativa je super feritni nehrđajući čelik Sea-Cure®. Sastav ovog materijala je prikazan ispod.
Čelik ima visok sadržaj hroma, ali malo nikla, tako da je feritni nerđajući čelik, a ne austenitni nerđajući čelik. Zbog niskog sadržaja nikla, košta mnogo manje od drugih legura. Visoka čvrstoća i modul elastičnosti Sea-Cure-a omogućavaju tanje zidove od drugih materijala, što rezultira poboljšanim prenosom toplote.
Poboljšana svojstva ovih metala prikazana su na tabeli „Ekvivalentni broj otpornosti na udubljenje“, što je, kao što ime sugerira, postupak ispitivanja koji se koristi za određivanje otpornosti različitih metala na koroziju.
Jedno od najčešćih pitanja je “Koji je maksimalni sadržaj klorida koji određena vrsta nehrđajućeg čelika može tolerirati?”Odgovori se uvelike razlikuju. Faktori uključuju pH, temperaturu, prisustvo i vrstu lomova, te potencijal za aktivne biološke vrste. Alat je dodat na desnoj osi slike 5 kako bi pomogao u ovoj odluci. Zasnovano je na neutralnom pH, 35°C tekućoj vodi koja se obično nalazi u mnogim BOP i kondenzacijskim aplikacijama (da bi se spriječilo formiranje depozita i formiranje pukotina, može se odrediti specifičan sastav i formiranje pukotine, a zatim je određen PREEC). Preporučeni maksimalni nivo hlorida se tada može odrediti povlačenjem horizontalne linije na desnoj osi. Općenito, ako se legura razmatra za primjenu u bočastoj ili morskoj vodi, ona mora imati CCT iznad 25 stepeni Celzijusa izmjereno G 48 testom.
Jasno je da su super feritne legure koje predstavlja Sea-Cure® općenito prikladne čak i za primjenu u morskoj vodi. Postoji još jedna prednost ovih materijala koja se mora naglasiti. Problemi korozije mangana su uočeni za 304 i 316 SS dugi niz godina, uključujući i postrojenja duž rijeke Ohio. Nedavno su izmjenjivači topline Missuriissip na tvornicama i duž rijeke M također napali. čest problem u sistemima za dopunu vode iz bunara. Mehanizam korozije je identifikovan kao mangan dioksid (MnO2) koji reaguje sa oksidirajućim biocidom kako bi se stvorila hlorovodonična kiselina ispod naslaga. HCl je ono što zaista napada metale.predstavljen na NACE Godišnjoj konferenciji o koroziji 2002, Denver, CO.] Feritni čelici su otporni na ovaj mehanizam korozije.
Odabir materijala višeg kvaliteta za cijevi kondenzatora i izmjenjivača topline još uvijek nije zamjena za ispravnu kontrolu kemijske obrade vode. Kao što je autor Buecker istaknuo u prethodnom članku o elektroenergetici, neophodan je pravilno dizajniran i vođen program kemijske obrade kako bi se minimizirala mogućnost stvaranja kamenca, korozije i zarastanja. i skaliranje u sistemima rashladnih tornjeva. Kontrola mikrobne kontaminacije bila je i nastavit će biti kritično pitanje. Dok je oksidativna kemija s hlorom, izbjeljivačem ili sličnim jedinjenjima kamen temeljac mikrobne kontrole, dodatni tretmani često mogu poboljšati efikasnost programa tretmana. Jedan od takvih primjera je stabilizacijska hemija, koja pomaže u povećanju efikasnosti oslobađanja štetnog biooksida u biooksidu. Osim toga, dopunska hrana sa neoksidirajućim fungicidima može biti vrlo korisna u kontroli mikrobnog razvoja. Rezultat je da postoji mnogo načina da se poboljša održivost i pouzdanost izmjenjivača topline u elektranama, ali svaki sistem je drugačiji, tako da je pažljivo planiranje i konsultacija sa stručnjacima iz industrije važni za izbor materijala i hemijskih postupaka. od tih odluka kada oprema počne i radi. Konačnu odluku o odabiru materijala mora donijeti osoblje postrojenja na osnovu brojnih faktora navedenih za svaku primjenu.
O autoru: Brad Buecker je viši tehnički publicista u ChemTreat-u. Ima 36 godina iskustva u ili povezan sa elektroenergetskom industrijom, uglavnom u hemiji proizvodnje pare, tretmanu vode, kontroli kvaliteta zraka i u City Water, Light & Power (Springfield, IL) i Kansas City Power & Light Company, koji je također lociran u Kansa / La Cygne Watervis, dvije godine je proveo kao super voda. chemical plant. Buecker ima diplomu iz hemije na Državnom univerzitetu Iowa sa dodatnim radom na predmetima iz mehanike fluida, ravnoteže energije i materijala i napredne neorganske hemije.
Dan Janikowski je tehnički menadžer u Plymouth Tube-u. Već 35 godina je uključen u razvoj metala, proizvodnju i testiranje cijevnih proizvoda uključujući legure bakra, nehrđajući čelik, legure nikla, titanijuma i ugljičnog čelika. U Plymouth Metro-u je od 2005. godine, Janikowski je bio na više pozicija, prije nego što je bio na višim pozicijama02 Tech Manager.