המחברים סקרו פעם אחר פעם מפרטי פרויקט כוח חדשים, שבהם מתכנני מפעלים בוחרים בדרך כלל פלדת אל חלד 304 או 316 עבור צינורות מעבה ומחליף חום עזר. עבור רבים, המונח נירוסטה מעלה הילה של קורוזיה בלתי מנוצחת, כאשר למעשה, פלדות אל חלד יכולות לפעמים להיות הבחירה הגרועה ביותר לזמינות מים טריים וזמינות מקומית זו של מים טריים וזמינות זו. איפור, יחד עם מגדלי קירור הפועלים במחזורי ריכוז גבוהים, מנגנוני כשל פוטנציאליים של נירוסטה מוגדלים. ביישומים מסוימים, נירוסטה מסדרת 300 תשרוד רק חודשים, לפעמים רק שבועות, לפני כישלון. מאמר זה מתמקד לפחות בנושאים שיש לקחת בחשבון בבחירת חומרי צינור מעבה מנקודת מבט של טיפול במים, אך לא דן בתכונות של חומרי התנגדות ומכניים אחרים בבחירת חומר חום ובחירת חומר זה. כוחות cal, כולל עייפות ושחיקה קורוזיה.
הוספת 12% או יותר כרום לפלדה גורמת לסגסוגת ליצור שכבת תחמוצת רציפה המגנה על המתכת הבסיסית שמתחתיה. מכאן המונח פלדת אל-חלד. בהיעדר חומרי סגסוג אחרים (בעיקר ניקל), פלדת פחמן היא חלק מקבוצת הפריט, ולתא היחידה שלה יש מבנה מעוקב במרכז הגוף (BCC).
כאשר מוסיפים ניקל לתערובת הסגסוגת בריכוז של 8% ומעלה, התא יתקיים במבנה מעוקב (FCC) הנקרא אוסטניט, אפילו בטמפרטורת הסביבה.
כפי שמוצג בטבלה 1, לפלדות אל-חלד מסדרת 300 ולפלדות אל-חלד אחרות יש תכולת ניקל המייצרת מבנה אוסטניטי.
פלדות אוסטניטיות הוכיחו את עצמן כבעל ערך רב ביישומים רבים, כולל כחומר לחימום-על בטמפרטורה גבוהה ולצינורות מחממים חוזרים בדודי חשמל. סדרת 300 במיוחד משמשת לעתים קרובות כחומר לצינורות מחליפי חום בטמפרטורה נמוכה, כולל מעבים משטחי קיטור. עם זאת, ביישומים אלו רבים מתעלמים ממנגנוני כשל פוטנציאליים.
הקושי העיקרי עם נירוסטה, במיוחד החומרים הפופולריים 304 ו-316, הוא ששכבת תחמוצת ההגנה נהרסת לעתים קרובות על ידי זיהומים במי הקירור ועל ידי חריצים ומשקעים המסייעים בריכוז זיהומים. בנוסף, בתנאי השבתה, מים עומדים עלולים להוביל לצמיחה חיידקית, שתוצרי הלוואי המטבוליים שלהם עלולים להזיק מאוד למתכות.
טומאת מי קירור נפוצה, ואחת הקשות ביותר להסרה כלכלית, היא כלוריד. יון זה עלול לגרום לבעיות רבות במחוללי קיטור, אך במעבים ובמחליפי חום עזר, הקושי העיקרי הוא שכלורידים בריכוזים מספיקים יכולים לחדור ולהרוס את שכבת התחמוצת המגינה על נירוסטה, ולגרום לקורוזיה מקומית.
בור היא אחת הצורות הערמומיות ביותר של קורוזיה מכיוון שהיא עלולה לגרום לחדירת קירות ולכשל בציוד עם אובדן מתכת מועט.
ריכוזי הכלוריד אינם חייבים להיות גבוהים מאוד כדי לגרום לקורוזיה בבור בפלדת אל-חלד 304 ו-316, ולמשטחים נקיים ללא משקעים או חריצים, ריכוזי הכלוריד המרביים המומלצים נחשבים כעת ל:
מספר גורמים יכולים לייצר בקלות ריכוזי כלוריד החורגים מההנחיות הללו, הן באופן כללי והן במקומות מקומיים. זה הפך נדיר מאוד לשקול תחילה קירור חד פעמי עבור תחנות כוח חדשות. רובם בנויים עם מגדלי קירור, או במקרים מסוימים, מעבים מקוררים באוויר (ACC). עבור אלה עם מגדלי קירור, ריכוז הלכלוכים בתכשירים קוסמטיים יכול להפעיל מחזור של 5 מ"ג/ל עמודת מים. עם חמישה מחזורי ריכוז, ותכולת הכלוריד של המים במחזור היא 250 מ"ג/ליטר. זה לבדו אמור לשלול בדרך כלל 304 SS. בנוסף, במפעלים חדשים וקיימים, יש צורך הולך וגובר בהחלפת מים מתוקים לטעינת המפעל. חלופה נפוצה היא שפכים עירוניים. טבלה 2 משווה את הניתוח של ארבע אספקת המים המתוקים עם ארבעת אספקת המים המתוקים.
היזהרו מרמות מוגברת של כלוריד (וזיהומים אחרים, כגון חנקן וזרחן, שיכולים להגביר מאוד את הזיהום המיקרוביאלי במערכות קירור). למעשה עבור כל המים האפורים, כל זרימה במגדל הקירור תחרוג ממגבלת הכלוריד המומלצת ב-316 SS.
הדיון הקודם מבוסס על פוטנציאל הקורוזיה של משטחי מתכת נפוצים. שברים ומשקעים משנים את הסיפור באופן דרמטי, שכן שניהם מספקים מקומות שבהם זיהומים יכולים להתרכז. מיקום אופייני לסדקים מכניים במעבים ובמחליפי חום דומים הוא בצמתים בין יריעות צינור לצינור. משקעים בתוך הצינור יכולים ליצור את הסדקים באתר המשקע ומשמשים כסדקים באתר המשקעים. יותר מכך, מכיוון שהנירוסטה מסתמכת על שכבת תחמוצת רציפה להגנה, המשקעים יכולים ליצור אתרים דלים בחמצן שהופכים את משטח הפלדה שנותר לאנודה.
הדיון לעיל מתאר נושאים שמתכנני מפעלים בדרך כלל אינם מתחשבים בהם בעת ציון חומרי צינורות מעבה וחומרי עזר מחליף חום עבור פרויקטים חדשים. המנטליות בנוגע ל-304 ו-316 SS עדיין נראית "זה מה שתמיד עשינו" מבלי לקחת בחשבון את ההשלכות של פעולות כאלה. חומרים חלופיים זמינים להתמודד כעת עם תנאי הקירור הקשים יותר של מים.
לפני שנדון במתכות חלופיות, יש לציין נקודה נוספת בקצרה. במקרים רבים, 316 SS או אפילו 304 SS פעלו היטב במהלך פעולה רגילה, אך נכשלו במהלך הפסקת חשמל. ברוב המקרים, הכשל נובע מניקוז לקוי של המעבה או מחליף החום הגורם למים עומדים בצינורות. סביבה זו מספקת תנאים אידיאליים לגידול של תרכובות מיקרואורגניזמים קורוביאליים. מתכת.
מנגנון זה, הידוע בשם קורוזיה הנגרמת על ידי מיקרוביאלית (MIC), ידוע בהרס צינורות נירוסטה ומתכות אחרות תוך שבועות. אם לא ניתן לנקז את מחליף החום, יש לשקול ברצינות להזרים מים מעת לעת דרך מחליף החום ולהוסיף ביוציד במהלך התהליך. (לפרטים נוספים על נהלי הנחת תקינים, ראו D. Janyup-4 Consider, Consider-BOP4 Exchanger, Consider and BOP. 6, 2019 ב-Champaign, IL הוצג בסימפוזיון ה-39 לכימיה של שירות החשמל.)
לסביבות הקשות המודגשות לעיל, כמו גם לסביבות קשות יותר כמו מים מליחים או מי ים, ניתן להשתמש במתכות חלופיות כדי להדוף זיהומים. שלוש קבוצות סגסוגות הוכיחו את עצמן כהצלחה, טיטניום טהור מסחרית, נירוסטה אוסטניטית מוליבדן 6% ופלדת אל-חלד סופר-פריטית. הסגסוגות הללו נחשבות גם להתנגדות קורנית ל-MIC. מבנה גבישי צפוף ומודול אלסטי נמוך במיוחד הופכים אותו לרגיש לנזק מכני. סגסוגת זו מתאימה ביותר למתקנים חדשים עם מבני תמיכת צינורות חזקים. חלופה מצוינת היא הנירוסטה הסופר-פריטית Sea-Cure®. הרכב החומר הזה מוצג להלן.
הפלדה עשירה בכרום אך דלה בניקל, ולכן מדובר מפלדת אל-חלד פריטית ולא מפלדת אל-חלד אוסטניטית. בשל תכולת הניקל הנמוכה שלה, היא עולה הרבה פחות מסגסוגות אחרות. החוזק הגבוה ומודול האלסטי של Sea-Cure מאפשרים קירות דקים יותר מחומרים אחרים, וכתוצאה מכך העברת חום משופרת.
התכונות המשופרות של מתכות אלו מוצגות בטבלת "מספר שווה ערך של התנגדות בור", שכפי שהשם מרמז, הוא הליך בדיקה המשמש לקביעת עמידותן של מתכות שונות בפני קורוזיה בבור.
אחת השאלות הנפוצות ביותר היא "מהי תכולת הכלוריד המקסימלית שדרגה מסוימת של נירוסטה יכולה לסבול?"התשובות משתנות מאוד. הגורמים כוללים pH, טמפרטורה, נוכחות וסוג שברים, והפוטנציאל למינים ביולוגיים פעילים. כלי נוסף בציר הימני של איור 5 כדי לעזור בהחלטה זו. הוא מבוסס על pH ניטרלי, מים זורמים של 35°C הנפוצים בהרבה יישומי BOP ועיבוי (כדי למנוע היווצרות משקעים ויצירת סדקים ספציפיים, ולאחר מכן ניתן לבחור מבנה כימי עם PR, ולאחר מכן ניתן לבחור הרכב כימי עם PR). הנטוי המתאים. לאחר מכן ניתן לקבוע את רמת הכלוריד המקסימלית המומלצת על ידי שרטוט קו אופקי על הציר הימני. באופן כללי, אם יש לשקול סגסוגת עבור יישומי מליחים או מי ים, היא צריכה להיות בעלת CCT מעל 25 מעלות צלזיוס כפי שנמדד בבדיקת G 48.
ברור שהסגסוגות העל-פריטיות המיוצגות על ידי Sea-Cure® מתאימות בדרך כלל גם ליישומי מי ים. יש יתרון נוסף לחומרים האלה שיש להדגיש. בעיות קורוזיה של מנגן נצפו במשך שנים רבות עבור 304 ו-316 SS, כולל במפעלים לאורך נהר אוהיו. לאחרונה, מחליפי חום במפעלים לאורך נהר המיסיסי הופכות גם לבעיה נפוצה בקורוזיה במימי נהר מיסיסי. מנגנון הקורוזיה זוהה כמנגן דו חמצני (MnO2) המגיב עם ביוציד מחמצן ליצירת חומצה הידרוכלורית מתחת למשקע. HCl הוא מה שבאמת תוקף מתכות.[WH Dickinson ו-RW Pick, "Manganese-Dependent Corrosion in the Electric Power Industry";הוצג בכנס הקורוזיה השנתי של NACE 2002, דנבר, CO.] פלדות פריטיות עמידות בפני מנגנון קורוזיה זה.
בחירת חומרים בדרגה גבוהה יותר עבור צינורות מעבה ומחליף חום עדיין אינה תחליף לבקרת כימיה נאותה של טיפול במים. כפי שהסופר Buecker תיאר במאמר קודם של הנדסת חשמל, יש צורך בתוכנית טיפול כימית שתוכננה ומופעלת כהלכה כדי למזער את הפוטנציאל להצטברות אבנית, קורוזיה והתכלות. שליטה במערכות מגדל קירור. שליטה בזיהום מיקרוביאלי הייתה ותמשיך להיות נושא קריטי. בעוד כימיה חמצונית עם כלור, אקונומיקה או תרכובות דומות היא אבן היסוד של בקרת חיידקים, טיפולים משלימים יכולים לעתים קרובות לשפר את היעילות של תוכניות טיפול. דוגמה אחת כזו היא כימיית ייצוב, שעוזרת להגביר את קצב השחרור של תרכובת חמצון ביולוגית ללא כל חומרי חמצון ביולוגיים. בנוסף, הזנה משלימה עם קוטלי פטריות לא מחמצנים עשויה להועיל מאוד בבקרת התפתחות חיידקים. התוצאה היא שישנן דרכים רבות לשפר את הקיימות והאמינות של מחליפי חום של תחנות כוח, אבל כל מערכת שונה, ולכן תכנון קפדני והתייעצות עם מומחי תעשייה חשובים לבחירת החומרים וההליכים הכימיים. הרבה מהמאמר הזה נכתב מנקודת מבט של חומרי טיפול במים, אבל אנחנו לא נותנים את ההחלטה לגבי חומרי הטיפול במים, אבל אנחנו לא יכולים לנהל את חומרי הטיפול במים. ההחלטה הסופית על בחירת החומר חייבת להיעשות על ידי אנשי המפעל בהתבסס על מספר גורמים שצוינו עבור כל בקשה.
על המחבר: בראד באקר הוא יחצן טכני בכיר ב-ChemTreat. יש לו ניסיון של 36 שנים בתעשיית החשמל או קשור אליה, חלק ניכר מהם בכימיה לייצור קיטור, טיפול במים, בקרת איכות אוויר וב-City Water, Light & Power (Springfield, IL) וקנזס סיטי Power & Light Company ממוקמת בתחנת La Cygne Water גם בתחנת מים כימית, שנתיים/שנתיים. בעל תואר ראשון בכימיה מאוניברסיטת איווה סטייט עם עבודה נוספת בקורסים במכניקת נוזלים, אנרגיה וחומרים שיווי משקל, וכימיה אי-אורגנית מתקדמת.
דן ג'ניקובסקי הוא מנהל טכני ב-Plymouth Tube. במשך 35 שנים, הוא עוסק בפיתוח מתכות, ייצור ובדיקה של מוצרי צינור כולל סגסוגות נחושת, נירוסטה, סגסוגות ניקל, טיטניום ופלדת פחמן. לאחר שהיה ב-Plymouth Metro מאז 2005, מילא Janikowski בתפקידים בכירים שונים לפני שהפך ל-2010 מנהל טכני.