लेखकों ने नई बिजली परियोजना विशिष्टताओं की बार-बार समीक्षा की है, जिसमें प्लांट डिजाइनर आमतौर पर कंडेनसर और सहायक हीट एक्सचेंजर टयूबिंग के लिए 304 या 316 स्टेनलेस स्टील का चयन करते हैं। कई लोगों के लिए, स्टेनलेस स्टील शब्द अजेय संक्षारण की आभा को दर्शाता है, जबकि वास्तव में, स्टेनलेस स्टील कभी-कभी सबसे खराब विकल्प हो सकते हैं क्योंकि वे स्थानीयकृत संक्षारण के लिए अतिसंवेदनशील होते हैं। और, ठंडा पानी बनाने के लिए ताजे पानी की कम उपलब्धता के इस युग में, उच्च सांद्रता चक्रों पर चलने वाले कूलिंग टावरों के साथ मिलकर, संभावित स्टेनलेस स्टील स्टील विफलता तंत्र को बढ़ाया जाता है। कुछ अनुप्रयोगों में, 300 श्रृंखला स्टेनलेस स्टील विफल होने से पहले केवल महीनों तक, कभी-कभी केवल हफ्तों तक जीवित रहता है। यह आलेख कम से कम उन मुद्दों पर केंद्रित है जिन्हें जल उपचार परिप्रेक्ष्य से कंडेनसर ट्यूब सामग्री चुनते समय विचार किया जाना चाहिए। इस पेपर में अन्य कारकों पर चर्चा नहीं की गई है लेकिन जो सामग्री चयन में भूमिका निभाते हैं उनमें भौतिक शक्ति, गर्मी हस्तांतरण गुण, और थकान और क्षरण संक्षारण सहित यांत्रिक बलों का प्रतिरोध शामिल है।
स्टील में 12% या अधिक क्रोमियम मिलाने से मिश्र धातु एक सतत ऑक्साइड परत बनाती है जो नीचे आधार धातु की रक्षा करती है। इसलिए इसे स्टेनलेस स्टील कहा जाता है। अन्य मिश्र धातु सामग्री (विशेष रूप से निकल) की अनुपस्थिति में, कार्बन स्टील फेराइट समूह का हिस्सा है, और इसकी यूनिट सेल में शरीर-केंद्रित क्यूबिक (बीसीसी) संरचना होती है।
जब मिश्र धातु मिश्रण में 8% या उससे अधिक की सांद्रता पर निकेल मिलाया जाता है, तो कोशिका परिवेश के तापमान पर भी फेस-केंद्रित क्यूबिक (एफसीसी) संरचना में मौजूद रहेगी, जिसे ऑस्टेनाइट कहा जाता है।
जैसा कि तालिका 1 में दिखाया गया है, 300 श्रृंखला स्टेनलेस स्टील्स और अन्य स्टेनलेस स्टील्स में निकल सामग्री होती है जो एक ऑस्टेनिटिक संरचना का निर्माण करती है।
ऑस्टेनिटिक स्टील्स कई अनुप्रयोगों में बहुत मूल्यवान साबित हुए हैं, जिनमें बिजली बॉयलरों में उच्च तापमान वाले सुपरहीटर और रीहीटर ट्यूबों के लिए एक सामग्री शामिल है। विशेष रूप से 300 श्रृंखला का उपयोग अक्सर भाप सतह कंडेनसर सहित कम तापमान वाले हीट एक्सचेंजर ट्यूबों के लिए एक सामग्री के रूप में किया जाता है। हालांकि, यह इन अनुप्रयोगों में है कि कई लोग संभावित विफलता तंत्र को नजरअंदाज कर देते हैं।
स्टेनलेस स्टील, विशेष रूप से लोकप्रिय 304 और 316 सामग्रियों के साथ मुख्य कठिनाई यह है कि सुरक्षात्मक ऑक्साइड परत अक्सर ठंडे पानी में अशुद्धियों और दरारों और जमाव से नष्ट हो जाती है जो अशुद्धियों को केंद्रित करने में मदद करती हैं। इसके अलावा, शटडाउन की स्थिति में, खड़े पानी से माइक्रोबियल वृद्धि हो सकती है, जिसके चयापचय उपोत्पाद धातुओं के लिए अत्यधिक हानिकारक हो सकते हैं।
एक आम ठंडा पानी की अशुद्धता, और आर्थिक रूप से हटाने में सबसे कठिन में से एक, क्लोराइड है। यह आयन भाप जनरेटर में कई समस्याएं पैदा कर सकता है, लेकिन कंडेनसर और सहायक हीट एक्सचेंजर्स में, मुख्य कठिनाई यह है कि पर्याप्त सांद्रता में क्लोराइड स्टेनलेस स्टील पर सुरक्षात्मक ऑक्साइड परत में प्रवेश कर सकते हैं और नष्ट कर सकते हैं, जिससे स्थानीयकृत जंग हो सकती है, यानी गड्ढा हो सकता है।
गड्ढा बनाना संक्षारण के सबसे घातक रूपों में से एक है क्योंकि यह दीवार में प्रवेश कर सकता है और धातु के मामूली नुकसान के साथ उपकरण विफलता का कारण बन सकता है।
304 और 316 स्टेनलेस स्टील में गड्ढों का क्षरण पैदा करने के लिए क्लोराइड सांद्रता का बहुत अधिक होना जरूरी नहीं है, और बिना किसी जमाव या दरार वाली साफ सतहों के लिए, अनुशंसित अधिकतम क्लोराइड सांद्रता अब मानी जाती है:
कई कारक आसानी से इन दिशानिर्देशों से अधिक क्लोराइड सांद्रता उत्पन्न कर सकते हैं, सामान्य और स्थानीय दोनों स्थानों पर। नए बिजली संयंत्रों के लिए पहले एक बार-थ्रू कूलिंग पर विचार करना बहुत दुर्लभ हो गया है। अधिकांश कूलिंग टावरों के साथ बनाए जाते हैं, या कुछ मामलों में, एयर-कूल्ड कंडेनसर (एसीसी)। कूलिंग टावरों वाले लोगों के लिए, सौंदर्य प्रसाधनों में अशुद्धियों की सांद्रता "चक्रित हो सकती है।" परिसंचारी पानी 250 मिलीग्राम/लीटर है। इसे अकेले आम तौर पर 304 एसएस से इंकार करना चाहिए। इसके अलावा, नए और मौजूदा संयंत्रों में, संयंत्र पुनर्भरण के लिए ताजे पानी को बदलने की आवश्यकता बढ़ रही है। एक सामान्य विकल्प नगरपालिका अपशिष्ट जल है। तालिका 2 चार मीठे पानी की आपूर्ति के विश्लेषण की तुलना चार अपशिष्ट जल आपूर्ति से करती है।
बढ़े हुए क्लोराइड स्तर (और अन्य अशुद्धियाँ, जैसे नाइट्रोजन और फास्फोरस, जो शीतलन प्रणालियों में माइक्रोबियल संदूषण को काफी बढ़ा सकते हैं) से सावधान रहें। अनिवार्य रूप से सभी भूरे पानी के लिए, कूलिंग टॉवर में कोई भी परिसंचरण 316 एसएस द्वारा अनुशंसित क्लोराइड सीमा से अधिक होगा।
पिछली चर्चा आम धातु सतहों की संक्षारण क्षमता पर आधारित है। फ्रैक्चर और तलछट नाटकीय रूप से कहानी को बदलते हैं, क्योंकि दोनों ऐसे स्थान प्रदान करते हैं जहां अशुद्धियाँ केंद्रित हो सकती हैं। कंडेनसर और समान हीट एक्सचेंजर्स में यांत्रिक दरारों के लिए एक विशिष्ट स्थान ट्यूब-टू-ट्यूब शीट जंक्शन पर है। ट्यूब के भीतर तलछट तलछट सीमा पर दरारें बना सकता है, और तलछट स्वयं संदूषण के लिए एक साइट के रूप में काम कर सकता है। इसके अलावा, क्योंकि स्टेनलेस स्टील सुरक्षा के लिए निरंतर ऑक्साइड परत पर निर्भर करता है, जमा ऑक्सीजन-गरीब बना सकता है ऐसी साइटें जो बची हुई स्टील की सतह को एनोड में बदल देती हैं।
उपरोक्त चर्चा उन मुद्दों को रेखांकित करती है जिन पर प्लांट डिजाइनर आम तौर पर नई परियोजनाओं के लिए कंडेनसर और सहायक हीट एक्सचेंजर ट्यूब सामग्रियों को निर्दिष्ट करते समय विचार नहीं करते हैं। 304 और 316 एसएस के बारे में मानसिकता कभी-कभी ऐसी कार्रवाइयों के परिणामों पर विचार किए बिना अभी भी "यही हमने हमेशा किया है" लगती है। ठंडे पानी की कठोर परिस्थितियों को संभालने के लिए वैकल्पिक सामग्री उपलब्ध हैं जिनका सामना अब कई पौधे करते हैं।
वैकल्पिक धातुओं पर चर्चा करने से पहले, एक और बिंदु को संक्षेप में बताया जाना चाहिए। कई मामलों में, 316 एसएस या 304 एसएस ने सामान्य ऑपरेशन के दौरान अच्छा प्रदर्शन किया, लेकिन बिजली आउटेज के दौरान विफल हो गया। ज्यादातर मामलों में, विफलता कंडेनसर या हीट एक्सचेंजर की खराब जल निकासी के कारण होती है, जिससे ट्यूबों में पानी जमा हो जाता है। यह वातावरण सूक्ष्मजीवों के विकास के लिए आदर्श स्थिति प्रदान करता है। माइक्रोबियल कॉलोनियां बदले में संक्षारक यौगिकों का उत्पादन करती हैं जो सीधे ट्यूबलर धातु को संक्षारित करती हैं।
यह तंत्र, जिसे माइक्रोबियली प्रेरित संक्षारण (एमआईसी) के रूप में जाना जाता है, कुछ हफ्तों के भीतर स्टेनलेस स्टील पाइप और अन्य धातुओं को नष्ट करने के लिए जाना जाता है। यदि हीट एक्सचेंजर को सूखा नहीं जा सकता है, तो समय-समय पर हीट एक्सचेंजर के माध्यम से पानी प्रसारित करने और प्रक्रिया के दौरान बायोसाइड जोड़ने पर गंभीरता से विचार किया जाना चाहिए। (उचित लेअप प्रक्रियाओं पर अधिक जानकारी के लिए, डी. जानिकोव्स्की, "लेयरिंग अप कंडेनसर और बीओपी एक्सचेंजर्स - विचार" देखें; 4-6 जून, 2019 को शैंपेन, आईएल में प्रस्तुत किया गया) 39वीं विद्युत उपयोगिता रसायन विज्ञान संगोष्ठी।)
ऊपर बताए गए कठोर वातावरणों के साथ-साथ खारे पानी या समुद्र के पानी जैसे कठोर वातावरणों के लिए, अशुद्धियों को दूर करने के लिए वैकल्पिक धातुओं का उपयोग किया जा सकता है। तीन मिश्र धातु समूह सफल साबित हुए हैं, व्यावसायिक रूप से शुद्ध टाइटेनियम, 6% मोलिब्डेनम ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील और सुपरफेरिटिक स्टेनलेस स्टील। ये मिश्र धातुएं एमआईसी प्रतिरोधी भी हैं। हालांकि टाइटेनियम को संक्षारण के लिए बहुत प्रतिरोधी माना जाता है, इसकी हेक्सागोनल क्लोज-पैक क्रिस्टल संरचना और बेहद कम लोचदार मापांक इसे संक्षारण के लिए अतिसंवेदनशील बनाते हैं। यांत्रिक क्षति। यह मिश्र धातु मजबूत ट्यूब समर्थन संरचनाओं के साथ नई स्थापनाओं के लिए सबसे उपयुक्त है। एक उत्कृष्ट विकल्प सुपर फेरिटिक स्टेनलेस स्टील सी-क्योर® है। इस सामग्री की संरचना नीचे दिखाई गई है।
स्टील में क्रोमियम की मात्रा अधिक होती है लेकिन निकेल की मात्रा कम होती है, इसलिए यह ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील के बजाय फेरिटिक स्टेनलेस स्टील है। इसकी कम निकल सामग्री के कारण, इसकी कीमत अन्य मिश्र धातुओं की तुलना में बहुत कम है। सी-क्योर की उच्च शक्ति और लोचदार मापांक अन्य सामग्रियों की तुलना में पतली दीवारों की अनुमति देते हैं, जिसके परिणामस्वरूप गर्मी हस्तांतरण में सुधार होता है।
इन धातुओं के उन्नत गुणों को "पिटिंग प्रतिरोध समतुल्य संख्या" चार्ट पर दिखाया गया है, जो कि, जैसा कि नाम से पता चलता है, एक परीक्षण प्रक्रिया है जिसका उपयोग विभिन्न धातुओं के पिटिंग संक्षारण प्रतिरोध को निर्धारित करने के लिए किया जाता है।
सबसे आम प्रश्नों में से एक है "स्टेनलेस स्टील का एक विशेष ग्रेड अधिकतम क्लोराइड सामग्री क्या सहन कर सकता है?"उत्तर व्यापक रूप से भिन्न होते हैं। कारकों में पीएच, तापमान, उपस्थिति और फ्रैक्चर के प्रकार, और सक्रिय जैविक प्रजातियों की क्षमता शामिल है। इस निर्णय में सहायता के लिए चित्र 5 के दाहिने अक्ष पर एक उपकरण जोड़ा गया है। यह तटस्थ पीएच, 35 डिग्री सेल्सियस बहने वाले पानी पर आधारित है जो आमतौर पर कई बीओपी और संघनन अनुप्रयोगों में पाया जाता है (जमा गठन और दरार गठन को रोकने के लिए)। एक बार एक विशिष्ट रासायनिक संरचना के साथ एक मिश्र धातु का चयन किया जाता है, तो पीआरएन निर्धारित किया जा सकता है और फिर उचित स्लैश के साथ काटा जा सकता है। अनुशंसित अधिकतम क्लोराइड स्तर तब हो सकता है। सही अक्ष पर एक क्षैतिज रेखा खींचकर निर्धारित किया जाता है। सामान्य तौर पर, यदि किसी मिश्र धातु को खारे या समुद्री जल अनुप्रयोगों के लिए माना जाता है, तो उसे जी 48 परीक्षण द्वारा मापा गया 25 डिग्री सेल्सियस से ऊपर सीसीटी की आवश्यकता होती है।
यह स्पष्ट है कि सी-क्योर® द्वारा दर्शाए गए सुपर फेरिटिक मिश्र धातु आम तौर पर समुद्री जल अनुप्रयोगों के लिए भी उपयुक्त हैं। इन सामग्रियों का एक और लाभ है जिस पर जोर दिया जाना चाहिए। 304 और 316 एसएस के लिए मैंगनीज संक्षारण की समस्याएं कई वर्षों से देखी गई हैं, जिसमें ओहियो नदी के किनारे के पौधे भी शामिल हैं। हाल ही में, मिसिसिपी और मिसौरी नदियों के किनारे के संयंत्रों में हीट एक्सचेंजर्स पर हमला किया गया है। कुएं के पानी के मेक-अप सिस्टम में मैंगनीज संक्षारण भी एक आम समस्या है। संक्षारण तंत्र इसकी पहचान मैंगनीज डाइऑक्साइड (MnO2) के रूप में की गई है जो जमा के तहत हाइड्रोक्लोरिक एसिड उत्पन्न करने के लिए ऑक्सीकरण बायोसाइड के साथ प्रतिक्रिया करता है। एचसीएल वह है जो वास्तव में धातुओं पर हमला करता है। [डब्ल्यूएच डिकिंसन और आरडब्ल्यू पिक, "इलेक्ट्रिक पावर उद्योग में मैंगनीज-निर्भर संक्षारण";2002 एनएसीई वार्षिक संक्षारण सम्मेलन, डेनवर, सीओ में प्रस्तुत किया गया।] फेरिटिक स्टील्स इस संक्षारण तंत्र के प्रतिरोधी हैं।
कंडेनसर और हीट एक्सचेंजर ट्यूबों के लिए उच्च ग्रेड सामग्री का चयन करना अभी भी उचित जल उपचार रसायन विज्ञान नियंत्रण का विकल्प नहीं है। जैसा कि लेखक ब्यूकर ने पिछले पावर इंजीनियरिंग लेख में बताया है, स्केलिंग, संक्षारण और फाउलिंग की संभावना को कम करने के लिए एक उचित रूप से डिजाइन और संचालित रासायनिक उपचार कार्यक्रम आवश्यक है। कूलिंग टावर सिस्टम में संक्षारण और स्केलिंग को नियंत्रित करने के लिए पॉलिमर रसायन शास्त्र पुराने फॉस्फेट/फॉस्फोनेट रसायन शास्त्र के एक शक्तिशाली विकल्प के रूप में उभर रहा है। माइक्रोबियल संदूषण को नियंत्रित करना जारी रहेगा और जारी रहेगा एक गंभीर मुद्दा होना। जबकि क्लोरीन, ब्लीच या इसी तरह के यौगिकों के साथ ऑक्सीडेटिव रसायन माइक्रोबियल नियंत्रण की आधारशिला है, पूरक उपचार अक्सर उपचार कार्यक्रमों की दक्षता में सुधार कर सकते हैं। ऐसा एक उदाहरण स्थिरीकरण रसायन विज्ञान है, जो पानी में किसी भी हानिकारक यौगिकों को शामिल किए बिना क्लोरीन-आधारित ऑक्सीकरण बायोसाइड्स की रिलीज दर और दक्षता को बढ़ाने में मदद करता है। इसके अलावा, गैर-ऑक्सीकरण कवकनाशी के साथ पूरक फ़ीड माइक्रोबियल विकास को नियंत्रित करने में बहुत फायदेमंद हो सकता है। परिणाम यह है कि पावर प्लांट हीट एक्सचेंजर्स की स्थिरता और विश्वसनीयता में सुधार करने के कई तरीके हैं, लेकिन हर प्रणाली अलग है, इसलिए सामग्री और रासायनिक प्रक्रियाओं की पसंद के लिए उद्योग के विशेषज्ञों के साथ सावधानीपूर्वक योजना और परामर्श महत्वपूर्ण है। इस लेख का अधिकांश भाग जल उपचार परिप्रेक्ष्य से लिखा गया है, हम भौतिक निर्णयों में शामिल नहीं हैं, लेकिन उपकरण चालू होने और चलने के बाद हमें उन निर्णयों के प्रभाव को प्रबंधित करने में मदद करने के लिए कहा जाता है। सामग्री चयन पर अंतिम निर्णय प्रत्येक एप्लिकेशन के लिए निर्दिष्ट कई कारकों के आधार पर संयंत्र कर्मियों द्वारा किया जाना चाहिए।
लेखक के बारे में: ब्रैड ब्यूकर केमट्रीट में एक वरिष्ठ तकनीकी प्रचारक हैं। उनके पास बिजली उद्योग में या उससे संबद्ध 36 वर्षों का अनुभव है, इसका अधिकांश अनुभव भाप उत्पादन रसायन विज्ञान, जल उपचार, वायु गुणवत्ता नियंत्रण और सिटी वाटर, लाइट एंड पावर (स्प्रिंगफील्ड, आईएल) में है और कैनसस सिटी पावर एंड लाइट कंपनी ला सिग्ने स्टेशन, कैनसस में स्थित है। उन्होंने एक रासायनिक संयंत्र में जल/अपशिष्ट जल पर्यवेक्षक के रूप में दो साल भी बिताए। ब्यूकर ने अतिरिक्त के साथ आयोवा स्टेट यूनिवर्सिटी से रसायन विज्ञान में बीएस की डिग्री हासिल की है। द्रव यांत्रिकी, ऊर्जा और सामग्री संतुलन, और उन्नत अकार्बनिक रसायन विज्ञान में पाठ्यक्रम कार्य।
डैन जानिकोव्स्की प्लायमाउथ ट्यूब में तकनीकी प्रबंधक हैं। 35 वर्षों से, वह धातुओं के विकास, तांबा मिश्र धातु, स्टेनलेस स्टील, निकल मिश्र धातु, टाइटेनियम और कार्बन स्टील सहित ट्यूबलर उत्पादों के निर्माण और परीक्षण में शामिल रहे हैं। 2005 से प्लायमाउथ मेट्रो के साथ रहने के बाद, जानिकोव्स्की ने 2010 में तकनीकी प्रबंधक बनने से पहले विभिन्न वरिष्ठ पदों पर कार्य किया।