نویسندگان بارها و بارها مشخصات پروژه های برق جدید را بررسی کرده اند، که در آن طراحان کارخانه معمولاً فولاد ضد زنگ 304 یا 316 را برای کندانسور و لوله مبدل حرارتی کمکی انتخاب می کنند. برای بسیاری، واژه فولاد ضد زنگ هاله ای از خوردگی شکست ناپذیر را به ذهن متبادر می کند، در حالی که در واقع، فولادهای زنگ نزن گاهی اوقات بدترین گزینه در برابر خوردگی آب تازه هستند. برای آرایش آب خنک، همراه با برج‌های خنک‌کننده که در چرخه‌های غلظت بالا کار می‌کنند، مکانیسم‌های بالقوه خرابی فولاد ضد زنگ بزرگ‌نمایی می‌شوند. در برخی از کاربردها، فولاد ضد زنگ سری 300 فقط برای ماه‌ها، گاهی فقط هفته‌ها، قبل از خرابی دوام می‌آورد. نیروهای مکانیکی، از جمله خستگی و خوردگی فرسایشی.
افزودن 12 درصد یا بیشتر کروم به فولاد باعث می شود که آلیاژ یک لایه اکسیدی پیوسته تشکیل دهد که از فلز پایه در زیر آن محافظت می کند. از این رو اصطلاح فولاد ضد زنگ به آن می گویند. در غیاب سایر مواد آلیاژی (به ویژه نیکل)، فولاد کربنی بخشی از گروه فریت است و سلول واحد آن دارای ساختار مکعبی (BCC) است.
هنگامی که نیکل با غلظت 8 درصد یا بیشتر به مخلوط آلیاژ اضافه می شود، سلول در یک ساختار مکعبی (FCC) به نام آستنیت، حتی در دمای محیط، وجود خواهد داشت.
همانطور که در جدول 1 نشان داده شده است، فولادهای زنگ نزن سری 300 و سایر فولادهای زنگ نزن دارای محتوای نیکل هستند که ساختار آستنیتی ایجاد می کند.
فولادهای آستنیتی در بسیاری از کاربردها بسیار ارزشمند هستند، از جمله به عنوان ماده ای برای سوپرهیتر با دمای بالا و لوله های گرم کننده در دیگ های برقی. سری 300 به طور خاص اغلب به عنوان ماده ای برای لوله های مبدل حرارتی با دمای پایین، از جمله کندانسورهای سطح بخار استفاده می شود.
مشکل اصلی فولاد ضد زنگ، به ویژه مواد محبوب 304 و 316، این است که لایه اکسید محافظ اغلب توسط ناخالصی‌های موجود در آب خنک‌کننده و توسط شکاف‌ها و رسوباتی که به تمرکز ناخالصی‌ها کمک می‌کنند، از بین می‌رود.
یک ناخالصی معمول آب خنک کننده و یکی از سخت ترین آنها که از نظر اقتصادی حذف می شود، کلرید است. این یون می تواند مشکلات زیادی را در مولدهای بخار ایجاد کند، اما در کندانسورها و مبدل های حرارتی کمکی، مشکل اصلی این است که کلریدها در غلظت های کافی می توانند به لایه اکسید محافظ روی فولاد زنگ نزن نفوذ کرده و از بین ببرند و باعث ایجاد پیروز شدن موضعی شوند.
حفره یکی از موذی ترین اشکال خوردگی است زیرا می تواند باعث نفوذ به دیوار و خرابی تجهیزات با اتلاف کمی فلز شود.
برای ایجاد خوردگی حفره ای در فولاد زنگ نزن 304 و 316 لازم نیست غلظت کلرید بسیار بالا باشد و برای سطوح تمیز بدون رسوب یا شکاف، حداکثر غلظت کلرید توصیه شده اکنون در نظر گرفته می شود:
چندین عامل به راحتی می توانند غلظت کلریدی را تولید کنند که از این دستورالعمل ها فراتر می رود، چه به طور کلی و چه در مکان های محلی. در نظر گرفتن خنک سازی یکبار مصرف برای نیروگاه های جدید بسیار نادر شده است. بیشتر آنها با برج های خنک کننده یا در برخی موارد، کندانسورهای هوا خنک (ACC) ساخته می شوند. 50 میلی گرم در لیتر با پنج چرخه غلظت کار می کند و محتوای کلرید آب در گردش 250 میلی گرم در لیتر است. این به تنهایی باید 304 SS را رد کند. علاوه بر این، در نیروگاه های جدید و موجود، نیاز فزاینده ای به جایگزینی آب شیرین برای شارژ مجدد نیروگاه وجود دارد. یک جایگزین رایج، فاضلاب شهری است. جدول 2 آب شیرین را با تجزیه و تحلیل فوق العاده آب شیرین مقایسه می کند.
مراقب افزایش سطح کلرید باشید (و سایر ناخالصی ها، مانند نیتروژن و فسفر، که می توانند آلودگی میکروبی را در سیستم های خنک کننده تا حد زیادی افزایش دهند). اساساً برای تمام آب خاکستری، هر گردشی در برج خنک کننده از حد کلرید توصیه شده توسط 316 SS فراتر خواهد رفت.
بحث قبلی بر اساس پتانسیل خوردگی سطوح فلزی رایج است. شکستگی ها و رسوبات به طور چشمگیری داستان را تغییر می دهند، زیرا هر دو مکان هایی را فراهم می کنند که ناخالصی ها می توانند در آن متمرکز شوند. یک مکان معمولی برای ترک های مکانیکی در کندانسورها و مبدل های حرارتی مشابه، در اتصالات لوله به لوله ورق است. رسوب در داخل لوله می تواند به عنوان محل ته نشینی ایجاد کند. علاوه بر این، از آنجایی که فولاد ضد زنگ برای محافظت به یک لایه اکسیدی پیوسته متکی است، رسوبات می توانند مکان های فقیر از اکسیژن را تشکیل دهند که سطح فولاد باقی مانده را به یک آند تبدیل می کند.
بحث بالا به تشریح موضوعاتی می‌پردازد که طراحان کارخانه معمولاً هنگام تعیین مواد کندانسور و لوله مبدل حرارتی کمکی برای پروژه‌های جدید در نظر نمی‌گیرند. ذهنیت در مورد 304 و 316 SS گاهی اوقات هنوز به نظر می‌رسد "این همان کاری است که ما همیشه انجام می‌دهیم" بدون در نظر گرفتن عواقب چنین اقداماتی. مواد جایگزین برای مقابله با شرایط سخت آب در کارخانه در دسترس هستند.
قبل از بحث در مورد فلزات جایگزین، باید به طور خلاصه به نکته دیگری اشاره کرد. در بسیاری از موارد، یک 316 SS یا حتی یک 304 SS در حین کارکرد معمولی عملکرد خوبی داشت، اما در هنگام قطع برق شکست خورد. در بیشتر موارد، خرابی به دلیل تخلیه ضعیف کندانسور یا مبدل حرارتی است که باعث راکد شدن آب در لوله ها می شود. این محیط شرایط ایده آلی را برای رشد ترکیبات میکروارگانیسمی ایجاد می کند. فلز لوله ای
این مکانیسم که به عنوان خوردگی ناشی از میکروبی (MIC) شناخته می شود، لوله های فولادی ضد زنگ و سایر فلزات را در عرض چند هفته از بین می برد. اگر مبدل حرارتی نمی تواند تخلیه شود، باید توجه جدی به گردش دوره ای آب از طریق مبدل حرارتی و افزودن بیوسید در طول فرآیند داده شود. 6، 2019 در Champaign، IL در سی و نهمین سمپوزیوم شیمی تاسیسات برق ارائه شد.)
برای محیط‌های خشن‌تر که در بالا مشخص شد، و همچنین محیط‌های خشن‌تر مانند آب شور یا آب دریا، می‌توان از فلزات جایگزین برای دفع ناخالصی‌ها استفاده کرد. سه گروه آلیاژی موفقیت‌آمیز، تیتانیوم خالص تجاری، فولاد ضد زنگ آستنیتی مولیبدن 6 درصد و فولاد ضد زنگ سوپرفریتی را نشان داده‌اند. ساختار کریستالی نزدیک بسته شش ضلعی و مدول الاستیک بسیار کم آن را مستعد آسیب مکانیکی می کند. این آلیاژ برای تاسیسات جدید با ساختارهای پشتیبانی لوله قوی مناسب است. یک جایگزین عالی، فولاد ضد زنگ فوق فریت Sea-Cure® است. ترکیب این ماده در زیر نشان داده شده است.
این فولاد دارای کروم بالایی است اما نیکل کمی دارد، بنابراین به جای فولاد زنگ نزن آستنیتی، یک فولاد ضد زنگ فریتی است. به دلیل محتوای نیکل کم آن، هزینه بسیار کمتری نسبت به سایر آلیاژها دارد. استحکام بالا و مدول الاستیک Sea-Cure اجازه می دهد تا دیواره های نازک تری نسبت به سایر مواد ایجاد شود و در نتیجه انتقال حرارت بهبود یافته است.
خواص افزایش یافته این فلزات در نمودار "شماره معادل مقاومت حفره ای" نشان داده شده است، که همانطور که از نام آن پیداست، یک روش آزمایشی است که برای تعیین مقاومت فلزات مختلف در برابر خوردگی حفره ای استفاده می شود.
یکی از رایج ترین سوالات این است که "حداکثر محتوای کلریدی که یک درجه خاص از فولاد ضد زنگ می تواند تحمل کند چقدر است؟"پاسخ ها بسیار متفاوت است. عواملی مانند pH، دما، حضور و نوع شکستگی ها و پتانسیل گونه های بیولوژیکی فعال هستند. ابزاری در محور سمت راست شکل 5 برای کمک به این تصمیم اضافه شده است. این ابزار بر اساس pH خنثی، آب جاری 35 درجه سانتیگراد است که معمولاً در بسیاری از کاربردهای BOP و تراکم یافت می شود (برای جلوگیری از تشکیل رسوب شیمیایی خاص، ترک و تراکم با تشکیل رسوب ORE انتخاب شده است). می توان تعیین کرد و سپس با اسلش مناسب آن را قطع کرد. حداکثر سطح کلرید توصیه شده را می توان با کشیدن یک خط افقی روی محور سمت راست تعیین کرد. به طور کلی، اگر قرار است آلیاژی برای کاربردهای آب شور یا آب دریا در نظر گرفته شود، باید CCT بالای 25 درجه سانتیگراد داشته باشد که با آزمایش G 48 اندازه گیری می شود.
واضح است که آلیاژهای فوق فریتی ارائه شده توسط Sea-Cure® عموماً برای کاربردهای حتی در آب دریا نیز مناسب هستند. مزیت دیگری برای این مواد وجود دارد که باید بر آن تأکید شود. مشکلات خوردگی منگنز برای 304 و 316 SS برای سال‌های متمادی مشاهده شده است، از جمله در کارخانه‌های کنار رودخانه اوهایو. اخیراً، مبدل‌های حرارتی در امتداد کارخانه‌ها نیز مورد حمله قرار گرفته‌اند. مشکل رایج در سیستم های تشکیل دهنده آب چاه. مکانیسم خوردگی به عنوان دی اکسید منگنز (MnO2) شناسایی شده است که با یک بیوسید اکسید کننده واکنش می دهد تا اسید کلریدریک را در زیر رسوب تولید کند. هیدروکلریک همان چیزی است که واقعاً به فلزات حمله می کند.ارائه شده در کنفرانس سالانه خوردگی NACE در سال 2002، دنور، CO.] فولادهای فریتی در برابر این مکانیسم خوردگی مقاوم هستند.
انتخاب مواد درجه بالاتر برای کندانسور و لوله‌های مبدل حرارتی هنوز جایگزینی برای کنترل مناسب شیمی تصفیه آب نیست. همانطور که نویسنده Buecker در مقاله قبلی مهندسی قدرت بیان کرده است، یک برنامه تصفیه شیمیایی به درستی طراحی و اجرا شده است تا پتانسیل پوسته‌گیری، خوردگی و رسوب را به حداقل برساند. کنترل آلودگی میکروبی یک مسئله حیاتی بوده و خواهد بود. در حالی که شیمی اکسیداتیو با کلر، سفید کننده یا ترکیبات مشابه سنگ بنای کنترل میکروبی است، درمان‌های مکمل اغلب می‌توانند کارایی برنامه‌های تصفیه را بهبود بخشند. یکی از این مثال‌ها، کاهش سرعت و افزایش اثربخشی شیمی‌دان است. بدون وارد کردن ترکیبات مضر به آب. علاوه بر این، خوراک مکمل با قارچ‌کش‌های غیر اکسیدکننده ممکن است در کنترل توسعه میکروبی بسیار مفید باشد. نتیجه این است که راه‌های زیادی برای بهبود پایداری و قابلیت اطمینان مبدل‌های حرارتی نیروگاه وجود دارد، اما هر سیستمی متفاوت است، بنابراین برنامه‌ریزی دقیق و مشاوره با کارشناسان صنعت برای انتخاب مواد مهم است. برای کمک به مدیریت تأثیر این تصمیمات پس از راه اندازی تجهیزات. تصمیم نهایی در مورد انتخاب مواد باید توسط پرسنل کارخانه بر اساس تعدادی از عوامل مشخص شده برای هر برنامه گرفته شود.
درباره نویسنده: برد Buecker یک مدیر ارشد فنی در ChemTreat است. او 36 سال تجربه در صنعت برق یا وابسته به آن دارد که بیشتر آن در شیمی تولید بخار، تصفیه آب، کنترل کیفیت هوا و در City Water، Light & Power (Springfield، IL) و Kansas City Power & Light Company نیز در St. در یک کارخانه شیمیایی. بوکر دارای مدرک لیسانس شیمی از دانشگاه ایالتی آیووا با کار دروس اضافی در مکانیک سیالات، تعادل انرژی و مواد، و شیمی معدنی پیشرفته است.
دن جانیکوفسکی مدیر فنی Plymouth Tube است. او به مدت 35 سال در توسعه فلزات، ساخت و آزمایش محصولات لوله مانند آلیاژهای مس، فولاد ضد زنگ، آلیاژهای نیکل، تیتانیوم و فولاد کربنی شرکت داشته است.