POWERGEN International Call for Content er nu åben! Vi leder efter talere fra forsynings- og elproduktionsindustrien. Emnerne omfatter konventionel og vedvarende elproduktion, digital transformation af kraftværker, energilagring, mikronet, anlægsoptimering, strøm på stedet og mere.
Forfatterne har gang på gang gennemgået nye kraftprojektspecifikationer, hvor anlægsdesignere typisk vælger 304 eller 316 rustfrit stål til kondensator- og hjælpevarmevekslerrør. For mange fremmaner begrebet rustfrit stål en aura af uovervindelig korrosion, mens rustfrit stål i virkeligheden nogle gange kan være det værste valg, fordi de er susceptable i forhold til lokalt tæring af køligt vand. make-up, kombineret med køletårne, der opererer ved høje koncentrationscyklusser, forstørres potentielle rustfri stålfejlmekanismer.I nogle applikationer vil 300-serien rustfrit stål kun overleve i måneder, nogle gange kun uger, før det svigter.Denne artikel fokuserer på i det mindste de spørgsmål, der bør overvejes, når man vælger kondensatorrørsmaterialer fra et vandbehandlingsperspektiv, som ikke har en rolle i papirstyrkeudvælgelse, men som ikke har en rolle i dette materialevalg og varmeoverførsel. kale kræfter, herunder træthed og erosionskorrosion.
Tilsætning af 12 % eller mere krom til stål får legeringen til at danne et kontinuerligt oxidlag, der beskytter basismetallet nedenunder.Deraf udtrykket rustfrit stål.I fravær af andre legeringsmaterialer (især nikkel), er kulstofstål en del af ferritgruppen, og dens enhedscelle har en kropscentreret kubisk (BCC) struktur.
Når nikkel tilsættes til legeringsblandingen i en koncentration på 8% eller højere, selv ved omgivelsestemperatur, vil cellen eksistere i en ansigtscentreret kubisk (FCC) struktur kaldet austenit.
Som vist i tabel 1 har 300-seriens rustfri stål og andre rustfrie stål et nikkelindhold, der giver en austenitisk struktur.
Austenitiske stål har vist sig at være meget værdifulde i mange applikationer, herunder som materiale til højtemperatur-overhedning og eftervarmerør i kraftkedler. Især 300-serien bruges ofte som materiale til lavtemperaturvarmevekslerrør, herunder dampoverfladekondensatorer. Det er dog i disse applikationer, at mange overser potentielle fejlmekanismer.
Den største vanskelighed med rustfrit stål, især de populære 304 og 316 materialer, er, at det beskyttende oxidlag ofte ødelægges af urenheder i kølevandet og af sprækker og aflejringer, der hjælper med at koncentrere urenheder. Derudover kan stående vand under nedlukningsforhold føre til mikrobiel vækst, hvis metaboliske biprodukter kan være meget skadelige for metaller.
En almindelig urenhed i kølevandet, og en af ​​de vanskeligste at fjerne økonomisk, er klorid. Denne ion kan forårsage mange problemer i dampgeneratorer, men i kondensatorer og hjælpevarmevekslere er den største vanskelighed, at chlorider i tilstrækkelige koncentrationer kan trænge ind og ødelægge det beskyttende oxidlag på rustfrit stål, hvilket forårsager lokaliseret pitting korrosion.
Pitting er en af ​​de mest lumske former for korrosion, fordi det kan forårsage væggennemtrængning og udstyrsfejl med lidt metaltab.
Chloridkoncentrationer behøver ikke at være særlig høje for at forårsage grubetæring i 304 og 316 rustfrit stål, og for rene overflader uden aflejringer eller sprækker anses de anbefalede maksimale kloridkoncentrationer nu for at være:
Adskillige faktorer kan let frembringe kloridkoncentrationer, der overstiger disse retningslinjer, både generelt og på lokaliserede steder. Det er blevet meget sjældent først at overveje engangskøling til nye kraftværker. De fleste er bygget med køletårne ​​eller i nogle tilfælde luftkølede kondensatorer (ACC). med fem koncentreringscyklusser, og kloridindholdet i det cirkulerende vand er 250 mg/l. Alene dette burde generelt udelukke 304 SS. Desuden er der i nye og eksisterende anlæg et stigende behov for at erstatte ferskvand til anlægsgenopladning. Et almindeligt alternativ er kommunalt spildevand. Tabel 2 sammenligner analysen af ​​de fire ferskvandsforsyninger med de fire ferskvandsforsyninger, der var.
Pas på forhøjede kloridniveauer (og andre urenheder, såsom nitrogen og fosfor, som i høj grad kan øge mikrobiel forurening i kølesystemer). For stort set alt gråt vand vil enhver cirkulation i køletårnet overskride kloridgrænsen anbefalet af 316 SS.
Den foregående diskussion er baseret på korrosionspotentialet af almindelige metaloverflader.Sprækker og sedimenter ændrer historien dramatisk, da begge giver steder, hvor urenheder kan koncentreres. Et typisk sted for mekaniske revner i kondensatorer og lignende varmevekslere er ved rør-til-rør pladeforbindelser. Sediment inde i røret kan skabe revner på sedimentet i selve sedimentet, og tjene som en sediment til sedimentet. mere, fordi rustfrit stål er afhængig af et kontinuerligt oxidlag til beskyttelse, kan aflejringerne danne iltfattige steder, der gør den resterende ståloverflade til en anode.
Ovenstående diskussion skitserer spørgsmål, som anlægsdesignere typisk ikke overvejer, når de specificerer kondensator- og hjælpevarmevekslerrørmaterialer til nye projekter. Mentaliteten vedrørende 304 og 316 SS ser nogle gange stadig ud til at være "det er det, vi altid har gjort" uden at overveje konsekvenserne af sådanne handlinger. Alternative materialer er tilgængelige til at håndtere de hårdere plantningsforhold, som mange kølebetingelser nu kan klare.
Inden vi diskuterer alternative metaller, skal et andet punkt kort anføres. I mange tilfælde klarede en 316 SS eller endda en 304 SS sig godt under normal drift, men fejlede under et strømafbrydelse. I de fleste tilfælde skyldes fejlen dårlig dræning af kondensatoren eller varmeveksleren, hvilket forårsager stillestående vand i rørene. Dette miljø giver ideelle betingelser for væksten af ​​mikroorganismer, der direkte producerer mikroorganismer, der direkte producerer mikroorganismer. metal.
Denne mekanisme, kendt som mikrobielt induceret korrosion (MIC), er kendt for at ødelægge rustfrie stålrør og andre metaller inden for få uger. Hvis varmeveksleren ikke kan tømmes, bør man seriøst overveje at periodisk cirkulere vand gennem varmeveksleren og tilsætte biocid under processen.(For flere detaljer om korrekte oplægningsprocedurer, se D. Janiky Up Exchanger, Considery BOP-4 Condenser, Consider, Layup Exchanger, June 2011, 2011). 6, 2019 i Champaign, IL Præsenteret på det 39. Electric Utility Chemistry Symposium.)
Til de barske miljøer fremhævet ovenfor, såvel som barske miljøer såsom brakvand eller havvand, kan alternative metaller bruges til at afværge urenheder. Tre legeringsgrupper har vist sig at være vellykkede, kommercielt rent titanium, 6 % molybdæn austenitisk rustfrit stål og superferritisk rustfrit stål. Disse legeringer er også meget modstandsdygtige over for titan, som er meget modstandsdygtige over for MIC. Al tætpakket krystalstruktur og ekstremt lavt elasticitetsmodul gør den modtagelig for mekaniske skader. Denne legering er bedst egnet til nye installationer med stærke rørstøttestrukturer. Et glimrende alternativ er det superferritiske rustfri stål Sea-Cure®. Sammensætningen af ​​dette materiale er vist nedenfor.
Stålet er højt i krom, men lavt nikkelindhold, så det er et ferritisk rustfrit stål frem for et austenitisk rustfrit stål. På grund af dets lave nikkelindhold koster det meget mindre end andre legeringer.Sea-Cures høje styrke og elasticitetsmodul giver mulighed for tyndere vægge end andre materialer, hvilket resulterer i forbedret varmeoverførsel.
De forbedrede egenskaber af disse metaller er vist på diagrammet "Pitting Resistance Equivalent Number", som, som navnet antyder, er en testprocedure, der bruges til at bestemme modstanden af ​​forskellige metaller over for grubetæring.
Et af de mest almindelige spørgsmål er "Hvad er det maksimale kloridindhold, som en bestemt kvalitet af rustfrit stål kan tolerere?"Svarene varierer meget. Faktorer omfatter pH, temperatur, tilstedeværelse og type af brud, og potentialet for aktive biologiske arter. Et værktøj er blevet tilføjet på højre akse i figur 5 for at hjælpe med denne beslutning. Det er baseret på neutral pH, 35°C strømmende vand, der almindeligvis findes i mange BOP- og kondenseringsapplikationer (for at forhindre aflejring og dannelse af sprækker, og derefter kan en specifik kemisk sammensætning vælges, og derefter kan en specifik kemisk sammensætning vælges med PR). den passende skråstreg. Det anbefalede maksimale kloridniveau kan derefter bestemmes ved at tegne en vandret linje på højre akse. Generelt, hvis en legering skal overvejes til brak- eller havvandsapplikationer, skal den have en CCT over 25 grader Celsius som målt ved G 48-testen.
Det er tydeligt, at de superferritiske legeringer repræsenteret af Sea-Cure® generelt er velegnede til selv havvandsapplikationer. Der er en anden fordel ved disse materialer, som skal understreges. Mangankorrosionsproblemer er blevet observeret for 304 og 316 SS i mange år, herunder på anlæg langs Ohio-floden. For nylig har varmevekslere ved anlæg langs floden Mississi været et almindeligt problem med korrosionsbrønd i Missouri og Mississi-vandet. op-systemer. Korrosionsmekanismen er blevet identificeret som mangandioxid (MnO2), der reagerer med et oxiderende biocid for at generere saltsyre under aflejringen. HCl er det, der virkelig angriber metaller.[WH Dickinson og RW Pick, "Manganese-Dependent Corrosion in the Electric Power Industry";præsenteret på 2002 NACE Annual Corrosion Conference, Denver, CO.] Ferritiske stål er modstandsdygtige over for denne korrosionsmekanisme.
At vælge materialer af højere kvalitet til kondensator- og varmevekslerrør er stadig ingen erstatning for korrekt vandbehandlingskemikontrol.Som forfatter Buecker har beskrevet i en tidligere kraftteknisk artikel, er et korrekt designet og drevet kemisk behandlingsprogram nødvendigt for at minimere potentialet for afskalning, korrosion og tilsmudsning. Polymerkemi er ved at dukke op som et kraftfuldt alternativ til phosphoerphosphosphosphosphenalist kontrol Kontrol af mikrobiel forurening har været og vil fortsat være et kritisk problem. Mens oxidativ kemi med klor, blegemiddel eller lignende forbindelser er hjørnestenen i mikrobiel kontrol, kan supplerende behandlinger ofte forbedre effektiviteten af ​​behandlingsprogrammer. Et sådant eksempel er stabiliseringskemi, som hjælper med at øge frigivelseshastigheden og effektiviteten af ​​biobaserede stoffer, der ikke skader de biologiske oxiderende vand. desuden kan tilskudsfoder med ikke-oxiderende fungicider være meget gavnligt til at kontrollere mikrobiel udvikling. Resultatet er, at der er mange måder at forbedre bæredygtigheden og pålideligheden af ​​kraftværksvarmevekslere på, men alle systemer er forskellige, så omhyggelig planlægning og konsultation med brancheeksperter er vigtig for valg af materialer og kemiske procedurer. Meget af denne artikel er skrevet ud fra et vandbehandlingsperspektiv, men beslutningen er ikke involveret, men beslutningen om, hvad der er involveret i materialet, er vi opfordret, kører.Den endelige beslutning om materialevalg skal træffes af anlæggets personale baseret på en række faktorer specificeret for hver ansøgning.
Om forfatteren: Brad Buecker er Senior Technical Publicist hos ChemTreat.Han har 36 års erfaring i eller tilknyttet elindustrien, meget af det inden for dampgenereringskemi, vandbehandling, luftkvalitetskontrol og hos City Water, Light & Power (Springfield, IL) og Kansas City Power & Light Company er placeret på La Cygne Water Station, Kansas City. har en BS i kemi fra Iowa State University med yderligere kursusarbejde i væskemekanik, energi- og materialeligevægt og avanceret uorganisk kemi.
Dan Janikowski er teknisk chef hos Plymouth Tube. I 35 år har han været involveret i udviklingen af ​​metaller, fremstilling og test af rørformede produkter, herunder kobberlegeringer, rustfrit stål, nikkellegeringer, titanium og kulstofstål. Efter at have været hos Plymouth Metro siden 2005, havde Janikowski forskellige ledende stillinger, før han blev 2010 teknisk chef.