Οι συγγραφείς έχουν επανεξετάσει τις νέες προδιαγραφές του έργου ενέργειας ξανά και ξανά, όπου οι σχεδιαστές εγκαταστάσεων επιλέγουν συνήθως ανοξείδωτο χάλυβα 304 ή 316 για συμπυκνωτή και βοηθητικούς εναλλάκτες θερμότητας. για το μακιγιάζ του νερού ψύξης, σε συνδυασμό με τους πύργους ψύξης που λειτουργούν σε κύκλους υψηλών συγκεντρώσεων, μεγεθύνονται πιθανοί μηχανισμοί αστοχίας από ανοξείδωτο χάλυβα. Σε ορισμένες εφαρμογές, ο ανοξείδωτος χάλυβας σειράς 300 επιβιώνει μόνο για μήνες, μερικές φορές μόνο εβδομάδες, πριν αστοχήσει. μηχανικές δυνάμεις, συμπεριλαμβανομένης της κόπωσης και της διάβρωσης.
Η προσθήκη 12% ή περισσότερου χρωμίου στον χάλυβα προκαλεί το κράμα να σχηματίσει ένα συνεχές στρώμα οξειδίου που προστατεύει το βασικό μέταλλο από κάτω. Εξ ου και ο όρος ανοξείδωτος χάλυβας. Ελλείψει άλλων υλικών κραμάτων (ειδικά νικέλιο), ο ανθρακούχο χάλυβας είναι μέρος της ομάδας φερρίτη και η μονάδα του έχει κυβική δομή (BCC) με επίκεντρο το σώμα.
Όταν προστίθεται νικέλιο στο μίγμα του κράματος σε συγκέντρωση 8% ή μεγαλύτερη, η κυψέλη θα υπάρχει σε μια κυβική δομή με επίκεντρο το πρόσωπο (FCC) που ονομάζεται ωστενίτης, ακόμη και σε θερμοκρασία περιβάλλοντος.
Όπως φαίνεται στον Πίνακα 1, οι ανοξείδωτοι χάλυβες της σειράς 300 και άλλοι ανοξείδωτοι χάλυβες έχουν περιεκτικότητα σε νικέλιο που παράγει μια ωστενιτική δομή.
Οι ωστενιτικοί χάλυβες έχουν αποδειχθεί πολύτιμοι σε πολλές εφαρμογές, όπως ως υλικό για υπερθερμαντήρες υψηλής θερμοκρασίας και σωλήνες αναθέρμανσης σε λέβητες ισχύος. Ειδικότερα, η σειρά 300 χρησιμοποιείται συχνά ως υλικό για σωλήνες εναλλάκτη θερμότητας χαμηλής θερμοκρασίας, συμπεριλαμβανομένων των συμπυκνωτών επιφάνειας ατμού. Ωστόσο, σε αυτές τις εφαρμογές πολλοί παραβλέπουν πιθανούς μηχανισμούς αστοχίας.
Η κύρια δυσκολία με τον ανοξείδωτο χάλυβα, ειδικά τα δημοφιλή υλικά 304 και 316, είναι ότι το προστατευτικό στρώμα οξειδίου συχνά καταστρέφεται από ακαθαρσίες στο νερό ψύξης και από ρωγμές και εναποθέσεις που βοηθούν στη συγκέντρωση ακαθαρσιών. Επιπλέον, υπό συνθήκες διακοπής λειτουργίας, το στάσιμο νερό μπορεί να οδηγήσει σε μικροβιακή ανάπτυξη, των οποίων τα μεταβολικά υποπροϊόντα μετάλλων μπορεί να είναι υψηλή.
Μια κοινή ακαθαρσία νερού ψύξης, και από τις πιο δύσκολες στην οικονομική απομάκρυνση, είναι το χλωρίδιο. Αυτό το ιόν μπορεί να προκαλέσει πολλά προβλήματα στις γεννήτριες ατμού, αλλά στους συμπυκνωτές και τους βοηθητικούς εναλλάκτες θερμότητας, η κύρια δυσκολία είναι ότι τα χλωρίδια σε επαρκείς συγκεντρώσεις μπορούν να διεισδύσουν και να καταστρέψουν το προστατευτικό στρώμα οξειδίου στον ανοξείδωτο χάλυβα, προκαλώντας τοπική διάβρωση.
Η διάβρωση είναι μια από τις πιο ύπουλες μορφές διάβρωσης επειδή μπορεί να προκαλέσει διεισδύσεις στους τοίχους και αστοχία του εξοπλισμού με μικρή απώλεια μετάλλου.
Οι συγκεντρώσεις χλωρίου δεν χρειάζεται να είναι πολύ υψηλές για να προκαλέσουν διάβρωση διάτρησης στον ανοξείδωτο χάλυβα 304 και 316 και για καθαρές επιφάνειες χωρίς εναποθέσεις ή ρωγμές, οι συνιστώμενες μέγιστες συγκεντρώσεις χλωρίου θεωρούνται πλέον:
Διάφοροι παράγοντες μπορούν εύκολα να παράγουν συγκεντρώσεις χλωρίου που υπερβαίνουν αυτές τις οδηγίες, τόσο γενικά όσο και σε τοπικές τοποθεσίες. Έχει γίνει πολύ σπάνιο να εξετάσουμε πρώτα την ψύξη εφάπαξ για νέους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής. Οι περισσότεροι είναι κατασκευασμένοι με πύργους ψύξης ή σε ορισμένες περιπτώσεις, αερόψυκτους συμπυκνωτές (ACC). Το 50 mg/l λειτουργεί με πέντε κύκλους συγκέντρωσης και η περιεκτικότητα σε χλωριούχο νερό του κυκλοφορούντος νερού είναι 250 mg/l. Αυτό από μόνο του αποκλείει γενικά το 304 SS. Επιπλέον, σε νέες και υπάρχουσες εγκαταστάσεις, υπάρχει αυξανόμενη ανάγκη αντικατάστασης γλυκού νερού για αναπλήρωση των εγκαταστάσεων. Μια κοινή εναλλακτική είναι τα αστικά λύματα. Ο Πίνακας 2 συγκρίνει την ανάλυση του γλυκού νερού.
Προσέξτε για αυξημένα επίπεδα χλωρίου (και άλλες ακαθαρσίες, όπως άζωτο και φώσφορο, που μπορούν να αυξήσουν σημαντικά τη μικροβιακή μόλυνση στα συστήματα ψύξης). Για ουσιαστικά όλο το γκρίζο νερό, οποιαδήποτε κυκλοφορία στον πύργο ψύξης θα υπερβαίνει το όριο χλωρίου που συνιστάται από το 316 SS.
Η προηγούμενη συζήτηση βασίζεται στο δυναμικό διάβρωσης κοινών μεταλλικών επιφανειών. Τα σπασίματα και τα ιζήματα αλλάζουν δραματικά την ιστορία, καθώς και τα δύο παρέχουν σημεία όπου μπορούν να συγκεντρωθούν οι ακαθαρσίες. Μια τυπική θέση για μηχανικές ρωγμές σε συμπυκνωτές και παρόμοιους εναλλάκτες θερμότητας είναι στις διασταυρώσεις φύλλου σωλήνα σε σωλήνα. .Επιπλέον, επειδή ο ανοξείδωτος χάλυβας βασίζεται σε ένα συνεχές στρώμα οξειδίου για προστασία, οι εναποθέσεις μπορούν να σχηματίσουν θέσεις φτωχές σε οξυγόνο που μετατρέπουν την υπόλοιπη επιφάνεια του χάλυβα σε άνοδο.
Η παραπάνω συζήτηση σκιαγραφεί ζητήματα που συνήθως δεν λαμβάνουν υπόψη οι σχεδιαστές των εγκαταστάσεων όταν καθορίζουν υλικά σωλήνων συμπυκνωτή και βοηθητικού εναλλάκτη θερμότητας για νέα έργα. Η νοοτροπία σχετικά με τα 304 και 316 SS μερικές φορές εξακολουθεί να φαίνεται να είναι "αυτό κάναμε πάντα" χωρίς να λάβουν υπόψη τις συνέπειες τέτοιων ενεργειών. Εναλλακτικά υλικά είναι διαθέσιμα για να αντιμετωπίσουν τις δύσκολες συνθήκες του φυτού.
Πριν συζητήσουμε τα εναλλακτικά μέταλλα, πρέπει να αναφερθεί συνοπτικά ένα άλλο σημείο. Σε πολλές περιπτώσεις, ένα 316 SS ή ακόμα και ένα 304 SS είχε καλή απόδοση κατά την κανονική λειτουργία, αλλά απέτυχε κατά τη διάρκεια διακοπής ρεύματος. Στις περισσότερες περιπτώσεις, η βλάβη οφείλεται σε κακή αποστράγγιση του συμπυκνωτή ή του εναλλάκτη θερμότητας που προκαλεί στάσιμο νερό στους σωλήνες. το σωληνωτό μέταλλο.
Αυτός ο μηχανισμός, γνωστός ως μικροβιακά επαγόμενη διάβρωση (MIC), είναι γνωστό ότι καταστρέφει σωλήνες από ανοξείδωτο χάλυβα και άλλα μέταλλα εντός εβδομάδων. Εάν ο εναλλάκτης θερμότητας δεν μπορεί να αποστραγγιστεί, θα πρέπει να ληφθεί σοβαρά υπόψη η περιοδική κυκλοφορία νερού μέσω του εναλλάκτη θερμότητας και η προσθήκη βιοκτόνου κατά τη διάρκεια της διαδικασίας. (Για περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με τις κατάλληλες διαδικασίες τοποθέτησης, βλ. 6, 2019 στο Champaign, IL Παρουσιάστηκε στο 39ο Συμπόσιο Χημείας Electric Utility.)
Για τα σκληρά περιβάλλοντα που επισημαίνονται παραπάνω, καθώς και για πιο σκληρά περιβάλλοντα όπως το υφάλμυρο νερό ή το θαλασσινό νερό, μπορούν να χρησιμοποιηθούν εναλλακτικά μέταλλα για την απομάκρυνση των ακαθαρσιών. Τρεις ομάδες κραμάτων έχουν αποδειχθεί επιτυχημένες, εμπορικά καθαρό τιτάνιο, ωστενιτικός ανοξείδωτος χάλυβας 6% μολυβδαίνιο και υπερφερριτικός ανοξείδωτος χάλυβας. , η εξαγωνική κλειστή κρυσταλλική δομή του και ο εξαιρετικά χαμηλός συντελεστής ελαστικότητας το καθιστούν ευαίσθητο σε μηχανικές βλάβες. Αυτό το κράμα ταιριάζει καλύτερα για νέες εγκαταστάσεις με ισχυρές δομές στήριξης σωλήνων. Μια εξαιρετική εναλλακτική είναι ο υπερφερριτικός ανοξείδωτος χάλυβας Sea-Cure®. Η σύνθεση αυτού του υλικού φαίνεται παρακάτω.
Ο χάλυβας έχει υψηλή περιεκτικότητα σε χρώμιο αλλά χαμηλό σε νικέλιο, επομένως είναι φερριτικός ανοξείδωτος χάλυβας αντί για ωστενιτικός ανοξείδωτος χάλυβας. Λόγω της χαμηλής περιεκτικότητάς του σε νικέλιο, κοστίζει πολύ λιγότερο από άλλα κράματα. Η υψηλή αντοχή και ο συντελεστής ελαστικότητας του Sea-Cure επιτρέπουν λεπτότερα τοιχώματα από άλλα υλικά, με αποτέλεσμα βελτιωμένη μεταφορά θερμότητας.
Οι βελτιωμένες ιδιότητες αυτών των μετάλλων φαίνονται στο διάγραμμα «Αριθμός Ισοδύναμου Αντίστασης Διάτρησης», το οποίο, όπως υποδηλώνει το όνομα, είναι μια διαδικασία δοκιμής που χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της αντοχής διαφόρων μετάλλων στη διάβρωση με διάτρηση.
Μία από τις πιο συνηθισμένες ερωτήσεις είναι «Ποια είναι η μέγιστη περιεκτικότητα σε χλωριούχα που μπορεί να ανεχθεί μια συγκεκριμένη κατηγορία ανοξείδωτου χάλυβα;»Οι απαντήσεις ποικίλλουν ευρέως. Οι παράγοντες περιλαμβάνουν το pH, τη θερμοκρασία, την παρουσία και τον τύπο καταγμάτων και τη δυνατότητα για ενεργά βιολογικά είδη. Ένα εργαλείο έχει προστεθεί στον δεξιό άξονα του Σχήματος 5 για να βοηθήσει σε αυτήν την απόφαση. Βασίζεται σε ουδέτερο pH, 35°C ρέον νερό που βρίσκεται συνήθως σε πολλές εφαρμογές BOP και συμπύκνωσης (για την αποφυγή ειδικής σύστασης PRE με επιλεγμένη χημική σύσταση). μπορεί να προσδιοριστεί και στη συνέχεια να διασταυρωθεί με την κατάλληλη κάθετο. Το συνιστώμενο μέγιστο επίπεδο χλωρίου μπορεί στη συνέχεια να προσδιοριστεί σχεδιάζοντας μια οριζόντια γραμμή στον δεξιό άξονα. Γενικά, εάν ένα κράμα πρόκειται να ληφθεί υπόψη για εφαρμογές υφάλμυρου ή θαλασσινού νερού, πρέπει να έχει CCT πάνω από 25 βαθμούς Κελσίου όπως μετράται με τη δοκιμή G 48.
Είναι σαφές ότι τα σούπερ φερριτικά κράματα που αντιπροσωπεύονται από το Sea-Cure® είναι γενικά κατάλληλα για εφαρμογές ακόμη και σε θαλασσινό νερό. Υπάρχει ένα άλλο πλεονέκτημα από αυτά τα υλικά που πρέπει να τονιστεί. Προβλήματα διάβρωσης μαγγανίου έχουν παρατηρηθεί για τα 304 και 316 SS εδώ και πολλά χρόνια, συμπεριλαμβανομένων των εργοστασίων κατά μήκος του ποταμού Οχάιο. Πρόσφατα, οι εναλλάκτες θερμότητας κατά μήκος των εργοστασίων έχουν υποστεί αρνητικές επιθέσεις. κοινό πρόβλημα στα συστήματα συμπλήρωσης νερού πηγαδιών. Ο μηχανισμός διάβρωσης έχει αναγνωριστεί ως το διοξείδιο του μαγγανίου (MnO2) που αντιδρά με ένα οξειδωτικό βιοκτόνο για να δημιουργήσει υδροχλωρικό οξύ κάτω από το κοίτασμα. Το HCl είναι αυτό που πραγματικά επιτίθεται στα μέταλλα.[WH Dickinson and RW Pick, "Manganese-Dependent Corrosion in the Electric Power";που παρουσιάστηκε στο 2002 NACE Annual Corrosion Conference, Denver, CO.] Οι φερριτικοί χάλυβες είναι ανθεκτικοί σε αυτόν τον μηχανισμό διάβρωσης.
Η επιλογή υλικών υψηλότερης ποιότητας για σωλήνες συμπυκνωτή και εναλλάκτη θερμότητας δεν είναι ακόμα υποκατάστατο για τον κατάλληλο έλεγχο χημείας επεξεργασίας νερού. Όπως έχει περιγράψει ο συγγραφέας Buecker σε προηγούμενο άρθρο μηχανικής ενέργειας, είναι απαραίτητο ένα σωστά σχεδιασμένο και λειτουργικό πρόγραμμα χημικής επεξεργασίας για να ελαχιστοποιηθεί η πιθανότητα σχηματισμού απολέπισης, διάβρωσης και ρύπανσης. Ο έλεγχος της μικροβιακής μόλυνσης ήταν και θα συνεχίσει να είναι ένα κρίσιμο ζήτημα. Ενώ η οξειδωτική χημεία με χλώριο, λευκαντικό ή παρόμοιες ενώσεις είναι ο ακρογωνιαίος λίθος του μικροβιακού ελέγχου, οι συμπληρωματικές θεραπείες μπορούν συχνά να βελτιώσουν την αποτελεσματικότητα των προγραμμάτων θεραπείας. Ένα τέτοιο παράδειγμα είναι η σταθεροποίηση της οξειδωτικής δράσης χωρίς την εισαγωγή επιβλαβών ενώσεων στο νερό. Επιπλέον, η συμπληρωματική τροφή με μη οξειδωτικά μυκητοκτόνα μπορεί να είναι πολύ ωφέλιμη για τον έλεγχο της μικροβιακής ανάπτυξης. Το αποτέλεσμα είναι ότι υπάρχουν πολλοί τρόποι βελτίωσης της βιωσιμότητας και της αξιοπιστίας των εναλλάκτη θερμότητας των σταθμών ηλεκτροπαραγωγής, αλλά κάθε σύστημα είναι διαφορετικό. για να βοηθήσει στη διαχείριση του αντίκτυπου αυτών των αποφάσεων όταν ο εξοπλισμός είναι σε λειτουργία.
Σχετικά με τον συγγραφέα: Ο Brad Buecker είναι Ανώτερος Τεχνικός Δημοσιογράφος στο ChemTreat. Έχει 36 χρόνια εμπειρίας στη βιομηχανία ηλεκτρικής ενέργειας ή συνδέεται με τη βιομηχανία ηλεκτρικής ενέργειας, μεγάλο μέρος της στη χημεία παραγωγής ατμού, την επεξεργασία νερού, τον έλεγχο ποιότητας του αέρα και στο City Water, Light & Power (Springfield, IL) και η Kansas City Power & Light Company βρίσκεται επίσης στο La Cybersagne. σε ένα χημικό εργοστάσιο. Ο Buecker είναι κάτοχος πτυχίου Χημείας από το Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Αϊόβα με πρόσθετη εργασία στη Μηχανική των Ρευστών, την Ισορροπία Ενέργειας και Υλικών και την Προηγμένη Ανόργανη Χημεία.
Ο Dan Janikowski είναι Τεχνικός Διευθυντής στην Plymouth Tube. Για 35 χρόνια, ασχολείται με την ανάπτυξη μετάλλων, την κατασκευή και τη δοκιμή σωληνοειδών προϊόντων, συμπεριλαμβανομένων των κραμάτων χαλκού, ανοξείδωτου χάλυβα, κραμάτων νικελίου, τιτανίου και ανθρακούχου χάλυβα. Έχοντας εργαστεί στην Plymouth Metro από το 2005, ο Janikorchnical10 κατείχε διάφορες θέσεις Διευθυντής σε διάφορες θέσεις.