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Les auteurs ont examiné à maintes reprises les nouvelles spécifications de projets énergétiques, dans lesquelles les concepteurs de centrales choisissent généralement l'acier inoxydable 304 ou 316 pour les tubes de condenseur et d'échangeur de chaleur auxiliaire. Pour beaucoup, le terme acier inoxydable évoque une aura de corrosion invincible, alors qu'en fait, les aciers inoxydables peuvent parfois être le pire choix car ils sont sensibles à la corrosion localisée. applications, l'acier inoxydable de la série 300 ne survivra que pendant des mois, parfois seulement des semaines, avant de tomber en panne.Cet article se concentre au moins sur les problèmes qui doivent être pris en compte lors du choix des matériaux des tubes de condenseur du point de vue du traitement de l'eau.D'autres facteurs non abordés dans cet article mais qui jouent un rôle dans la sélection des matériaux comprennent la résistance des matériaux, les propriétés de transfert de chaleur et la résistance aux forces mécaniques, y compris la fatigue et la corrosion par érosion.
L'ajout de 12 % ou plus de chrome à l'acier entraîne la formation d'une couche d'oxyde continue qui protège le métal de base en dessous. D'où le terme acier inoxydable. En l'absence d'autres matériaux d'alliage (en particulier le nickel), l'acier au carbone fait partie du groupe des ferrites et sa cellule unitaire a une structure cubique centrée (BCC).
Lorsque du nickel est ajouté au mélange d'alliage à une concentration de 8% ou plus, même à température ambiante, la cellule existera dans une structure cubique à faces centrées (FCC) appelée austénite.
Comme le montre le tableau 1, les aciers inoxydables de la série 300 et les autres aciers inoxydables ont une teneur en nickel qui produit une structure austénitique.
Les aciers austénitiques se sont avérés très utiles dans de nombreuses applications, notamment en tant que matériau pour les tubes de surchauffeur et de réchauffeur à haute température dans les chaudières électriques. La série 300 en particulier est souvent utilisée comme matériau pour les tubes d'échangeur de chaleur à basse température, y compris les condenseurs de surface de vapeur. Cependant, c'est dans ces applications que beaucoup négligent les mécanismes de défaillance potentiels.
La principale difficulté avec l'acier inoxydable, en particulier les matériaux populaires 304 et 316, est que la couche d'oxyde protectrice est souvent détruite par des impuretés dans l'eau de refroidissement et par des crevasses et des dépôts qui aident à concentrer les impuretés. De plus, dans des conditions d'arrêt, l'eau stagnante peut entraîner une croissance microbienne, dont les sous-produits métaboliques peuvent être très dommageables pour les métaux.
Une impureté courante de l'eau de refroidissement, et l'une des plus difficiles à éliminer économiquement, est le chlorure. Cet ion peut causer de nombreux problèmes dans les générateurs de vapeur, mais dans les condenseurs et les échangeurs de chaleur auxiliaires, la principale difficulté est que les chlorures en concentrations suffisantes peuvent pénétrer et détruire la couche d'oxyde protectrice sur l'acier inoxydable, provoquant une corrosion localisée, c'est-à-dire des piqûres.
La piqûre est l'une des formes de corrosion les plus insidieuses car elle peut provoquer des pénétrations dans les murs et une défaillance de l'équipement avec peu de perte de métal.
Les concentrations de chlorure n'ont pas besoin d'être très élevées pour provoquer une corrosion par piqûres dans l'acier inoxydable 304 et 316, et pour des surfaces propres sans dépôts ni crevasses, les concentrations maximales recommandées de chlorure sont désormais considérées comme étant :
Plusieurs facteurs peuvent facilement produire des concentrations de chlorure qui dépassent ces recommandations, à la fois en général et dans des endroits localisés. Il est devenu très rare d'envisager d'abord un refroidissement à passage unique pour les nouvelles centrales électriques. La plupart sont construites avec des tours de refroidissement ou, dans certains cas, des condenseurs refroidis à l'air (ACC). 0 mg/l. Cela seul devrait généralement exclure le 304 SS. De plus, dans les usines nouvelles et existantes, il y a un besoin croissant de remplacer l'eau douce pour la recharge de l'usine. Une alternative courante est les eaux usées municipales. Le tableau 2 compare l'analyse des quatre sources d'eau douce avec les quatre sources d'eaux usées.
Faites attention aux niveaux accrus de chlorure (et d'autres impuretés, telles que l'azote et le phosphore, qui peuvent augmenter considérablement la contamination microbienne dans les systèmes de refroidissement). Pour pratiquement toutes les eaux grises, toute circulation dans la tour de refroidissement dépassera la limite de chlorure recommandée par 316 SS.
La discussion précédente est basée sur le potentiel de corrosion des surfaces métalliques courantes. Les fractures et les sédiments changent radicalement l'histoire, car les deux fournissent des endroits où les impuretés peuvent se concentrer. surface d'acier restante dans une anode.
La discussion ci-dessus décrit les problèmes que les concepteurs d'usines ne prennent généralement pas en compte lors de la spécification des matériaux des tubes de condenseur et d'échangeur de chaleur auxiliaire pour de nouveaux projets. La mentalité concernant les 304 et 316 SS semble parfois encore être "c'est ce que nous avons toujours fait" sans tenir compte des conséquences de telles actions. Des matériaux alternatifs sont disponibles pour gérer les conditions d'eau de refroidissement plus difficiles auxquelles de nombreuses usines sont désormais confrontées.
Avant de discuter des métaux alternatifs, un autre point doit être brièvement énoncé. Dans de nombreux cas, un 316 SS ou même un 304 SS a bien fonctionné en fonctionnement normal, mais a échoué lors d'une panne de courant. Dans la plupart des cas, la panne est due à un mauvais drainage du condenseur ou de l'échangeur de chaleur provoquant de l'eau stagnante dans les tubes. Cet environnement offre des conditions idéales pour la croissance de micro-organismes. Les colonies microbiennes produisent à leur tour des composés corrosifs qui corrodent directement le métal tubulaire.
Ce mécanisme, connu sous le nom de corrosion induite par des microbes (MIC), est connu pour détruire les tuyaux en acier inoxydable et d'autres métaux en quelques semaines. 39e symposium sur la chimie des services publics d'électricité.)
Pour les environnements difficiles soulignés ci-dessus, ainsi que les environnements plus difficiles tels que l'eau saumâtre ou l'eau de mer, des métaux alternatifs peuvent être utilisés pour éloigner les impuretés. de nouvelles installations avec des structures de support tubulaires solides. Une excellente alternative est l'acier inoxydable super ferritique Sea-Cure®. La composition de ce matériau est indiquée ci-dessous.
L'acier est riche en chrome mais faible en nickel, il s'agit donc d'un acier inoxydable ferritique plutôt que d'un acier inoxydable austénitique. En raison de sa faible teneur en nickel, il coûte beaucoup moins cher que les autres alliages. La haute résistance et le module élastique de Sea-Cure permettent des parois plus minces que les autres matériaux, ce qui améliore le transfert de chaleur.
Les propriétés améliorées de ces métaux sont indiquées sur le tableau "Pitting Resistance Equivalent Number", qui, comme son nom l'indique, est une procédure de test utilisée pour déterminer la résistance de divers métaux à la corrosion par piqûres.
L'une des questions les plus courantes est « Quelle est la teneur maximale en chlorure qu'une qualité particulière d'acier inoxydable peut tolérer ? »Les réponses varient considérablement. Les facteurs incluent le pH, la température, la présence et le type de fractures, ainsi que le potentiel d'espèces biologiques actives. Un outil a été ajouté sur l'axe droit de la figure 5 pour aider à cette décision. ligne sur l'axe de droite. En général, si un alliage doit être envisagé pour des applications saumâtres ou d'eau de mer, il doit avoir un CCT supérieur à 25 degrés Celsius tel que mesuré par le test G 48.
Il est clair que les alliages super ferritiques représentés par Sea-Cure® conviennent généralement même aux applications en eau de mer. Ces matériaux présentent un autre avantage qu'il convient de souligner. dioxyde de carbone (MnO2) réagissant avec un biocide oxydant pour générer de l'acide chlorhydrique sous le dépôt. C'est le HCl qui attaque réellement les métaux. [WH Dickinson et RW Pick, "Manganese-Dependent Corrosion in the Electric Power Industry" ;présenté à la NACE Annual Corrosion Conference 2002, Denver, CO.] Les aciers ferritiques résistent à ce mécanisme de corrosion.
La sélection de matériaux de qualité supérieure pour les tubes de condenseur et d'échangeur de chaleur ne remplace toujours pas un contrôle approprié de la chimie du traitement de l'eau. avec du chlore, de l'eau de Javel ou des composés similaires est la pierre angulaire du contrôle microbien, les traitements supplémentaires peuvent souvent améliorer l'efficacité des programmes de traitement. Un tel exemple est la chimie de stabilisation, qui aide à augmenter le taux de libération et l'efficacité des biocides oxydants à base de chlore sans introduire de composés nocifs dans l'eau. En outre, une alimentation supplémentaire avec des fongicides non oxydants peut être très bénéfique pour contrôler le développement microbien. est important pour le choix des matériaux et des procédures chimiques. Une grande partie de cet article est écrite du point de vue du traitement de l'eau, nous ne sommes pas impliqués dans les décisions matérielles, mais on nous demande d'aider à gérer l'impact de ces décisions une fois que l'équipement est opérationnel. La décision finale sur la sélection des matériaux doit être prise par le personnel de l'usine en fonction d'un certain nombre de facteurs spécifiés pour chaque application.
À propos de l'auteur : Brad Buecker est un publiciste technique principal chez ChemTreat. Il a 36 ans d'expérience dans le secteur de l'énergie, dont une grande partie dans la chimie de la production de vapeur, le traitement de l'eau, le contrôle de la qualité de l'air. cours supplémentaires en mécanique des fluides, équilibre énergétique et matériaux et chimie inorganique avancée.
Dan Janikowski est directeur technique chez Plymouth Tube. Depuis 35 ans, il est impliqué dans le développement des métaux, la fabrication et les essais de produits tubulaires, notamment les alliages de cuivre, l'acier inoxydable, les alliages de nickel, le titane et l'acier au carbone. Chez Plymouth Metro depuis 2005, Janikowski a occupé divers postes de direction avant de devenir directeur technique en 2010.