Os autores revisaron unha e outra vez as novas especificacións de proxectos de enerxía, nas que os deseñadores de plantas adoitan elixir aceiro inoxidable 304 ou 316 para tubos de condensadores e intercambiadores de calor auxiliares. torres que funcionan en ciclos de alta concentración, os posibles mecanismos de falla do aceiro inoxidable amplíanse. Nalgunhas aplicacións, o aceiro inoxidable da serie 300 só sobrevivirá durante meses, ás veces só semanas, antes de fallar. .
Ao engadir un 12% ou máis de cromo ao aceiro fai que a aliaxe forme unha capa de óxido continua que protexe o metal base debaixo. De aí o termo aceiro inoxidable. En ausencia doutros materiais de aliaxe (especialmente níquel), o aceiro ao carbono forma parte do grupo da ferrita e a súa célula unitaria ten unha estrutura cúbica centrada no corpo (BCC).
Cando se engade níquel á mestura de aliaxes nunha concentración do 8% ou superior, a célula existirá nunha estrutura cúbica centrada na cara (FCC) chamada austenita, mesmo a temperatura ambiente.
Como se mostra na Táboa 1, os aceiros inoxidables da serie 300 e outros aceiros inoxidables teñen un contido de níquel que produce unha estrutura austenítica.
Os aceiros austeníticos demostraron ser moi valiosos en moitas aplicacións, incluíndo como material para tubos de sobrequentador e recalentador de alta temperatura en caldeiras eléctricas. A serie 300 en particular úsase a miúdo como material para tubos de intercambiador de calor a baixa temperatura, incluídos os condensadores de superficie de vapor.
A principal dificultade co aceiro inoxidable, especialmente os populares materiais 304 e 316, é que a capa protectora de óxido adoita ser destruída polas impurezas da auga de refrixeración e por fendas e depósitos que axudan a concentrar as impurezas. Ademais, en condicións de parada, a auga estancada pode provocar un crecemento microbiano, cuxos subprodutos metabólicos poden ser moi prexudiciais para os metais.
Unha impureza común da auga de refrixeración, e unha das máis difíciles de eliminar economicamente, é o cloruro.Este ión pode causar moitos problemas nos xeradores de vapor, pero nos condensadores e intercambiadores de calor auxiliares, a principal dificultade é que os cloruros en concentracións suficientes poden penetrar e destruír a capa protectora de óxido do aceiro inoxidable, provocando corrosión localizada, é dicir, picadas.
A picadura é unha das formas máis insidiosas de corrosión porque pode causar penetracións na parede e fallas dos equipos con pouca perda de metal.
As concentracións de cloruro non teñen que ser moi altas para causar corrosión por picaduras no aceiro inoxidable 304 e 316, e para superficies limpas sen depósitos nin fendas, agora considéranse que as concentracións máximas de cloruro recomendadas son:
Varios factores poden producir facilmente concentracións de cloruro que superan estas directrices, tanto en xeral como en lugares localizados. É moi raro considerar primeiro o arrefriamento único para novas centrais eléctricas. A maioría están construídos con torres de refrixeración ou, nalgúns casos, con condensadores refrixerados por aire (ACC). tes con cinco ciclos de concentración, e o contido de cloruros da auga circulante é de 250 mg/l. Só isto debería descartar xeralmente 304 SS. Ademais, nas plantas novas e existentes, hai unha necesidade cada vez maior de substituír a auga doce para a recarga das plantas. Unha alternativa común son as augas residuais municipais. A táboa 2 compara a análise dos catro abastecementos de auga doce coas catro fontes de auga doce.
Coidado co aumento dos niveis de cloruro (e outras impurezas, como nitróxeno e fósforo, que poden aumentar moito a contaminación microbiana nos sistemas de refrixeración). Para esencialmente todas as augas grises, calquera circulación na torre de refrixeración superará o límite de cloruro recomendado pola 316 SS.
A discusión anterior está baseada no potencial de corrosión das superficies metálicas comúns. As fracturas e os sedimentos cambian drasticamente a historia, xa que ambos proporcionan lugares onde se poden concentrar as impurezas. Un lugar típico para as fisuras mecánicas nos condensadores e intercambiadores de calor similares atópase nas unións de follas de tubo a tubo. capa de óxido para protección, os depósitos poden formar sitios pobres en osíxeno que converten a superficie de aceiro restante nun ánodo.
A discusión anterior esboza cuestións que os deseñadores de plantas normalmente non consideran cando especifican materiais de tubos de condensadores e intercambiadores de calor auxiliares para novos proxectos. A mentalidade con respecto ao 304 e 316 SS ás veces aínda parece ser "iso é o que fixemos sempre" sen ter en conta as consecuencias de tales accións. Hai materiais alternativos dispoñibles para xestionar as condicións máis duras das augas de refrixeración das plantas.
Antes de discutir metais alternativos, hai que indicar brevemente outro punto. En moitos casos, un 316 SS ou mesmo un 304 SS funcionou ben durante o funcionamento normal, pero fallou durante un corte de enerxía. Na maioría dos casos, o fallo débese a unha mala drenaxe do condensador ou do intercambiador de calor que causa auga estancada nos tubos. do metal tubular.
Sábese que este mecanismo, coñecido como corrosión inducida microbiana (MIC), destrúe tubos de aceiro inoxidable e outros metais en cuestión de semanas. Se o intercambiador de calor non se pode drenar, débese considerar seriamente facer circular auga periódicamente polo intercambiador de calor e engadir biocida durante o proceso. en Champaign, IL, presentado no 39º Simposio de Química de Electric Utility.)
Para os ambientes duros sinalados anteriormente, así como para os ambientes máis duros, como a auga salobre ou a auga do mar, pódense usar metais alternativos para afastar as impurezas. Tres grupos de aliaxes demostraron ser exitosos: titanio puro comercialmente, aceiro inoxidable austenítico con molibdeno ao 6% e aceiro inoxidable superferrítico. a estrutura tal e o módulo elástico extremadamente baixo fan que sexa susceptible a danos mecánicos. Esta aliaxe é máis adecuada para novas instalacións con fortes estruturas de soporte de tubos. Unha excelente alternativa é o aceiro inoxidable superferrítico Sea-Cure®. A composición deste material móstrase a continuación.
O aceiro é rico en cromo pero baixo en níquel, polo que é un aceiro inoxidable ferrítico en lugar de un aceiro inoxidable austenítico.Debido ao seu baixo contido de níquel, custa moito menos que outras aliaxes.A alta resistencia e o módulo elástico de Sea-Cure permiten paredes máis delgadas que outros materiais, o que resulta nunha mellora da transferencia de calor.
As propiedades melloradas destes metais móstranse no gráfico "Número equivalente de resistencia á picadura", que, como o seu nome indica, é un procedemento de proba usado para determinar a resistencia de varios metais á corrosión por picaduras.
Unha das preguntas máis comúns é "Cal é o contido máximo de cloruro que pode tolerar un determinado grao de aceiro inoxidable?"As respostas varían moito. Os factores inclúen o pH, a temperatura, a presenza e o tipo de fracturas, e o potencial de especies biolóxicas activas. Engadiuse unha ferramenta no eixe dereito da Figura 5 para axudar con esta decisión. Baséase en pH neutro, auga corrente de 35 °C que se atopa habitualmente en moitas aplicacións de BOP e condensación (para evitar a formación de depósitos e a formación de fisuras). .O nivel máximo de cloruro recomendado pódese determinar entón trazando unha liña horizontal no eixe dereito. En xeral, se se debe considerar unha aliaxe para aplicacións en auga salobre ou en auga de mar, debe ter un CCT superior aos 25 graos centígrados, segundo o medido pola proba G 48.
Está claro que as aliaxes súper ferríticas representadas por Sea-Cure® son xeralmente adecuadas para aplicacións de auga de mar mesmo. Hai outro beneficio destes materiais que debe ser enfatizado. Os problemas de corrosión do manganeso foron observados para 304 e 316 SS durante moitos anos, incluso nas plantas ao longo do río Ohio. -up systems.O mecanismo de corrosión identificouse como o dióxido de manganeso (MnO2) que reacciona cun biocida oxidante para xerar ácido clorhídrico baixo o depósito. O HCl é o que realmente ataca os metais.[WH Dickinson e RW Pick, "Manganese-Dependent Corrosion in the Electric Power Industry";presentado na NACE Annual Corrosion Conference de 2002, Denver, CO.] Os aceiros ferríticos son resistentes a este mecanismo de corrosión.
A selección de materiais de calidade superior para os tubos de condensadores e intercambiadores de calor aínda non é un substituto para o control químico adecuado do tratamento da auga. Como o autor Buecker subliñou nun artigo anterior de enxeñaría eléctrica, é necesario un programa de tratamento químico deseñado e operado correctamente para minimizar o potencial de incrustación, corrosión e ensuciamento. A contaminación microbiana foi e seguirá sendo un problema crítico. Aínda que a química oxidativa con cloro, lixivia ou compostos similares é a pedra angular do control microbiano, os tratamentos complementarios adoitan mellorar a eficiencia dos programas de tratamento. Un destes exemplos é a química de estabilización, que axuda a aumentar a taxa de liberación e a eficiencia dos biocidas oxidantes a base de cloro sen incorporar ningún suplemento á auga. O resultado é que hai moitas formas de mellorar a sustentabilidade e a fiabilidade dos intercambiadores de calor das centrais eléctricas, pero cada sistema é diferente, polo que é importante unha planificación coidadosa e a consulta con expertos da industria para a elección de materiais e procedementos químicos. Gran parte deste artigo está escrito dende a perspectiva do tratamento da auga, non participamos nas decisións de materiais, pero pídesnos que axudemos a xestionar o equipo unha vez que o impacto desas decisións de persoal se toman en función do número de materiais. especificado para cada aplicación.
Sobre o autor: Brad Buecker é un publicista técnico senior en ChemTreat. Ten 36 anos de experiencia ou afiliado á industria eléctrica, gran parte dela en química de xeración de vapor, tratamento de augas, control da calidade do aire e en City Water, Light & Power (Springfield, IL) e Kansas City Power & Light Company está situada na estación La Cygne, Kansas. Licenciatura en Química pola Universidade Estatal de Iowa con traballos adicionais en Mecánica de Fluídos, Equilibrio de Enerxía e Materiais e Química Inorgánica Avanzada.
Dan Janikowski é director técnico de Plymouth Tube. Durante 35 anos, estivo involucrado no desenvolvemento de metais, na fabricación e probas de produtos tubulares, incluíndo aliaxes de cobre, aceiro inoxidable, aliaxes de níquel, titanio e aceiro carbono. Despois de estar en Plymouth Metro desde 2005, Janikowski ocupou varios cargos de alto nivel antes de converterse en director técnico en 2010.