Kansainvälinen POWERGEN-sisältöpyyntö on nyt auki!Etsimme puhujia yleishyödyllisiltä ja sähköntuotantoaloilla. Aiheita ovat muun muassa perinteinen ja uusiutuva sähköntuotanto, voimalaitosten digitaalinen muuntaminen, energian varastointi, mikroverkot, laitosten optimointi, paikan päällä oleva sähkö ja paljon muuta.
Kirjoittajat ovat kerta toisensa jälkeen käyneet läpi uusia voimahankkeiden spesifikaatioita, joissa laitossuunnittelijat valitsevat tyypillisesti ruostumattoman 304- tai 316-teräksen lauhduttimen ja lisälämmönvaihtimen putkiksi. Termi ruostumaton teräs loihtii monille voittamattoman korroosion auran, vaikka itse asiassa ruostumattomat teräkset voivat joskus olla paikallisesti huonoimmassa mahdollisessa korroosiossa. makeaa vettä jäähdytysveden täyttöön, yhdistettynä korkeilla pitoisuuksilla toimiviin jäähdytystorniin, mahdolliset ruostumattoman teräksen vikamekanismit ovat suurentuneet. Joissakin sovelluksissa 300-sarjan ruostumaton teräs kestää vain kuukausia, joskus vain viikkoja, ennen kuin se epäonnistuu. Tässä artikkelissa keskitytään ainakin asioihin, jotka tulisi ottaa huomioon valittaessa lauhdutinputkien materiaaleja vedenkäsittelyn näkökulmasta, mutta muita tekijöitä, jotka eivät vaikuta paperin materiaalin kestävyyteen, materiaalin siirtokestävyyteen ja ominaisuuksiin. , mukaan lukien väsymys ja eroosiokorroosio.
Kun teräkseen lisätään vähintään 12 % kromia, seos muodostaa jatkuvan oksidikerroksen, joka suojaa alla olevaa perusmetallia. Tästä johtuu termi ruostumaton teräs. Muiden seosaineiden (etenkin nikkelin) puuttuessa hiiliteräs kuuluu ferriittiryhmään ja sen yksikkökennossa on runkokeskeinen kuutiorakenne (BCC).
Kun seosseokseen lisätään nikkeliä vähintään 8 %:n pitoisuutena, jopa ympäristön lämpötilassa, kenno on pintakeskittyneessä kuutiorakenteessa (FCC), jota kutsutaan austeniitiksi.
Kuten taulukosta 1 näkyy, 300-sarjan ruostumattomien terästen ja muiden ruostumattomien terästen nikkelipitoisuus muodostaa austeniittisen rakenteen.
Austeniittiset teräkset ovat osoittautuneet erittäin arvokkaiksi monissa sovelluksissa, mukaan lukien korkean lämpötilan tulistimen ja tehokattiloiden lämmitysputkien materiaalina. Erityisesti 300-sarjaa käytetään usein materiaalina matalan lämpötilan lämmönvaihdinputkissa, mukaan lukien höyrypintalauhduttimet. Kuitenkin juuri näissä sovelluksissa monet jättävät huomiotta mahdolliset vikamekanismit.
Suurin vaikeus ruostumattomassa teräksessä, erityisesti suosituissa 304- ja 316-materiaaleissa, on, että suojaava oksidikerros tuhoutuvat usein jäähdytysveden epäpuhtauksien sekä epäpuhtauksien keskittymistä edistävien rakojen ja kerrostumien vaikutuksesta. Lisäksi seisova vesi voi sammutusolosuhteissa johtaa mikrobien kasvuun, jonka aineenvaihdunnan sivutuotteet voivat olla erittäin haitallisia metalleille.
Yleinen jäähdytysveden epäpuhtaus, ja yksi taloudellisesti vaikeimmin poistettavissa on kloridi. Tämä ioni voi aiheuttaa monia ongelmia höyrynkehittimissä, mutta lauhduttimissa ja apulämmönvaihtimissa suurin ongelma on se, että kloridit riittävät pitoisuudet voivat tunkeutua ja tuhota ruostumattoman teräksen suojaavan oksidikerroksen aiheuttaen paikallista korroosiota eli pistekorroosiota.
Pistäminen on yksi kavalimmista korroosion muodoista, koska se voi aiheuttaa seinäläpivientejä ja laitevikoja pienellä metallihäviöllä.
Kloridipitoisuuksien ei tarvitse olla kovin korkeita aiheuttaakseen pistekorroosiota ruostumattomissa 304- ja 316-teräksissä, ja puhtaille pinnoille, joissa ei ole kerrostumia tai rakoja, suositeltuja maksimikloridipitoisuuksia pidetään nyt:
Useat tekijät voivat helposti aiheuttaa näitä ohjearvoja ylittäviä kloridipitoisuuksia sekä yleisesti että paikallisissa paikoissa. Uusien voimalaitosten kertajäähdytyksen harkitseminen on tullut erittäin harvinaiseksi. Suurin osa niistä on rakennettu jäähdytystorneilla tai joissakin tapauksissa ilmajäähdytteisillä lauhduttimilla (ACC). Niille, joilla on jäähdytystornit, kosmetiikan epäpuhtauspitoisuudet voivat "kiertyä" 5 mg:n klooripitoisuudella. viisi konsentraatiosykliä, ja kiertävän veden kloridipitoisuus on 250 mg/l. Tämän pitäisi yksinään sulkea pois 304 SS.Lisäksi uusissa ja olemassa olevissa laitoksissa on lisääntyvä tarve korvata makea vesi laitoksen täyttöä varten.Yleinen vaihtoehto on yhdyskuntajätevesi. Taulukossa 2 verrataan neljän makean veden analyysiä neljään jätevesivarastoon.
Varo kohonneita kloridipitoisuuksia (ja muita epäpuhtauksia, kuten typpeä ja fosforia, jotka voivat lisätä huomattavasti jäähdytysjärjestelmien mikrobikontaminaatiota). Käytännössä kaiken harmaan veden osalta mahdollinen kierto jäähdytystornissa ylittää 316 SS:n suositteleman kloridirajan.
Edellinen keskustelu perustuu tavallisten metallipintojen korroosiopotentiaaliin. Murtumat ja sedimentit muuttavat tarinaa dramaattisesti, koska molemmat tarjoavat paikkoja, joissa epäpuhtaudet voivat keskittyä. Tyypillinen paikka lauhduttimien ja vastaavien lämmönvaihtimien mekaanisille halkeamille on putkien välisten levyjen liitoskohdassa. Putken sisällä oleva sedimentti voi luoda halkeamia sedimentin rajalle, koska sedimentti voi toimia itse sedimenttialueen rajana. teräs luottaa jatkuvaan oksidikerrokseen suojaamaan, kerrostumat voivat muodostaa happiköyhiä kohtia, jotka muuttavat jäljellä olevan teräspinnan anodiksi.
Yllä oleva keskustelu hahmottelee asioita, joita laitossuunnittelijat eivät yleensä ota huomioon määrittäessään lauhdutin- ja apulämmönvaihdinputkimateriaaleja uusiin projekteihin. 304- ja 316 SS -mallien mentaliteetti näyttää joskus edelleen olevan "niin olemme aina tehneet" ottamatta huomioon tällaisten toimien seurauksia. Vaihtoehtoisia materiaaleja on saatavana käsittelemään kovempia jäähdytysvesiolosuhteita, joita monet kasvit joutuvat kohtaamaan.
Ennen kuin keskustellaan vaihtoehtoisista metalleista, on todettava lyhyesti toinen seikka. Monissa tapauksissa 316 SS tai jopa 304 SS toimi hyvin normaalin toiminnan aikana, mutta epäonnistui sähkökatkon aikana. Useimmissa tapauksissa vika johtuu lauhduttimen tai lämmönvaihtimen huonosta tyhjentymisestä, mikä aiheuttaa seisovaa vettä putkissa. Tämä ympäristö tarjoaa ihanteelliset olosuhteet metalliseosten, jotka tuottavat syövyttäviä mikro-organismeja.
Tämän mekanismin, joka tunnetaan nimellä mikrobien aiheuttama korroosio (MIC), tiedetään tuhoavan ruostumattomasta teräksestä valmistetut putket ja muut metallit viikoissa. Jos lämmönvaihdinta ei voida tyhjentää, tulee vakavasti harkita veden säännöllistä kierrättämistä lämmönvaihtimen läpi ja biosidin lisäämistä prosessin aikana. (Lisätietoja asianmukaisista asettelumenetelmistä, katso D. Janikowski, Conchanderations – “Layering Up40; B6OPrs” Champaignissa, IL Esitelty 39. Electric Utility Chemistry Symposiumissa.)
Yllä mainituissa ankarissa ympäristöissä sekä ankarammissa ympäristöissä, kuten murtovedessä tai merivedessä, voidaan käyttää vaihtoehtoisia metalleja epäpuhtauksien torjumiseen. Kolme metalliseosryhmää ovat osoittautuneet menestyneiksi, kaupallisesti puhdas titaani, 6 % molybdeeniausteniittista ruostumatonta terästä ja superferriittistä ruostumatonta terästä. Näitä seoksia pidetään myös erittäin roosinkestävinä sen titaaneina. Xagonaalinen tiivis kiderakenne ja erittäin alhainen kimmokerroin tekevät siitä alttiita mekaanisille vaurioille. Tämä seos soveltuu parhaiten uusiin asennuksiin, joissa on vahvat putken tukirakenteet. Erinomainen vaihtoehto on superferriittinen ruostumaton teräs Sea-Cure®. Tämän materiaalin koostumus on esitetty alla.
Teräs sisältää runsaasti kromia, mutta vähän nikkeliä, joten se on ferriittistä ruostumatonta terästä mieluummin kuin austeniittista ruostumatonta terästä. Alhaisen nikkelipitoisuutensa ansiosta se maksaa paljon vähemmän kuin muut seokset.Sea-Curen korkea lujuus ja kimmomoduuli mahdollistavat ohuempien seinien kuin muut materiaalit, mikä parantaa lämmönsiirtoa.
Näiden metallien parannetut ominaisuudet näkyvät Pistekorroosionkestävyyden taulukossa, joka, kuten nimestä voi päätellä, on testausmenetelmä, jolla määritetään eri metallien pistekorroosionkestävyys.
Yksi yleisimmistä kysymyksistä on "Mikä on suurin kloridipitoisuus, jonka tietty ruostumaton teräslaatu voi sietää?"Vastaukset vaihtelevat suuresti. Tekijöitä ovat pH, lämpötila, murtumien esiintyminen ja tyyppi sekä aktiivisten biologisten lajien mahdollisuus. Kuvan 5 oikealle akselille on lisätty työkalu auttamaan tätä päätöstä. Se perustuu neutraaliin pH-arvoon, 35 °C virtaavaan veteen, joka on yleisesti käytössä monissa BOP- ja kondensaatiosovelluksissa (estääkseen saostumien muodostumisen ja halkeamien muodostumisen). vinoviiva.Suositeltu enimmäiskloriditaso voidaan sitten määrittää piirtämällä vaakasuora viiva oikealle akselille. Yleisesti ottaen, jos metalliseosta harkitaan murto- tai merivesisovelluksissa, sen CCT:n on oltava yli 25 celsiusastetta G 48 -testillä mitattuna.
On selvää, että Sea-Cure®:n edustamat superferriittiset seokset soveltuvat yleensä jopa merivesisovelluksiin. Näillä materiaaleilla on toinen etu, jota on korostettava. Mangaanin korroosio-ongelmia on havaittu 304- ja 316 SS -malleissa useiden vuosien ajan, myös Ohio-joen varrella sijaitsevissa tehtaissa. Viime aikoina lämmönvaihtimet on hyökännyt Missourrosippi-joen ja Missourossippi-joen varrella sijaitsevien tehtaiden kanssa. veden lisäysjärjestelmät. Korroosiomekanismi on tunnistettu mangaanidioksidiksi (MnO2), joka reagoi hapettavan biosidin kanssa muodostaen suolahappoa kerrostuman alla. HCl todella hyökkää metalleja vastaan.[WH Dickinson ja RW Pick, "Manganese-Dependent Corrosion in the Electric Power Industry";esiteltiin vuoden 2002 NACE Annual Corrosion Conference -konferenssissa, Denver, CO.] Ferriittiset teräkset kestävät tätä korroosiomekanismia.
Korkealaatuisten materiaalien valitseminen lauhdutin- ja lämmönvaihdinputkiin ei vieläkään korvaa asianmukaista vedenkäsittelyn kemian hallintaa. Kuten kirjoittaja Buecker on todennut aikaisemmassa energiatekniikan artikkelissa, asianmukaisesti suunniteltu ja käytetty kemiallinen käsittelyohjelma on tarpeen hilseilemisen, korroosion ja likaantumisen mahdollisen minimoimiseksi. Polymeerikemia on tulossa tehokkaaksi vaihtoehdoksi vanhemman fosfaatti- ja fosfofosfaatin korroosion torjuntaan. jäähdytystornijärjestelmissä. Mikrobikontaminaation hallinta on ollut ja tulee jatkossakin olemaan kriittinen kysymys. Vaikka oksidatiivinen kemia kloorilla, valkaisuaineella tai vastaavilla yhdisteillä on mikrobien torjunnan kulmakivi, lisähoidot voivat usein parantaa hoito-ohjelmien tehokkuutta. Yksi tällainen esimerkki on stabilointikemia, joka auttaa lisäämään haitallisten klooriyhdisteiden hapettumista ja tehokkuutta haitallisiksi vesipitoisuuksiksi. Hapemattomilla sienitautien torjunta-aineilla varustettu rehu voi olla erittäin hyödyllistä mikrobien kehityksen hallinnassa. Tuloksena on, että voimalaitosten lämmönvaihtimien kestävyyttä ja luotettavuutta voidaan parantaa monella tapaa, mutta jokainen järjestelmä on erilainen, joten huolellinen suunnittelu ja alan asiantuntijoiden kuuleminen on tärkeää materiaalien ja kemiallisten toimenpiteiden valinnassa. Suurin osa tästä artikkelista on kirjoitettu vedenkäsittelyn näkökulmasta, emme ole mukana toimivien laitteiden päätöksissä, mutta lopullisia päätöksiä ei ole pyydetty tekemään. Tehtaan henkilökunnan on tehtävä valinta kullekin sovellukselle määritettyjen tekijöiden perusteella.
Tietoja kirjoittajasta: Brad Buecker on ChemTreatin vanhempi tekninen tiedottaja. Hänellä on 36 vuoden kokemus tai sidoksissa energiateollisuuteen, suurelta osin höyryntuotantokemiasta, vedenkäsittelystä, ilmanlaadun valvonnasta ja City Water, Light & Powerissa (Springfield, IL) ja Kansaste City Power & Light Company sijaitsee La Cygnen vesilaitoksella tai Kansawasissa. cker on suorittanut kemian BS-tutkinnon Iowan osavaltion yliopistosta sekä lisäkurssitöitä nestemekaniikasta, energia- ja materiaalitasapainosta sekä edistyneestä epäorgaanisesta kemiasta.
Dan Janikowski on Plymouth Tuben tekninen johtaja. Hän on ollut mukana 35 vuoden ajan metallien kehittämisessä, putkimaisten tuotteiden valmistuksessa ja testaamisessa, mukaan lukien kuparilejeeringit, ruostumaton teräs, nikkeliseokset, titaani ja hiiliteräs. Oltuaan Plymouth Metrolla vuodesta 2005, Janikowski toimi useissa johtavissa tehtävissä ennen kuin hänestä tuli tekninen johtaja.