Forfatterne har gjennomgått nye kraftprosjektspesifikasjoner gang på gang, der anleggsdesignere vanligvis velger 304 eller 316 rustfritt stål for kondensator og hjelpevarmevekslerrør. For mange fremkaller begrepet rustfritt stål en aura av uovervinnelig korrosjon, mens faktisk rustfritt stål noen ganger kan være det verste valget fordi de er egnet for lokalt korrosjonsvann og redusert tilgjengelighet for ferskvann. sminke, kombinert med kjøletårn som opererer ved høye konsentrasjonssykluser, forstørres potensielle bruddmekanismer i rustfritt stål. I noen applikasjoner vil 300-serien rustfritt stål bare overleve i måneder, noen ganger bare uker, før det svikter. Denne artikkelen fokuserer på i det minste problemene som bør vurderes ved valg av kondensatorrørmaterialer fra et vannbehandlingsperspektiv, men som inkluderer en rolle i papirvalg og varmeoverføring, men som inkluderer en rolle i papirvalg og varmeoverføring. kale krefter, inkludert tretthet og erosjonskorrosjon.
Tilsetning av 12 % eller mer krom til stål får legeringen til å danne et kontinuerlig oksidlag som beskytter grunnmetallet under.Derav begrepet rustfritt stål.I fravær av andre legeringsmaterialer (spesielt nikkel), er karbonstål en del av ferrittgruppen, og enhetscellen har en kroppssentrert kubikkstruktur (BCC).
Når nikkel tilsettes legeringsblandingen i en konsentrasjon på 8 % eller høyere, vil cellen eksistere i en ansiktssentrert kubisk (FCC) struktur kalt austenitt, selv ved omgivelsestemperatur.
Som vist i tabell 1 har 300-serien rustfritt stål og andre rustfrie stål et nikkelinnhold som gir en austenittisk struktur.
Austenittiske stål har vist seg å være svært verdifulle i mange bruksområder, inkludert som materiale for høytemperaturoverheter og ettervarmerør i kraftkjeler. Spesielt 300-serien brukes ofte som materiale for lavtemperaturvarmevekslerrør, inkludert dampoverflatekondensatorer. Det er imidlertid i disse bruksområdene mange overser potensielle feilmekanismer.
Den største vanskeligheten med rustfritt stål, spesielt de populære 304- og 316-materialene, er at det beskyttende oksidlaget ofte blir ødelagt av urenheter i kjølevannet og av sprekker og avleiringer som hjelper til med å konsentrere urenheter. I tillegg kan stillestående vann føre til mikrobiell vekst, hvis metabolske biprodukter kan være svært skadelige for metaller.
En vanlig kjølevannsurenhet, og en av de vanskeligste å fjerne økonomisk, er klorid. Dette ionet kan forårsake mange problemer i dampgeneratorer, men i kondensatorer og hjelpevarmevekslere er hovedvanskeligheten at klorider i tilstrekkelige konsentrasjoner kan trenge inn og ødelegge det beskyttende oksidlaget på rustfritt stål, og forårsake lokalisert pittingkorrosjon.
Pitting er en av de mest lumske formene for korrosjon fordi det kan forårsake vegggjennomføringer og utstyrssvikt med lite metalltap.
Kloridkonsentrasjoner trenger ikke å være veldig høye for å forårsake gropkorrosjon i 304 og 316 rustfritt stål, og for rene overflater uten avleiringer eller sprekker anses de anbefalte maksimale kloridkonsentrasjonene nå å være:
Flere faktorer kan lett gi kloridkonsentrasjoner som overskrider disse retningslinjene, både generelt og på lokaliserte steder. Det har blitt svært sjelden å først vurdere engangskjøling for nye kraftverk. De fleste er bygget med kjøletårn, eller i noen tilfeller luftkjølte kondensatorer (ACC). For de med kjøletårn kan konsentrasjonen av urenheter i kosmetikk for eksempel "fylle opp en kloridkonsentrasjon med a mg/0l." med fem konsentrasjonssykluser, og kloridinnholdet i det sirkulerende vannet er 250 mg/l. Dette alene bør generelt utelukke 304 SS. I tillegg er det i nye og eksisterende anlegg et økende behov for å erstatte ferskvann for anleggsfylling. Et vanlig alternativ er kommunalt avløpsvann. Tabell 2 sammenligner analysen av de fire ferskvannsforsyningene med de fire var.
Se opp for økte kloridnivåer (og andre urenheter, som nitrogen og fosfor, som kan øke mikrobiell forurensning i kjølesystemer betraktelig). For stort sett alt gråvann vil enhver sirkulasjon i kjøletårnet overskride kloridgrensen anbefalt av 316 SS.
Den foregående diskusjonen er basert på korrosjonspotensialet til vanlige metalloverflater. Brudd og sedimenter endrer historien dramatisk, ettersom begge gir steder hvor urenheter kan konsentreres. Et typisk sted for mekaniske sprekker i kondensatorer og lignende varmevekslere er ved rør-til-rør-ark-kryss. Sediment i røret kan skape sprekker i selve sedimentet, og kan tjene som sediment for sedimentet, og kan tjene som sediment. mer, fordi rustfritt stål er avhengig av et kontinuerlig oksidlag for beskyttelse, kan avsetningene danne oksygenfattige steder som gjør den gjenværende ståloverflaten til en anode.
Diskusjonen ovenfor skisserer problemer som anleggsdesignere vanligvis ikke tar i betraktning når de spesifiserer kondensator- og hjelpevarmevekslerrørmateriale for nye prosjekter. Mentaliteten angående 304 og 316 SS ser noen ganger fortsatt ut til å være "det er det vi alltid har gjort" uten å vurdere konsekvensene av slike handlinger. Alternative materialer er tilgjengelige for å håndtere de tøffere kjøleforholdene i mange anlegg.
Før vi diskuterer alternative metaller, må et annet poeng kort nevnes. I mange tilfeller fungerte en 316 SS eller til og med en 304 SS godt under normal drift, men sviktet under et strømbrudd. I de fleste tilfeller skyldes feilen dårlig drenering av kondensatoren eller varmeveksleren som forårsaker stillestående vann i rørene. Dette miljøet gir ideelle forhold for vekst av direkte mikroorganismer som produserer mikroorganismer i korroorganismer. metall.
Denne mekanismen, kjent som mikrobielt indusert korrosjon (MIC), er kjent for å ødelegge rustfrie stålrør og andre metaller i løpet av uker. Hvis varmeveksleren ikke kan tømmes, bør det vurderes seriøst å periodisk sirkulere vann gjennom varmeveksleren og tilsette biocid under prosessen.(For flere detaljer om riktige oppleggsprosedyrer, se D. Janikering-utveksler, Considery Up Exchange, Considery BOP 4. 6, 2019 i Champaign, IL Presentert på det 39. Electric Utility Chemistry Symposium.)
For de tøffe miljøene som er fremhevet ovenfor, så vel som tøffere miljøer som brakkvann eller sjøvann, kan alternative metaller brukes for å avverge urenheter. Tre legeringsgrupper har vist seg vellykkede, kommersielt rent titan, 6 % molybden austenittisk rustfritt stål og superferritisk rustfritt stål. Disse legeringene er også motstandsdyktige mot titan, som er svært motstandsdyktige mot MIC. al tettpakket krystallstruktur og ekstremt lav elastisitetsmodul gjør den utsatt for mekanisk skade. Denne legeringen er best egnet for nye installasjoner med sterke rørstøttestrukturer. Et utmerket alternativ er det superferritiske rustfrie stålet Sea-Cure®. Sammensetningen av dette materialet er vist nedenfor.
Stålet er høyt i krom, men lite nikkel, så det er et ferritisk rustfritt stål i stedet for et austenittisk rustfritt stål. På grunn av det lave nikkelinnholdet koster det mye mindre enn andre legeringer. Sea-Cures høye styrke og elastisitetsmodul tillater tynnere vegger enn andre materialer, noe som resulterer i forbedret varmeoverføring.
De forbedrede egenskapene til disse metallene er vist på diagrammet "Pitting Resistance Equivalent Number", som, som navnet antyder, er en testprosedyre som brukes til å bestemme motstanden til forskjellige metaller mot gropkorrosjon.
Et av de vanligste spørsmålene er "Hva er det maksimale kloridinnholdet som en bestemt type rustfritt stål kan tolerere?"Svarene varierer mye. Faktorer inkluderer pH, temperatur, tilstedeværelse og type brudd, og potensialet for aktive biologiske arter.Et verktøy er lagt til på høyre akse i figur 5 for å hjelpe med denne avgjørelsen. Det er basert på nøytral pH, 35°C rennende vann som vanligvis finnes i mange BOP- og kondenseringsapplikasjoner (for å forhindre avleiring og sprekkdannelser kan velges med en spesifikk kjemisk sammensetning, og deretter kan alle kjemiske sammensetninger velges med PR). passende skråstrek. Det anbefalte maksimale kloridnivået kan deretter bestemmes ved å tegne en horisontal linje på høyre akse. Generelt, hvis en legering skal vurderes for brakk- eller sjøvannsapplikasjoner, må den ha en CCT over 25 grader Celsius som målt ved G 48-testen.
Det er tydelig at de superferritiske legeringene representert av Sea-Cure® generelt er egnet for jevn sjøvannsapplikasjoner. Det er en annen fordel med disse materialene som må understrekes. Mangankorrosjonsproblemer har blitt observert for 304 og 316 SS i mange år, inkludert ved anlegg langs elven Ohio. Nylig har varmevekslere ved anlegg langs elven Mississi vært et problem med korrosjon i Mississi. opp systemer. Korrosjonsmekanismen har blitt identifisert som mangandioksid (MnO2) som reagerer med et oksiderende biocid for å generere saltsyre under forekomsten. HCl er det som virkelig angriper metaller.[WH Dickinson og RW Pick, "Manganese-Dependent Corrosion in the Electric Power Industry";presentert på NACE Annual Corrosion Conference 2002, Denver, CO.] Ferritisk stål er motstandsdyktig mot denne korrosjonsmekanismen.
Å velge materialer av høyere kvalitet for kondensator- og varmevekslerrør er fortsatt ingen erstatning for riktig kjemikontroll for vannbehandling. Som forfatter Buecker har skissert i en tidligere kraftteknisk artikkel, er et riktig utformet og drevet kjemisk behandlingsprogram nødvendig for å minimere potensialet for avleiring, korrosjon og begroing. Polymerkjemi dukker opp som et kraftig alternativ til phoerrophosphoscalist-kontroll Kontroll av mikrobiell forurensning har vært og vil fortsette å være et kritisk problem. Selv om oksidativ kjemi med klor, blekemiddel eller lignende forbindelser er hjørnesteinen i mikrobiell kontroll, kan supplerende behandlinger ofte forbedre effektiviteten til behandlingsprogrammer. Et slikt eksempel er stabiliseringskjemi, som bidrar til å øke frigjøringshastigheten og effektiviteten til de biologiske oksiderende stoffene uten skadelige karbonoksider i vann. tilleggsfôr med ikke-oksiderende soppdrepende midler kan i tillegg være svært gunstig for å kontrollere mikrobiell utvikling. Resultatet er at det er mange måter å forbedre bærekraften og påliteligheten til kraftverks varmevekslere på, men hvert system er forskjellig, så nøye planlegging og konsultasjon med bransjeeksperter er viktig for valg av materialer og kjemiske prosedyrer. Mye av denne artikkelen er skrevet ut fra et vannbehandlingsperspektiv, men ikke beslutningen om innvirkningen av utstyret, men vi er ikke hjelp til beslutningen, kjøring. Den endelige beslutningen om materialvalg må tas av anleggspersonell basert på en rekke faktorer spesifisert for hver søknad.
Om forfatteren: Brad Buecker er en senior teknisk publisist ved ChemTreat. Han har 36 års erfaring i eller tilknyttet kraftindustrien, mye av det innen dampgenereringskjemi, vannbehandling, luftkvalitetskontroll og i City Water, Light & Power (Springfield, IL) og Kansas City Power & Light Company er lokalisert på La Cygne Station, Kansas, og har også tilbrakt to år som supervannstasjon i Kansas. har en BS i kjemi fra Iowa State University med tilleggskurs i fluidmekanikk, energi- og materiallikevekt og avansert uorganisk kjemi.
Dan Janikowski er teknisk sjef i Plymouth Tube. I 35 år har han vært involvert i utviklingen av metaller, produksjon og testing av rørformede produkter, inkludert kobberlegeringer, rustfritt stål, nikkellegeringer, titan og karbonstål. Etter å ha vært i Plymouth Metro siden 2005, hadde Janikowski forskjellige seniorstillinger før han ble 2010 teknisk sjef.