Autoři znovu a znovu přezkoumali nové specifikace energetických projektů, ve kterých konstruktéři závodů obvykle vybírají nerezovou ocel 304 nebo 316 pro potrubí kondenzátoru a pomocného výměníku tepla. Pro mnohé vyvolává termín nerezová ocel auru neporazitelné koroze, i když ve skutečnosti mohou být nerezové oceli někdy tou nejhorší volbou, protože jsou náchylné k lokalizované korozi při vysoké koncentraci chladicí vody, což snižuje dostupnost chladicí vody v této éře chladicí vody. Mechanismy selhání nerezové oceli jsou zvětšené. V některých aplikacích nerezová ocel řady 300 přežije pouze měsíce, někdy jen týdny, než selže. Tento článek se zaměřuje alespoň na otázky, které je třeba vzít v úvahu při výběru materiálů trubek kondenzátoru z hlediska úpravy vody. Mezi další faktory, které v tomto dokumentu nejsou diskutovány, ale které hrají roli při výběru materiálu, patří pevnost materiálu, vlastnosti přenosu tepla a odolnost vůči mechanickým silám, včetně únavové a erozní koroze.
Přidání 12 % nebo více chrómu do oceli způsobí, že slitina vytvoří souvislou oxidovou vrstvu, která chrání základní kov pod ní. Proto termín nerezová ocel. V nepřítomnosti jiných legujících materiálů (zejména niklu) je uhlíková ocel součástí feritové skupiny a její základní článek má kubickou strukturu se středem těla (BCC).
Když se do slitinové směsi přidá nikl v koncentraci 8 % nebo vyšší, článek bude existovat v plošně centrované krychlové (FCC) struktuře zvané austenit, a to i při okolní teplotě.
Jak je uvedeno v tabulce 1, nerezové oceli řady 300 a další nerezové oceli mají obsah niklu, který vytváří austenitickou strukturu.
Austenitické oceli se ukázaly jako velmi cenné v mnoha aplikacích, včetně jako materiál pro vysokoteplotní trubky přehříváku a dohřívače v energetických kotlích. Zejména řada 300 se často používá jako materiál pro trubky nízkoteplotních výměníků tepla, včetně parních povrchových kondenzátorů. Právě v těchto aplikacích však mnozí přehlížejí potenciální mechanismy selhání.
Hlavním problémem nerezové oceli, zejména populárních materiálů 304 a 316, je to, že ochranná vrstva oxidu je často zničena nečistotami v chladicí vodě a štěrbinami a usazeninami, které pomáhají koncentrovat nečistoty. Kromě toho může stojatá voda za podmínek odstavení vést k růstu mikrobů, jejichž metabolické vedlejší produkty mohou být vysoce škodlivé pro kovy.
Běžnou nečistotou chladicí vody a jednou z ekonomicky nejobtížněji odstranitelných nečistot je chlorid. Tento iont může způsobit mnoho problémů v parogenerátorech, ale v kondenzátorech a pomocných výměnících tepla je hlavním problémem to, že chloridy v dostatečné koncentraci mohou proniknout a zničit ochrannou vrstvu oxidu na nerezové oceli, což způsobí lokalizovanou korozi, tj. důlkovou korozi.
Důlková koroze je jednou z nejzákeřnějších forem koroze, protože může způsobit proražení stěn a selhání zařízení s malou ztrátou kovu.
Koncentrace chloridů nemusí být příliš vysoké, aby způsobily důlkovou korozi nerezové oceli 304 a 316, a pro čisté povrchy bez jakýchkoli usazenin nebo štěrbin se nyní za doporučené maximální koncentrace chloridů považují:
Několik faktorů může snadno způsobit koncentrace chloridů, které překračují tyto směrnice, a to jak obecně, tak v lokalizovaných lokalitách. Stalo se velmi vzácné nejprve uvažovat o průtočném chlazení pro nové elektrárny. Většina z nich je postavena s chladicími věžemi nebo v některých případech se vzduchem chlazenými kondenzátory (ACC). U chladicích věží se koncentrace nečistot v kosmetice může „cyklovat“. Například sloupec s obsahem 5 mg chloridů a chloridů s obsahem 5 mg chloridů cirkulující voda je 250 mg/l. To samo o sobě by mělo obecně vyloučit 304 SS. Kromě toho v nových a stávajících zařízeních vzrůstá potřeba nahradit čerstvou vodu pro doplňování zařízení. Běžnou alternativou jsou komunální odpadní vody. Tabulka 2 porovnává analýzu čtyř zdrojů sladké vody se čtyřmi zdroji odpadních vod.
Dávejte pozor na zvýšené hladiny chloridů (a dalších nečistot, jako je dusík a fosfor, které mohou výrazně zvýšit mikrobiální kontaminaci v chladicích systémech). V podstatě u veškeré šedé vody překročí jakákoli cirkulace v chladicí věži limit chloridů doporučený 316 SS.
Předchozí diskuse je založena na korozním potenciálu běžných kovových povrchů. Zlomeniny a sedimenty dramaticky mění příběh, protože oba poskytují místa, kde se mohou koncentrovat nečistoty. Typické místo pro mechanické trhliny v kondenzátorech a podobných výměnících tepla je na spojích trubek a trubek. Sediment v trubce může vytvářet trhliny na hranici sedimentu, a samotný sediment může sloužit jako souvislá vrstva pro oxid usazeniny na nerezové vrstvě. vytvářejí místa chudá na kyslík, která přeměňují zbývající ocelový povrch na anodu.
Výše uvedená diskuse nastiňuje problémy, které konstruktéři zařízení obvykle nezohledňují při specifikaci materiálů trubek kondenzátoru a pomocného výměníku tepla pro nové projekty. Mentalita týkající se 304 a 316 SS se někdy stále zdá být „to, co jsme vždy dělali“, aniž bychom zvažovali důsledky takového jednání. K dispozici jsou alternativní materiály, které zvládají drsnější podmínky chladicí vody, kterým nyní čelí mnoho závodů.
Před diskusí o alternativních kovech je třeba stručně uvést další bod. V mnoha případech 316 SS nebo dokonce 304 SS fungovaly dobře během normálního provozu, ale selhaly během výpadku proudu. Ve většině případů je porucha způsobena špatným odvodněním kondenzátoru nebo výměníku tepla, což způsobuje stagnaci vody v trubkách. Toto prostředí poskytuje ideální podmínky pro růst mikroorganismů, které přímo produkují tuhokorodické kolonie.
Je známo, že tento mechanismus, známý jako mikrobiálně indukovaná koroze (MIC), ničí trubky z nerezové oceli a další kovy během týdnů. Pokud nelze výměník tepla vypustit, je třeba vážně uvažovat o pravidelné cirkulaci vody přes výměník tepla a přidávání biocidu během procesu. zasláno na 39. sympoziu Electric Utility Chemistry Symposium.)
Pro drsná prostředí zdůrazněná výše, stejně jako pro drsnější prostředí, jako je brakická voda nebo mořská voda, lze k odvrácení nečistot použít alternativní kovy. Tři skupiny slitin se osvědčily, komerčně čistý titan, 6% molybden austenitická nerezová ocel a superferitická nerezová ocel. Tyto slitiny jsou také MIC odolné vůči MIC a jeho krystalická struktura s nízkým modulem pružnosti je považována za velmi odolnou vůči hexagonové korozi. náchylná k mechanickému poškození.Tato slitina se nejlépe hodí pro nové instalace se silnou nosnou konstrukcí trubek.Výbornou alternativou je superferitická nerezová ocel Sea-Cure®.Složení tohoto materiálu je uvedeno níže.
Ocel má vysoký obsah chrómu, ale nízký obsah niklu, takže je to spíše feritická nerezová ocel než austenitická nerezová ocel. Vzhledem k nízkému obsahu niklu stojí mnohem méně než jiné slitiny. Vysoká pevnost a modul pružnosti Sea-Cure umožňují tenčí stěny než jiné materiály, což má za následek lepší přenos tepla.
Vylepšené vlastnosti těchto kovů jsou znázorněny v tabulce „Ekvivalentní číslo odolnosti proti důlkové korozi“, což je, jak název napovídá, zkušební postup používaný ke stanovení odolnosti různých kovů vůči důlkové korozi.
Jednou z nejčastějších otázek je „Jaký je maximální obsah chloridů, který může konkrétní třída nerezové oceli tolerovat?Odpovědi se velmi liší. Mezi faktory patří pH, teplota, přítomnost a typ lomů a potenciál pro aktivní biologické druhy. Na pravou osu obrázku 5 byl přidán nástroj, který pomáhá s tímto rozhodnutím. Je založen na neutrálním pH, 35°C tekoucí vodě, která se běžně vyskytuje v mnoha BOP a kondenzačních aplikacích (aby se zabránilo tvorbě usazenin a tvorbě trhlin). Poté lze vybrat slitinu se specifickým chemickým složením a může být propojena s vhodným chemickým složením. lze určit nakreslením vodorovné čáry na pravé ose. Obecně platí, že pokud má být slitina zvažována pro použití v brakické nebo mořské vodě, musí mít CCT vyšší než 25 stupňů Celsia, měřeno testem G 48.
Je jasné, že superferitické slitiny reprezentované Sea-Cure® jsou obecně vhodné i pro aplikace s mořskou vodou. Tyto materiály mají ještě jednu výhodu, kterou je třeba zdůraznit. Problémy s korozí manganu byly pozorovány u 304 a 316 SS po mnoho let, včetně závodů podél řeky Ohio. V poslední době jsou výměníky tepla v závodech podél Mississippi a Missouri obvyklým problémem koroze systémů v řekách Welled Manga. identifikovaný jako oxid manganičitý (MnO2) reagující s oxidačním biocidem za vzniku kyseliny chlorovodíkové pod ložiskem. HCl je to, co skutečně napadá kovy.[WH Dickinson a RW Pick, "Koroze závislá na manganu v elektrickém energetickém průmyslu";představeno na výroční konferenci o korozi NACE v roce 2002, Denver, CO.] Feritické oceli jsou vůči tomuto koroznímu mechanismu odolné.
Výběr kvalitnějších materiálů pro trubky kondenzátoru a výměníku tepla stále není náhradou za správné chemické řízení chemické úpravy vody. Jak autor Buecker nastínil v předchozím článku o energetice, je nezbytný správně navržený a provozovaný program chemické úpravy, aby se minimalizoval potenciál pro tvorbu vodního kamene, korozi a zanášení. Chemie polymerů se objevuje jako výkonná alternativa ke starší chemii na bázi fosforečnanových/mikrobifosfonátových věží pro kontrolu koroze a kritického usazování vodního kamene. Oxidační chemie s chlórem, bělidlem nebo podobnými sloučeninami je základním kamenem mikrobiální kontroly, doplňková ošetření mohou často zlepšit účinnost léčebných programů. Jedním z takových příkladů je stabilizační chemie, která pomáhá zvýšit rychlost uvolňování a účinnost oxidačních biocidů na bázi chloru, aniž by do vody vnášely jakékoli škodlivé sloučeniny. Kromě toho doplňkové krmivo s neoxidujícími látkami může být velmi prospěšné pro vývoj mikrobiálních fungicidů. výměníků tepla v elektrárnách, ale každý systém je jiný, proto je pro výběr materiálů a chemických postupů důležité pečlivé plánování a konzultace s odborníky z oboru. Velká část tohoto článku je napsána z hlediska úpravy vody, nepodílíme se na rozhodování o materiálech, ale jsme požádáni, abychom pomohli řídit dopad těchto rozhodnutí, jakmile bude zařízení uvedeno do provozu. Konečné rozhodnutí o výběru materiálu musí učinit personál závodu na základě řady faktorů specifikovaných pro každou aplikaci.
O autorovi: Brad Buecker je Senior Technical Publicist v ChemTreat.Má 36 let zkušeností v energetice nebo je s ním spojen, velkou část z toho v chemii výroby páry, úpravě vody, řízení kvality vzduchu a ve společnostech City Water, Light & Power (Springfield, IL) a Kansas City Power & Light Company sídlí v La Cygne Supervisor Station, Kansas. ry z Iowské státní univerzity s doplňkovou prací v kurzu mechaniky tekutin, energie a rovnováhy materiálů a pokročilé anorganické chemie.
Dan Janikowski je technickým manažerem ve společnosti Plymouth Tube. Již 35 let se zabývá vývojem kovů, výrobou a testováním trubkových produktů včetně slitin mědi, nerezové oceli, slitin niklu, titanu a uhlíkové oceli. Ve společnosti Plymouth Metro působí od roku 2005 a než se v roce 2010 stal technickým manažerem, zastával Janikowski různé vedoucí pozice.