저자는 새로운 전력 프로젝트 사양을 여러 번 검토했으며, 플랜트 설계자는 일반적으로 응축기 및 보조 열 교환기 배관용으로 304 또는 316 스테인리스강을 선택합니다. 많은 사람들에게 스테인리스강이라는 용어는 무적의 부식을 불러일으키지만 사실 스테인리스강은 국부 부식에 취약하기 때문에 때때로 최악의 선택이 될 수 있습니다. 확대. 일부 응용 분야에서 300 시리즈 스테인리스강은 고장나기 전에 몇 달, 때로는 몇 주 동안만 생존합니다. 이 기사는 수처리 관점에서 콘덴서 튜브 재료를 선택할 때 최소한 고려해야 할 문제에 중점을 둡니다. 이 백서에서 논의되지 않았지만 재료 선택에서 역할을 하는 다른 요인에는 재료 강도, 열 전달 특성 및 기계적 힘에 대한 저항(피로 및 침식 부식 포함)이 포함됩니다.
강철에 12% 이상의 크롬을 추가하면 합금이 아래의 기본 금속을 보호하는 연속 산화층을 형성합니다. 따라서 스테인리스강이라는 용어가 사용됩니다. 다른 합금 재료(특히 니켈)가 없는 경우 탄소강은 페라이트 그룹의 일부이며 단위 셀은 체심 입방체(BCC) 구조를 가집니다.
니켈이 8% 이상의 농도로 합금 혼합물에 첨가되면 전지는 주변 온도에서도 오스테나이트라고 하는 FCC(face-centered cubic) 구조로 존재하게 됩니다.
표 1에서 볼 수 있듯이 300 시리즈 스테인리스강 및 기타 스테인리스강에는 오스테나이트 조직을 생성하는 니켈 함량이 있습니다.
오스테나이트계 강은 전력 보일러의 고온 과열기 및 재가열기 튜브용 재료를 포함하여 많은 응용 분야에서 매우 가치가 있는 것으로 입증되었습니다. 특히 300 시리즈는 증기 표면 응축기를 포함한 저온 열 교환기 튜브용 재료로 자주 사용됩니다. 그러나 이러한 응용 분야에서 많은 사람들이 잠재적인 고장 메커니즘을 간과하고 있습니다.
스테인리스 스틸, 특히 인기 있는 304 및 316 소재의 주요 문제점은 보호 산화물 층이 종종 냉각수의 불순물과 불순물 농축을 돕는 틈새 및 침전물에 의해 파괴된다는 것입니다. 또한 정지 상태에서 고인 물은 미생물 성장으로 이어질 수 있으며, 미생물의 대사 부산물은 금속에 큰 손상을 줄 수 있습니다.
일반적인 냉각수 불순물이자 경제적으로 제거하기 가장 어려운 것 중 하나는 염화물입니다. 이 이온은 증기 발생기에서 많은 문제를 일으킬 수 있지만 응축기 및 보조 열 교환기에서 가장 큰 어려움은 염화물이 충분한 농도로 침투하여 스테인리스강의 보호 산화물 층을 파괴하여 국부 부식, 즉 공식을 일으킬 수 있다는 것입니다.
피팅은 금속 손실이 거의 없이 벽 침투 및 장비 고장을 유발할 수 있기 때문에 가장 교활한 부식 형태 중 하나입니다.
염화물 농도는 304 및 316 스테인리스강에서 구멍 부식을 일으키기 위해 매우 높을 필요가 없으며 침전물이나 틈이 없는 깨끗한 표면의 경우 이제 권장되는 최대 염화물 농도는 다음과 같이 간주됩니다.
여러 가지 요인으로 인해 일반적으로 그리고 지역적으로 이러한 지침을 초과하는 염화물 농도가 쉽게 생성될 수 있습니다. 새로운 발전소에 대한 관류 냉각을 먼저 고려하는 것은 매우 드문 일이 되었습니다. 대부분은 냉각탑 또는 경우에 따라 공냉식 응축기(ACC)로 건설됩니다. 냉각탑이 있는 경우 화장품의 불순물 농도가 "순환"될 수 있습니다. 250 mg/l. 이것만으로도 일반적으로 304 SS를 배제해야 합니다. 또한 신규 및 기존 플랜트에서는 플랜트 재충전을 위해 담수를 ​​교체해야 할 필요성이 증가하고 있습니다. 일반적인 대안은 도시 폐수입니다. 표 2는 네 가지 담수 공급과 네 가지 폐수 공급의 분석을 비교합니다.
증가된 염화물 수준(및 냉각 시스템의 미생물 오염을 크게 증가시킬 수 있는 질소 및 인과 같은 기타 불순물)에 주의하십시오. 본질적으로 모든 회색 물의 경우 냉각탑의 모든 순환은 316 SS에서 권장하는 염화물 제한을 초과합니다.
앞의 논의는 일반적인 금속 표면의 부식 가능성을 기반으로 합니다. 균열과 퇴적물은 둘 다 불순물이 집중될 수 있는 장소를 제공하기 때문에 이야기를 극적으로 바꿉니다. 응축기 및 유사한 열교환기에서 기계적 균열의 일반적인 위치는 튜브-투-튜브 시트 접합부입니다. 튜브 내의 퇴적물은 퇴적물 경계에서 균열을 생성할 수 있으며 퇴적물 자체는 오염 장소 역할을 할 수 있습니다. 양극으로 표면.
위의 논의는 플랜트 설계자가 새 프로젝트를 위한 응축기 및 보조 열교환기 튜브 재료를 지정할 때 일반적으로 고려하지 않는 문제에 대해 간략하게 설명합니다. 304 및 316 SS에 대한 사고방식은 여전히 ​​그러한 조치의 결과를 고려하지 않고 "우리가 항상 해왔던 것"인 것처럼 보입니다. 현재 많은 플랜트가 직면하고 있는 더 가혹한 냉각수 조건을 처리하기 위해 대체 재료를 사용할 수 있습니다.
대체 금속에 대해 논의하기 전에 또 다른 사항을 간단히 언급해야 합니다. 많은 경우에 316 SS 또는 304 SS는 정상 작동 중에는 잘 작동했지만 정전 중에는 고장났습니다. 대부분의 경우 고장은 응축기 또는 열 교환기의 불량한 배수로 인해 튜브에 정체된 물이 발생합니다. 이러한 환경은 미생물 성장에 이상적인 조건을 제공합니다. 미생물 군집은 관형 금속을 직접 부식시키는 부식성 화합물을 생성합니다.
미생물 유도 부식(MIC)으로 알려진 이 메커니즘은 몇 주 내에 스테인리스 스틸 파이프 및 기타 금속을 파괴하는 것으로 알려져 있습니다. 열교환기를 배수할 수 없는 경우 주기적으로 열교환기를 통해 물을 순환시키고 공정 중에 살생물제를 추가하는 것을 심각하게 고려해야 합니다. 제39회 전력사업화학 심포지엄에서.)
위에서 강조한 가혹한 환경은 물론 기수나 해수와 같은 가혹한 환경의 경우 대체 금속을 사용하여 불순물을 방지할 수 있습니다. 상업적으로 순수한 티타늄, 6% 몰리브덴 오스테나이트계 스테인리스강 및 초페라이트계 스테인리스강의 세 가지 합금 그룹이 성공적인 것으로 입증되었습니다. 이 합금은 MIC 저항성도 있습니다. 티타늄은 부식에 매우 강한 것으로 간주되지만 육각형 밀집 결정 구조와 매우 낮은 탄성 계수로 인해 기계적 손상에 취약합니다. 이 합금은 새로운 설치에 가장 적합합니다. s는 강력한 튜브 지지 구조를 가지고 있습니다. 탁월한 대안은 슈퍼 페라이트계 스테인리스강 Sea-Cure®입니다. 이 재료의 구성은 아래와 같습니다.
이 강철은 크롬 함량이 높지만 니켈 함량이 낮아 오스테나이트계 스테인리스강이 아닌 페라이트계 스테인리스강입니다. 니켈 함량이 낮기 때문에 다른 합금보다 비용이 훨씬 저렴합니다.
이러한 금속의 향상된 특성은 이름에서 알 수 있듯이 다양한 금속의 공식 부식에 대한 저항성을 결정하는 데 사용되는 테스트 절차인 "공식 저항 등가 번호" 차트에 표시됩니다.
가장 일반적인 질문 중 하나는 "특정 등급의 스테인리스강이 견딜 수 있는 최대 염화물 함량은 얼마입니까?"입니다.답은 매우 다양합니다.요인에는 pH, 온도, 균열의 존재 및 유형, 활동적인 생물학적 종의 가능성이 포함됩니다.이 결정을 돕기 위해 그림 5의 오른쪽 축에 도구가 추가되었습니다.이 도구는 중성 pH, 많은 BOP 및 응축 응용 분야에서 일반적으로 발견되는 35°C 흐르는 물을 기반으로 합니다(퇴적물 형성 및 균열 형성 방지).특정 화학 조성을 가진 합금을 선택하면 PREn을 결정한 다음 적절한 슬래시와 교차할 수 있습니다.권장되는 최대 염화물 수준은 다음에 의해 결정될 수 있습니다. 오른쪽 축에 수평선을 그립니다. 일반적으로 기수 또는 해수 응용 분야에 합금을 고려하려면 G 48 테스트에서 측정한 CCT가 섭씨 25도 이상이어야 합니다.
Sea-Cure®로 대표되는 슈퍼 페라이트계 합금이 일반적으로 해수 응용 분야에도 적합하다는 것은 분명합니다. 이러한 재료에는 또 다른 이점이 있습니다. 망간 부식 문제는 오하이오 강을 따라 있는 공장을 포함하여 수년 동안 304 및 316 SS에서 관찰되었습니다. 최근에 미시시피 및 미주리 강을 따라 있는 공장의 열 교환기가 공격을 받았습니다. MnO2) 산화 살생물제와 반응하여 침전물 아래에서 염산을 생성합니다. HCl은 실제로 금속을 공격하는 것입니다.[WH Dickinson 및 RW Pick, "전력 산업의 망간 의존 부식";2002 NACE Annual Corrosion Conference, Denver, CO.에서 발표] 페라이트계 강은 이러한 부식 메커니즘에 저항력이 있습니다.
응축기 및 열교환기 튜브용 고급 재료 선택은 여전히 ​​적절한 수처리 화학 제어를 대체할 수 없습니다. 저자 Buecker가 이전 전력 공학 기사에서 설명한 것처럼 스케일링, 부식 및 오염 가능성을 최소화하려면 적절하게 설계되고 운영되는 화학 처리 프로그램이 필요합니다. 폴리머 화학은 냉각탑 시스템에서 부식 및 스케일링을 제어하기 위해 오래된 인산염/포스포네이트 화학에 대한 강력한 대안으로 부상하고 있습니다. 미생물 오염 제어는 중요한 문제였으며 앞으로도 계속될 것입니다. 염소를 사용한 산화 화학 , 표백제 또는 유사한 화합물은 미생물 제어의 초석이며, 보충 처리는 종종 처리 프로그램의 효율성을 향상시킬 수 있습니다. 그러한 예 중 하나는 안정화 화학으로, 유해한 화합물을 물에 도입하지 않고 염소 기반 산화 살생물제의 방출 속도와 효율성을 높이는 데 도움이 됩니다. 산업 전문가와 함께하는 것이 재료 및 화학적 절차 선택에 중요합니다. 이 기사의 대부분은 수처리 관점에서 작성되었으며 재료 결정에는 관여하지 않지만 장비가 가동되면 이러한 결정의 영향을 관리하도록 도와 달라는 요청을 받습니다. 재료 선택에 대한 최종 결정은 각 응용 분야에 지정된 여러 요인을 기반으로 공장 직원이 내려야 합니다.
저자 소개: Brad Buecker는 ChemTreat의 선임 기술 홍보 담당자입니다. 그는 증기 발생 화학, 수처리, 공기 품질 제어 및 City Water, Light & Power(일리노이주 스프링필드) 및 Kansas City Power & Light Company에서 전력 산업 분야에서 36년의 경험을 가지고 있거나 이와 관련되어 있습니다. 유체 역학, 에너지 및 재료 평형, 고급 무기 화학에 대한 추가 과정이 있는 owa 주립 대학교.
Dan Janikowski는 Plymouth Tube의 기술 관리자입니다. 35년 동안 금속 개발, 구리 합금, 스테인리스강, 니켈 합금, 티타늄 및 탄소강을 포함한 관형 제품의 제조 및 테스트에 참여했습니다. 2005년부터 Plymouth Metro에서 근무한 Janikowski는 2010년 기술 관리자가 되기 전에 다양한 고위 직책을 역임했습니다.