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Gli autori hanno rivisto più e più volte le nuove specifiche dei progetti energetici, in cui i progettisti di impianti scelgono tipicamente l'acciaio inossidabile 304 o 316 per i tubi del condensatore e dello scambiatore di calore ausiliario. Per molti, il termine acciaio inossidabile evoca un'aura di corrosione invincibile, quando in realtà gli acciai inossidabili possono a volte essere la scelta peggiore perché sono suscettibili alla corrosione localizzata. ingrandito. In alcune applicazioni, l'acciaio inossidabile serie 300 sopravvive solo per mesi, a volte solo settimane, prima di fallire. Questo articolo si concentra almeno sui problemi che dovrebbero essere considerati quando si scelgono i materiali del tubo del condensatore dal punto di vista del trattamento dell'acqua. Altri fattori non discussi in questo documento ma che svolgono un ruolo nella selezione del materiale includono la resistenza del materiale, le proprietà di trasferimento del calore e la resistenza alle forze meccaniche, tra cui la fatica e la corrosione da erosione.
L'aggiunta del 12% o più di cromo all'acciaio fa sì che la lega formi uno strato continuo di ossido che protegge il metallo di base sottostante. Da qui il termine acciaio inossidabile.
Quando il nichel viene aggiunto alla miscela di lega a una concentrazione dell'8% o superiore, anche a temperatura ambiente, la cella esisterà in una struttura cubica a facce centrate (FCC) chiamata austenite.
Come mostrato nella Tabella 1, gli acciai inossidabili della serie 300 e altri acciai inossidabili hanno un contenuto di nichel che produce una struttura austenitica.
Gli acciai austenitici si sono dimostrati molto preziosi in molte applicazioni, incluso come materiale per surriscaldatori ad alta temperatura e tubi di postriscaldamento nelle caldaie elettriche. La serie 300 in particolare viene spesso utilizzata come materiale per tubi di scambiatori di calore a bassa temperatura, compresi i condensatori superficiali del vapore. Tuttavia, è in queste applicazioni che molti trascurano potenziali meccanismi di guasto.
La principale difficoltà con l'acciaio inossidabile, in particolare i popolari materiali 304 e 316, è che lo strato protettivo di ossido viene spesso distrutto dalle impurità nell'acqua di raffreddamento e da fessure e depositi che aiutano a concentrare le impurità.
Una comune impurità dell'acqua di raffreddamento, e una delle più difficili da rimuovere economicamente, è il cloruro. Questo ione può causare molti problemi nei generatori di vapore, ma nei condensatori e negli scambiatori di calore ausiliari, la difficoltà principale è che i cloruri in concentrazioni sufficienti possono penetrare e distruggere lo strato protettivo di ossido sull'acciaio inossidabile, provocando corrosione localizzata, cioè vaiolatura.
La vaiolatura è una delle forme più insidiose di corrosione perché può causare penetrazioni nelle pareti e guasti alle apparecchiature con una minima perdita di metallo.
Le concentrazioni di cloruro non devono essere molto elevate per causare corrosione per vaiolatura nell'acciaio inossidabile 304 e 316 e, per superfici pulite senza depositi o fessure, le concentrazioni massime raccomandate di cloruro sono ora considerate come:
Diversi fattori possono facilmente produrre concentrazioni di cloruri che superano queste linee guida, sia in generale che in località localizzate. È diventato molto raro considerare prima il raffreddamento una tantum per le nuove centrali elettriche. La maggior parte sono costruite con torri di raffreddamento o, in alcuni casi, condensatori raffreddati ad aria (ACC). Per quelli con torri di raffreddamento, la concentrazione di impurità nei cosmetici può "aumentare ciclicamente". l'acqua è di 250 mg/l. Questo da solo dovrebbe generalmente escludere 304 SS. Inoltre, negli impianti nuovi ed esistenti, vi è una crescente necessità di sostituire l'acqua dolce per la ricarica dell'impianto. Un'alternativa comune sono le acque reflue municipali.
Fai attenzione all'aumento dei livelli di cloruro (e ad altre impurità, come azoto e fosforo, che possono aumentare notevolmente la contaminazione microbica nei sistemi di raffreddamento). Per tutte le acque grigie, qualsiasi circolazione nella torre di raffreddamento supererà il limite di cloruro raccomandato da 316 SS.
La discussione precedente si basa sul potenziale di corrosione delle comuni superfici metalliche. Le fratture e i sedimenti cambiano radicalmente la storia, poiché entrambi forniscono luoghi in cui le impurità possono concentrarsi. Una posizione tipica per le crepe meccaniche nei condensatori e scambiatori di calore simili è nelle giunzioni tubo-lamiera. I sedimenti all'interno del tubo possono creare crepe al confine del sedimento e il sedimento stesso può fungere da sito di contaminazione. trasformare la restante superficie in acciaio in un anodo.
La discussione di cui sopra delinea i problemi che i progettisti di impianti in genere non prendono in considerazione quando specificano i materiali del tubo del condensatore e dello scambiatore di calore ausiliario per i nuovi progetti. La mentalità relativa ai 304 e 316 SS a volte sembra ancora essere "questo è quello che abbiamo sempre fatto" senza considerare le conseguenze di tali azioni. Sono disponibili materiali alternativi per gestire le condizioni più difficili dell'acqua di raffreddamento che molti impianti devono affrontare ora.
Prima di discutere di metalli alternativi, è necessario precisare brevemente un altro punto. In molti casi, un 316 SS o anche un 304 SS ha funzionato bene durante il normale funzionamento, ma si è guastato durante un'interruzione di corrente. Nella maggior parte dei casi, il guasto è dovuto a uno scarso drenaggio del condensatore o dello scambiatore di calore che causa acqua stagnante nei tubi. Questo ambiente offre le condizioni ideali per la crescita di microrganismi. Le colonie microbiche a loro volta producono composti corrosivi che corrodono direttamente il metallo tubolare.
Questo meccanismo, noto come corrosione microbiologicamente indotta (MIC), è noto per distruggere i tubi in acciaio inossidabile e altri metalli in poche settimane. Se lo scambiatore di calore non può essere drenato, è necessario prendere seriamente in considerazione la circolazione periodica dell'acqua attraverso lo scambiatore di calore e l'aggiunta di biocida durante il processo. Simposio di chimica di utilità.)
Per gli ambienti difficili sopra evidenziati, così come per gli ambienti più difficili come l'acqua salmastra o l'acqua di mare, è possibile utilizzare metalli alternativi per allontanare le impurità. Tre gruppi di leghe si sono dimostrati efficaci: il titanio commercialmente puro, l'acciaio inossidabile austenitico al 6% di molibdeno e l'acciaio inossidabile superferritico. Queste leghe sono anche resistenti al MIC. per nuove installazioni con robuste strutture di supporto dei tubi. Un'ottima alternativa è l'acciaio inossidabile super ferritico Sea-Cure®. La composizione di questo materiale è mostrata di seguito.
L'acciaio è ricco di cromo ma povero di nichel, quindi è un acciaio inossidabile ferritico piuttosto che un acciaio inossidabile austenitico. Grazie al suo basso contenuto di nichel, costa molto meno di altre leghe. L'elevata resistenza e il modulo elastico di Sea-Cure consentono pareti più sottili rispetto ad altri materiali, con conseguente miglioramento del trasferimento di calore.
Le proprietà migliorate di questi metalli sono mostrate nella tabella "Pitting Resistance Equivalent Number", che, come suggerisce il nome, è una procedura di prova utilizzata per determinare la resistenza di vari metalli alla corrosione per vaiolatura.
Una delle domande più comuni è "Qual è il contenuto massimo di cloruri che un particolare grado di acciaio inossidabile può tollerare?"Le risposte variano ampiamente. I fattori includono pH, temperatura, presenza e tipo di fratture e il potenziale per specie biologiche attive. Uno strumento è stato aggiunto sull'asse destro della Figura 5 per aiutare con questa decisione. Si basa su pH neutro, acqua corrente a 35°C che si trova comunemente in molte applicazioni BOP e condensa (per prevenire la formazione di depositi e la formazione di crepe). una linea orizzontale sull'asse destro. In generale, se una lega deve essere considerata per applicazioni in acqua salmastra o marina, deve avere una CCT superiore a 25 gradi Celsius misurata dal test G 48.
È chiaro che le leghe super ferritiche rappresentate da Sea-Cure® sono generalmente adatte anche per applicazioni con acqua di mare. C'è un altro vantaggio di questi materiali che deve essere sottolineato. Problemi di corrosione del manganese sono stati osservati per molti anni per 304 e 316 SS, anche negli impianti lungo il fiume Ohio. Recentemente, gli scambiatori di calore negli impianti lungo i fiumi Mississippi e Missouri sono stati attaccati. 2) reagire con un biocida ossidante per generare acido cloridrico sotto il deposito. L'HCl è ciò che realmente attacca i metalli. [WH Dickinson e RW Pick, "Manganese-Dependent Corrosion in the Electric Power Industry";presentato alla conferenza annuale NACE sulla corrosione del 2002, Denver, CO.] Gli acciai ferritici sono resistenti a questo meccanismo di corrosione.
La selezione di materiali di qualità superiore per i tubi del condensatore e dello scambiatore di calore non è ancora un sostituto per un adeguato controllo della chimica del trattamento dell'acqua. Come l'autore Buecker ha sottolineato in un precedente articolo di ingegneria energetica, è necessario un programma di trattamento chimico adeguatamente progettato e gestito per ridurre al minimo il potenziale di incrostazioni, corrosione e incrostazioni. con cloro, candeggina o composti simili è la pietra angolare del controllo microbico, i trattamenti supplementari possono spesso migliorare l'efficienza dei programmi di trattamento. Uno di questi esempi è la chimica di stabilizzazione, che aiuta ad aumentare il tasso di rilascio e l'efficienza dei biocidi ossidanti a base di cloro senza introdurre nell'acqua alcun composto dannoso. Inoltre, l'alimentazione supplementare con fungicidi non ossidanti può essere molto utile nel controllo dello sviluppo microbico. e la consultazione con esperti del settore è importante per la scelta dei materiali e delle procedure chimiche. Gran parte di questo articolo è scritto dal punto di vista del trattamento delle acque, non siamo coinvolti nelle decisioni sui materiali, ma ci viene chiesto di aiutare a gestire l'impatto di tali decisioni una volta che l'apparecchiatura è in funzione. La decisione finale sulla selezione dei materiali deve essere presa dal personale dell'impianto in base a una serie di fattori specificati per ciascuna applicazione.
Informazioni sull'autore: Brad Buecker è un pubblicista tecnico senior presso ChemTreat. Ha 36 anni di esperienza o affiliato con l'industria energetica, in gran parte nella chimica della generazione di vapore, trattamento delle acque, controllo della qualità dell'aria e presso City Water, Light & Power (Springfield, IL) e Kansas City Power & Light Company si trova presso La Cygne Station, Kansas. lavorare in meccanica dei fluidi, energia e equilibrio dei materiali e chimica inorganica avanzata.
Dan Janikowski è direttore tecnico di Plymouth Tube. Per 35 anni è stato coinvolto nello sviluppo di metalli, nella produzione e nel collaudo di prodotti tubolari tra cui leghe di rame, acciaio inossidabile, leghe di nichel, titanio e acciaio al carbonio. Dopo essere stato con Plymouth Metro dal 2005, Janikowski ha ricoperto varie posizioni di rilievo prima di diventare direttore tecnico nel 2010.