Para penulis telah meninjau spesifikasi proyek daya baru berkali-kali, di mana perancang pabrik biasanya memilih baja tahan karat 304 atau 316 untuk pipa kondensor dan penukar panas tambahan. Bagi banyak orang, istilah baja tahan karat memunculkan aura korosi yang tak terkalahkan, padahal sebenarnya, baja tahan karat kadang-kadang bisa menjadi pilihan terburuk karena rentan terhadap korosi lokal. .Dalam beberapa aplikasi, baja tahan karat seri 300 hanya akan bertahan selama berbulan-bulan, terkadang hanya berminggu-minggu, sebelum gagal. Artikel ini berfokus pada setidaknya masalah yang harus dipertimbangkan ketika memilih bahan tabung kondensor dari perspektif pengolahan air. Faktor lain yang tidak dibahas dalam makalah ini tetapi yang berperan dalam pemilihan material meliputi kekuatan material, sifat perpindahan panas, dan ketahanan terhadap gaya mekanis, termasuk kelelahan dan korosi erosi.
Menambahkan 12% atau lebih kromium ke baja menyebabkan paduan membentuk lapisan oksida kontinu yang melindungi logam dasar di bawahnya. Oleh karena itu disebut baja tahan karat. Dengan tidak adanya bahan paduan lain (terutama nikel), baja karbon adalah bagian dari kelompok ferit, dan sel unitnya memiliki struktur kubus berpusat badan (BCC).
Ketika nikel ditambahkan ke campuran paduan pada konsentrasi 8% atau lebih tinggi, bahkan pada suhu sekitar, sel akan berada dalam struktur kubus berpusat muka (FCC) yang disebut austenit.
Seperti ditunjukkan pada Tabel 1, baja tahan karat seri 300 dan baja tahan karat lainnya memiliki kandungan nikel yang menghasilkan struktur austenitik.
Baja austenitik telah terbukti sangat berharga dalam banyak aplikasi, termasuk sebagai bahan untuk superheater suhu tinggi dan tabung reheater pada boiler listrik. Seri 300 khususnya sering digunakan sebagai bahan untuk tabung penukar panas suhu rendah, termasuk kondensor permukaan uap. Namun, dalam aplikasi ini banyak yang mengabaikan potensi mekanisme kegagalan.
Kesulitan utama dengan baja tahan karat, terutama bahan 304 dan 316 yang populer, adalah bahwa lapisan oksida pelindung sering dihancurkan oleh kotoran dalam air pendingin dan oleh celah dan endapan yang membantu memusatkan kotoran. Selain itu, dalam kondisi mati, genangan air dapat menyebabkan pertumbuhan mikroba, yang hasil metabolismenya dapat sangat merusak logam.
Pengotor air pendingin yang umum, dan salah satu yang paling sulit dihilangkan secara ekonomis, adalah klorida. Ion ini dapat menyebabkan banyak masalah pada pembangkit uap, tetapi pada kondensor dan penukar panas tambahan, kesulitan utama adalah bahwa klorida dalam konsentrasi yang cukup dapat menembus dan merusak lapisan oksida pelindung pada baja tahan karat, menyebabkan korosi lokal, yaitu pitting.
Pitting adalah salah satu bentuk korosi yang paling berbahaya karena dapat menyebabkan penetrasi dinding dan kegagalan peralatan dengan sedikit kehilangan logam.
Konsentrasi klorida tidak harus terlalu tinggi untuk menyebabkan korosi sumuran pada baja tahan karat 304 dan 316, dan untuk permukaan yang bersih tanpa endapan atau celah, konsentrasi klorida maksimum yang direkomendasikan sekarang dianggap sebagai:
Beberapa faktor dapat dengan mudah menghasilkan konsentrasi klorida yang melebihi pedoman ini, baik secara umum maupun di lokasi lokal. Sangat jarang untuk pertama kali mempertimbangkan pendinginan sekali pakai untuk pembangkit listrik baru. Sebagian besar dibangun dengan menara pendingin, atau dalam beberapa kasus, kondensor berpendingin udara (ACC). Bagi menara pendingin, konsentrasi pengotor dalam kosmetik dapat "bersiklus naik". Misalnya, kolom dengan konsentrasi klorida air make-up 50 mg/l beroperasi dengan lima siklus konsentrasi, dan kandungan klorida dari air yang bersirkulasi adalah 250 mg/l.Hal ini saja secara umum harus mengesampingkan 304 SS.Selain itu, pada instalasi baru dan yang sudah ada, ada kebutuhan yang meningkat untuk menggantikan air bersih untuk mengisi ulang tanaman. Alternatif yang umum adalah air limbah kota. Tabel 2 membandingkan analisis empat suplai air tawar dengan empat suplai air limbah.
Hati-hati terhadap peningkatan kadar klorida (dan kotoran lainnya, seperti nitrogen dan fosfor, yang dapat sangat meningkatkan kontaminasi mikroba dalam sistem pendingin). Pada dasarnya semua air abu-abu, setiap sirkulasi di menara pendingin akan melebihi batas klorida yang direkomendasikan oleh 316 SS.
Pembahasan sebelumnya didasarkan pada potensi korosi permukaan logam biasa. Fraktur dan sedimen secara dramatis mengubah ceritanya, karena keduanya menyediakan tempat di mana kotoran dapat terkonsentrasi. Lokasi yang khas untuk retakan mekanis pada kondensor dan penukar panas serupa ada di sambungan lembaran tabung-ke-tabung. Sedimen di dalam tabung dapat menciptakan retakan pada batas sedimen, dan sedimen itu sendiri dapat berfungsi sebagai tempat kontaminasi. Selain itu, karena baja tahan karat bergantung pada lapisan oksida kontinu untuk perlindungan, endapan dapat membentuk situs miskin oksigen yang mengubah sisa baja permukaan menjadi anoda.
Pembahasan di atas menguraikan masalah yang biasanya tidak dipertimbangkan oleh perancang pabrik saat menentukan material tabung kondensor dan penukar panas tambahan untuk proyek baru. Mentalitas terkait 304 dan 316 SS kadang-kadang masih tampak seperti "itulah yang selalu kami lakukan" tanpa mempertimbangkan konsekuensi dari tindakan tersebut. Tersedia bahan alternatif untuk menangani kondisi air pendingin yang lebih keras yang sekarang dihadapi oleh banyak pabrik.
Sebelum membahas logam alternatif, hal lain harus dinyatakan secara singkat. Dalam banyak kasus, 316 SS atau bahkan 304 SS bekerja dengan baik selama operasi normal, tetapi gagal selama pemadaman listrik. Dalam banyak kasus, kegagalan disebabkan oleh drainase yang buruk dari kondensor atau penukar panas yang menyebabkan air tergenang di dalam tabung. Lingkungan ini menyediakan kondisi ideal untuk pertumbuhan mikroorganisme. Koloni mikroba pada gilirannya menghasilkan senyawa korosif yang secara langsung menimbulkan korosi pada logam tubular.
Mekanisme ini, yang dikenal sebagai korosi yang diinduksi mikroba (MIC), dikenal untuk menghancurkan pipa baja tahan karat dan logam lainnya dalam beberapa minggu.Jika penukar panas tidak dapat dikeringkan, pertimbangan serius harus diberikan untuk mensirkulasikan air secara berkala melalui penukar panas dan menambahkan biosida selama proses.(Untuk detail lebih lanjut tentang prosedur layup yang tepat, lihat D. Janikowski, “Melapisi Kondensor dan Penukar BOP – Pertimbangan”; diadakan 4-6 Juni 2019 di Champaign, IL Dipresentasikan di 39 th Simposium Kimia Utilitas Listrik.)
Untuk lingkungan keras yang disorot di atas, serta lingkungan yang lebih keras seperti air payau atau air laut, logam alternatif dapat digunakan untuk menangkal kotoran. Tiga kelompok paduan telah terbukti berhasil, titanium murni secara komersial, baja tahan karat austenitik molibdenum 6%, dan baja tahan karat superferitik. Paduan ini juga tahan terhadap MIC. Meskipun titanium dianggap sangat tahan terhadap korosi, struktur kristal heksagonalnya yang padat dan modulus elastisitasnya yang sangat rendah membuatnya rentan terhadap kerusakan mekanis. Paduan ini paling cocok untuk pemasangan baru s dengan struktur pendukung tabung yang kuat. Alternatif yang sangat baik adalah Sea-Cure® baja tahan karat super feritik. Komposisi bahan ini ditunjukkan di bawah ini.
Baja ini mengandung kromium tinggi tetapi rendah nikel, jadi ini adalah baja tahan karat feritik daripada baja tahan karat austenitik. Karena kandungan nikelnya yang rendah, harganya jauh lebih murah daripada paduan lainnya. Kekuatan tinggi dan modulus elastis Sea-Cure memungkinkan dinding yang lebih tipis daripada bahan lain, menghasilkan perpindahan panas yang lebih baik.
Sifat-sifat yang ditingkatkan dari logam-logam ini ditunjukkan pada bagan "Nomor Ekuivalen Resistensi Pitting", yang, seperti namanya, adalah prosedur pengujian yang digunakan untuk menentukan ketahanan berbagai logam terhadap korosi pitting.
Salah satu pertanyaan paling umum adalah "Berapa kandungan klorida maksimum yang dapat ditoleransi oleh baja tahan karat tingkat tertentu?"Jawabannya sangat bervariasi. Faktor-faktor meliputi pH, suhu, keberadaan dan jenis rekahan, dan potensi spesies biologis aktif. Sebuah alat telah ditambahkan pada sumbu kanan Gambar 5 untuk membantu keputusan ini. Ini didasarkan pada pH netral, air mengalir 35°C yang umum ditemukan di banyak BOP dan aplikasi kondensasi (untuk mencegah pembentukan endapan dan pembentukan retakan). Setelah paduan dengan komposisi kimia tertentu telah dipilih, PREn dapat ditentukan dan kemudian dipotong dengan garis miring yang sesuai. Tingkat klorida maksimum yang disarankan kemudian dapat ditentukan dengan menggambar garis horizontal pada sumbu kanan. Secara umum, jika paduan dipertimbangkan untuk aplikasi air payau atau air laut, paduan tersebut harus memiliki CCT di atas 25 derajat Celcius yang diukur dengan uji G 48.
Jelas bahwa paduan feritik super diwakili oleh Sea-Cure® umumnya cocok bahkan untuk aplikasi air laut. Ada manfaat lain untuk bahan ini yang harus ditekankan. Masalah korosi mangan telah diamati untuk 304 dan 316 SS selama bertahun-tahun, termasuk pada tanaman di sepanjang Sungai Ohio. Baru-baru ini, penukar panas pada tanaman di sepanjang Sungai Mississippi dan Missouri telah diserang. Korosi mangan juga merupakan masalah umum dalam sistem make-up air sumur. Mekanisme korosi telah diidentifikasi sebagai mangan dioksida (MnO2) bereaksi dengan biosida pengoksidasi untuk menghasilkan asam klorida di bawah endapan. HCl adalah yang benar-benar menyerang logam. [WH Dickinson dan RW Pick, "Manganese-Dependent Corrosion in the Electric Power Industry";dipresentasikan pada Konferensi Korosi Tahunan NACE 2002, Denver, CO.] Baja feritik tahan terhadap mekanisme korosi ini.
Memilih bahan kelas yang lebih tinggi untuk tabung kondensor dan penukar panas masih bukan pengganti untuk kontrol kimia pengolahan air yang tepat. Seperti yang telah diuraikan oleh penulis Buecker dalam artikel teknik tenaga sebelumnya, program pengolahan kimia yang dirancang dan dioperasikan dengan baik diperlukan untuk meminimalkan potensi kerak, korosi, dan pengotoran. Kimia polimer muncul sebagai alternatif yang kuat untuk kimia fosfat/fosfonat lama untuk mengendalikan korosi dan kerak dalam sistem menara pendingin. Mengontrol kontaminasi mikroba telah dan akan terus menjadi masalah kritis. Sementara kimia oksidatif dengan klorin, pemutih, atau senyawa serupa adalah landasan kontrol mikroba, perawatan tambahan seringkali dapat meningkatkan efisiensi program perawatan. Salah satu contohnya adalah kimia stabilisasi, yang membantu meningkatkan laju pelepasan dan efisiensi biosida pengoksidasi berbasis klorin tanpa memasukkan senyawa berbahaya apa pun ke dalam air. Selain itu, pakan tambahan dengan fungisida non-pengoksidasi mungkin sangat bermanfaat dalam mengendalikan perkembangan mikroba. Hasilnya adalah bahwa ada banyak cara untuk meningkatkan keberlanjutan dan keandalan penukar panas pembangkit listrik, tetapi setiap sistem berbeda, jadi perencanaan yang cermat dan konsultasi dengan pakar industri penting untuk pemilihan bahan dan prosedur kimia. Sebagian besar artikel ini ditulis dari perspektif pengolahan air, kami tidak terlibat dalam keputusan bahan, tetapi kami diminta untuk membantu mengelola dampak dari keputusan tersebut setelah peralatan aktif dan berjalan. Keputusan akhir pemilihan bahan harus dibuat oleh personel pabrik berdasarkan sejumlah faktor yang ditentukan untuk setiap aplikasi.
Tentang Pengarang: Brad Buecker adalah Senior Technical Publicist di ChemTreat. Dia memiliki 36 tahun pengalaman di atau berafiliasi dengan industri listrik, sebagian besar dalam kimia pembangkit uap, pengolahan air, kontrol kualitas udara dan di City Water, Light & Power (Springfield, IL) dan Kansas City Power & Light Company berlokasi di La Cygne Station, Kansas. kursus kerja dalam Mekanika Fluida, Kesetimbangan Energi dan Material, dan Kimia Anorganik Tingkat Lanjut.
Dan Janikowski adalah Manajer Teknis di Plymouth Tube. Selama 35 tahun, dia telah terlibat dalam pengembangan logam, pembuatan dan pengujian produk pipa termasuk paduan tembaga, baja tahan karat, paduan nikel, titanium dan baja karbon.Bergabung dengan Plymouth Metro sejak 2005, Janikowski memegang berbagai posisi senior sebelum menjadi Manajer Teknis pada tahun 2010.