Els autors han revisat una i altra vegada les noves especificacions de projectes d'energia, en què els dissenyadors de plantes solen triar l'acer inoxidable 304 o 316 per a tubs de condensador i intercanviador de calor auxiliar. torres que funcionen amb cicles d'alta concentració, els possibles mecanismes de fallada d'acer inoxidable s'amplien. En algunes aplicacions, l'acer inoxidable de la sèrie 300 només sobreviu durant mesos, de vegades només setmanes, abans de fallar. Aquest article se centra almenys en els problemes que s'han de tenir en compte a l'hora d'escollir els materials del tub del condensador des de la perspectiva del tractament de l'aigua. Altres factors no tractats en aquest document, però que tenen un paper en la selecció de materials de transferència tèrmica, resistència a la corrosió i resistència a la corrosió .
L'addició d'un 12% o més de crom a l'acer fa que l'aliatge formi una capa d'òxid contínua que protegeix el metall base que hi ha a sota. D'aquí el terme acer inoxidable. En absència d'altres materials d'aliatge (especialment níquel), l'acer al carboni forma part del grup de la ferrita i la seva cel·la unitat té una estructura cúbica centrada en el cos (BCC).
Quan s'afegeix níquel a la barreja d'aliatge a una concentració del 8% o més, fins i tot a temperatura ambient, la cèl·lula existirà en una estructura cúbica centrada en la cara (FCC) anomenada austenita.
Tal com es mostra a la Taula 1, els acers inoxidables de la sèrie 300 i altres acers inoxidables tenen un contingut de níquel que produeix una estructura austenítica.
Els acers austenítics han demostrat ser molt valuosos en moltes aplicacions, inclòs com a material per a tubs de sobreescalfador i reescalfador d'alta temperatura en calderes elèctriques. La sèrie 300, en particular, s'utilitza sovint com a material per a tubs d'intercanviador de calor de baixa temperatura, inclosos els condensadors de superfície de vapor.
La principal dificultat amb l'acer inoxidable, especialment els populars materials 304 i 316, és que la capa d'òxid protectora sovint es destrueix per les impureses de l'aigua de refrigeració i per esquerdes i dipòsits que ajuden a concentrar les impureses.
Una impuresa habitual de l'aigua de refrigeració, i una de les més difícils d'eliminar econòmicament, és el clorur. Aquest ió pot causar molts problemes en els generadors de vapor, però en els condensadors i intercanviadors de calor auxiliars, la principal dificultat és que els clorurs en concentracions suficients poden penetrar i destruir la capa protectora d'òxid de l'acer inoxidable, provocant corrosió localitzada, és a dir, picat.
La picada és una de les formes de corrosió més insidioses perquè pot provocar penetracions de paret i fallades en l'equip amb poca pèrdua de metall.
Les concentracions de clorur no han de ser molt altes per provocar corrosió per picada a l'acer inoxidable 304 i 316, i per a superfícies netes sense cap dipòsit o escletxa, les concentracions màximes de clorur recomanades es consideren ara:
Diversos factors poden produir fàcilment concentracions de clorur que superen aquestes directrius, tant en general com en llocs localitzats. S'ha tornat molt rar considerar primer la refrigeració única per a noves centrals elèctriques. La majoria es construeixen amb torres de refrigeració o, en alguns casos, condensadors refrigerats per aire (ACC). tes amb cinc cicles de concentració, i el contingut de clorur de l'aigua circulant és de 250 mg/l. Només això hauria de descartar en general 304 SS. A més, a les plantes noves i existents, hi ha una necessitat creixent de substituir l'aigua dolça per a la recàrrega de plantes. Una alternativa habitual són les aigües residuals municipals. La taula 2 compara l'anàlisi dels quatre subministraments d'aigua dolça amb els subministraments d'aigua dolça.
Compte amb l'augment dels nivells de clorur (i altres impureses, com el nitrogen i el fòsfor, que poden augmentar molt la contaminació microbiana en els sistemes de refrigeració). Per a essencialment totes les aigües grises, qualsevol circulació a la torre de refrigeració superarà el límit de clorur recomanat per 316 SS.
La discussió anterior es basa en el potencial de corrosió de les superfícies metàl·liques comunes. Les fractures i els sediments canvien dràsticament la història, ja que tots dos proporcionen llocs on es poden concentrar les impureses. Una ubicació típica per a esquerdes mecàniques en condensadors i intercanviadors de calor similars és a les unions de fulla de tub a tub. capa d'òxid per a la protecció, els dipòsits poden formar llocs pobres en oxigen que converteixen la superfície d'acer restant en un ànode.
La discussió anterior descriu els problemes que els dissenyadors de plantes normalment no tenen en compte a l'hora d'especificar els materials del condensador i de l'intercanviador de calor auxiliar per a nous projectes. La mentalitat sobre els 304 i 316 SS de vegades sembla ser "això és el que sempre hem fet" sense tenir en compte les conseqüències d'aquestes accions.
Abans de parlar de metalls alternatius, cal dir breument un altre punt. En molts casos, un 316 SS o fins i tot un 304 SS va funcionar bé durant el funcionament normal, però va fallar durant un tall d'energia. En la majoria dels casos, la fallada es deu a un mal drenatge del condensador o intercanviador de calor que provoca l'estancament de l'aigua als tubs. del metall tubular.
Se sap que aquest mecanisme, conegut com a corrosió induïda per microbis (MIC), destrueix les canonades d'acer inoxidable i altres metalls en poques setmanes. Si l'intercanviador de calor no es pot drenar, s'hauria de considerar seriosament la circulació periòdica d'aigua a través de l'intercanviador de calor i l'addició de biocida durant el procés. a Champaign, IL, presentat al 39è Simposi de Química d'Electric Utility.)
Per als entorns durs destacats anteriorment, així com entorns més durs com l'aigua salobre o l'aigua de mar, es poden utilitzar metalls alternatius per evitar les impureses. Tres grups d'aliatges han demostrat èxit, titani pur comercialment, acer inoxidable austenític al 6% de molibdè i acer inoxidable superferrític. L'estructura alta i el mòdul elàstic extremadament baix el fan susceptible a danys mecànics. Aquest aliatge és el més adequat per a noves instal·lacions amb estructures de suport de tubs resistents. Una excel·lent alternativa és l'acer inoxidable súper ferrític Sea-Cure®. La composició d'aquest material es mostra a continuació.
L'acer té un alt contingut de crom però baix en níquel, per la qual cosa és un acer inoxidable ferrític en lloc d'un acer inoxidable austenític. A causa del seu baix contingut en níquel, costa molt menys que altres aliatges. L'alta resistència i el mòdul elàstic de Sea-Cure permeten parets més primes que altres materials, donant lloc a una millor transferència de calor.
Les propietats millorades d'aquests metalls es mostren al gràfic "Número equivalent de resistència a la picada", que, com el seu nom indica, és un procediment de prova utilitzat per determinar la resistència de diversos metalls a la corrosió per picat.
Una de les preguntes més freqüents és "Quin és el contingut màxim de clorur que pot tolerar un determinat grau d'acer inoxidable?"Les respostes varien molt. Els factors inclouen el pH, la temperatura, la presència i el tipus de fractures, i el potencial d'espècies biològiques actives. S'ha afegit una eina a l'eix dret de la figura 5 per ajudar amb aquesta decisió. Es basa en un pH neutre, aigua corrent de 35 °C que es troba habitualment en moltes aplicacions de BOP i condensació (per evitar la formació de dipòsits i la formació d'esquerdes). .A continuació, es pot determinar el nivell màxim de clorur recomanat dibuixant una línia horitzontal a l'eix dret. En general, si s'ha de considerar un aliatge per a aplicacions d'aigua salada o de mar, ha de tenir un CCT superior a 25 graus centígrads mesurat per la prova G 48.
És evident que els aliatges súper ferrítics representats per Sea-Cure® són generalment adequats per a aplicacions fins i tot d'aigua de mar. Hi ha un altre benefici d'aquests materials que cal destacar. S'han observat problemes de corrosió de manganès per a 304 i 316 SS durant molts anys, fins i tot a les plantes al llarg del riu Ohio. El mecanisme de corrosió s'ha identificat com el diòxid de manganès (MnO2) que reacciona amb un biocida oxidant per generar àcid clorhídric sota el dipòsit. El HCl és el que realment ataca els metalls.[WH Dickinson i RW Pick, "Manganese-Dependent Corrosion in the Electric Power Industry";presentat a la NACE Annual Corrosion Conference de 2002, Denver, CO.] Els acers ferrítics són resistents a aquest mecanisme de corrosió.
La selecció de materials de qualitat superior per als tubs de condensadors i intercanviadors de calor encara no és un substitut per al control químic adequat del tractament de l'aigua. Com l'autor Buecker ha descrit en un article anterior d'enginyeria elèctrica, és necessari un programa de tractament químic dissenyat i gestionat correctament per minimitzar el potencial d'escala, corrosió i contaminació. La contaminació microbiana ha estat i continuarà sent un problema crític. Si bé la química oxidativa amb clor, lleixiu o compostos similars és la pedra angular del control microbià, els tractaments suplementaris sovint poden millorar l'eficiència dels programes de tractament. El resultat és que hi ha moltes maneres de millorar la sostenibilitat i la fiabilitat dels intercanviadors de calor de les centrals elèctriques, però cada sistema és diferent, per la qual cosa és important una planificació acurada i una consulta amb experts del sector per a l'elecció de materials i procediments químics. Gran part d'aquest article està escrit des de la perspectiva del tractament de l'aigua, no estem involucrats en les decisions de materials, però se'ns demana que ajudem a gestionar l'impacte d'aquestes decisions en funció del nombre de personal. especificat per a cada aplicació.
Sobre l'autor: Brad Buecker és un publicista tècnic sènior a ChemTreat. Té 36 anys d'experiència o afiliat a la indústria energètica, gran part d'ells en química de generació de vapor, tractament d'aigua, control de qualitat de l'aire i City Water, Light & Power (Springfield, IL) i Kansas City Power & Light Company es troba a La Cygne Station, Kansas. Llicenciat en Química per la Universitat Estatal d'Iowa amb treballs addicionals en Mecànica de Fluids, Equilibri d'Energia i Materials i Química Inorgànica Avançada.
Dan Janikowski és director tècnic de Plymouth Tube. Durant 35 anys, ha participat en el desenvolupament de metalls, la fabricació i proves de productes tubulars, com ara aliatges de coure, acer inoxidable, aliatges de níquel, titani i acer al carboni. Després d'haver estat a Plymouth Metro des de 2005, Janikowski va ocupar diversos càrrecs directius abans de convertir-se en director tècnic l'any 2010.