Autorii au revizuit din când în când noi specificații pentru proiecte de energie, în care proiectanții de instalații aleg de obicei oțel inoxidabil 304 sau 316 pentru conductele condensatoare și schimbătoare de căldură auxiliare. Pentru mulți, termenul de oțel inoxidabil evocă o aură de coroziune invincibilă, când, de fapt, oțelurile inoxidabile pot fi uneori cea mai proastă alegere, deoarece sunt susceptibile de a reduce disponibilitatea de apă proaspătă, în această eră, de reducere a apei de răcire și de răcire. turnurile care funcționează la cicluri de concentrație ridicată, mecanismele potențiale de defectare a oțelului inoxidabil sunt mărite. În unele aplicații, oțelul inoxidabil din seria 300 va supraviețui doar luni, uneori doar săptămâni, înainte de a eșua. .
Adăugarea a 12% sau mai mult crom în oțel face ca aliajul să formeze un strat de oxid continuu care protejează metalul de bază de dedesubt. De aici și termenul de oțel inoxidabil. În absența altor materiale de aliere (în special nichel), oțelul carbon face parte din grupul feritei, iar celula sa unitară are o structură cubică centrată pe corp (BCC).
Când se adaugă nichel în amestecul de aliaj la o concentrație de 8% sau mai mare, celula va exista într-o structură cubică centrată pe față (FCC) numită austenită, chiar și la temperatura ambiantă.
După cum se arată în Tabelul 1, oțelurile inoxidabile din seria 300 și alte oțeluri inoxidabile au un conținut de nichel care produce o structură austenitică.
Oțelurile austenitice s-au dovedit a fi foarte valoroase în multe aplicații, inclusiv ca material pentru supraîncălzirea și tuburile de reîncălzire la temperaturi înalte în cazanele electrice. Seria 300 în special este adesea folosită ca material pentru tuburile schimbătoare de căldură la temperatură joasă, inclusiv condensatoarele de suprafață cu abur.
Principala dificultate a oțelului inoxidabil, în special a materialelor populare 304 și 316, este că stratul protector de oxid este adesea distrus de impuritățile din apa de răcire și de crăpăturile și depunerile care ajută la concentrarea impurităților. În plus, în condiții de oprire, apa stătătoare poate duce la creșterea microbiană, ale căror subproduse metabolice pot fi foarte dăunătoare metalelor.
O impuritate obișnuită a apei de răcire, și una dintre cele mai greu de îndepărtat din punct de vedere economic, este clorura. Acest ion poate cauza multe probleme la generatoarele de abur, dar în condensatoare și schimbătoare de căldură auxiliare, principala dificultate este că clorurile în concentrații suficiente pot pătrunde și distruge stratul protector de oxid de pe oțel inoxidabil, provocând coroziune localizată, adică pitting.
Pitting este una dintre cele mai insidioase forme de coroziune, deoarece poate cauza pătrunderi în pereți și defecțiuni ale echipamentelor cu pierderi reduse de metal.
Concentrațiile de clorură nu trebuie să fie foarte mari pentru a provoca coroziune prin pitting în oțelul inoxidabil 304 și 316, iar pentru suprafețele curate, fără depuneri sau crăpături, concentrațiile maxime recomandate de clorură sunt acum considerate a fi:
Mai mulți factori pot produce cu ușurință concentrații de clorură care depășesc aceste recomandări, atât în ​​general, cât și în locații localizate. A devenit foarte rar să se ia în considerare mai întâi răcirea o singură dată pentru centralele electrice noi. Majoritatea sunt construite cu turnuri de răcire sau, în unele cazuri, condensatoare răcite cu aer (ACC). tes cu cinci cicluri de concentrare, iar conținutul de cloruri al apei circulante este de 250 mg/l. În general, aceasta ar trebui să excludă 304 SS. În plus, în instalațiile noi și existente, există o nevoie din ce în ce mai mare de a înlocui apa dulce pentru reîncărcarea instalației. O alternativă comună este apele uzate municipale.
Atenție la niveluri crescute de clorură (și alte impurități, cum ar fi azotul și fosforul, care pot crește considerabil contaminarea microbiană în sistemele de răcire). Pentru, în esență, toate apele gri, orice circulație în turnul de răcire va depăși limita de clorură recomandată de 316 SS.
Discuția anterioară se bazează pe potențialul de coroziune al suprafețelor metalice obișnuite. Fracturile și sedimentele schimbă dramatic povestea, deoarece ambele oferă locuri unde se pot concentra impuritățile. O locație tipică pentru fisurile mecanice în condensatoare și schimbătoare de căldură similare este la joncțiunile tub-to-foie. strat de oxid pentru protecție, depozitele pot forma locuri sărace în oxigen care transformă suprafața de oțel rămasă într-un anod.
Discuția de mai sus evidențiază problemele pe care proiectanții de instalații de obicei nu le iau în considerare atunci când specifică materialele pentru condensator și schimbător de căldură auxiliar pentru proiecte noi.
Înainte de a discuta despre metale alternative, trebuie menționat pe scurt un alt punct. În multe cazuri, un 316 SS sau chiar un 304 SS a funcționat bine în timpul funcționării normale, dar a eșuat în timpul unei pene de curent. În cele mai multe cazuri, defecțiunea se datorează drenajului slab al condensatorului sau al schimbătorului de căldură care provoacă stagnarea apei în tuburi. de metalul tubular.
Acest mecanism, cunoscut sub numele de coroziune indusă microbian (MIC), este cunoscut că distruge țevile din oțel inoxidabil și alte metale în câteva săptămâni. Dacă schimbătorul de căldură nu poate fi golit, ar trebui să se acorde o atenție serioasă circulației periodice a apei prin schimbătorul de căldură și adăugarea de biocid în timpul procesului. în Champaign, IL, prezentat la cel de-al 39-lea simpozion de chimie al utilităților electrice.)
Pentru mediile dure evidențiate mai sus, precum și mediile mai dure, cum ar fi apa salmară sau apa de mare, metale alternative pot fi utilizate pentru a îndepărta impuritățile. Trei grupuri de aliaje s-au dovedit de succes, titan pur comercial, oțel inoxidabil austenitic 6% molibden și oțel inoxidabil superferitic. Structura tală și modulul elastic extrem de scăzut îl fac susceptibil la deteriorări mecanice. Acest aliaj este cel mai potrivit pentru instalațiile noi cu structuri de susținere a tuburilor puternice. O alternativă excelentă este oțelul inoxidabil super feritic Sea-Cure®. Compoziția acestui material este prezentată mai jos.
Oțelul are un conținut ridicat de crom, dar sărac în nichel, deci este un oțel inoxidabil feritic mai degrabă decât un oțel inoxidabil austenitic. Datorită conținutului său scăzut de nichel, costă mult mai puțin decât alte aliaje. Rezistența mare și modulul elastic al Sea-Cure permit pereți mai subțiri decât alte materiale, ceea ce duce la un transfer de căldură îmbunătățit.
Proprietățile îmbunătățite ale acestor metale sunt prezentate în diagrama „Numărul echivalent al rezistenței la pitting”, care, după cum sugerează și numele, este o procedură de testare utilizată pentru a determina rezistența diferitelor metale la coroziune prin pitting.
Una dintre cele mai frecvente întrebări este „Care este conținutul maxim de clorură pe care îl poate tolera un anumit grad de oțel inoxidabil?”Răspunsurile variază foarte mult. Factorii includ pH-ul, temperatura, prezența și tipul de fracturi și potențialul de specii biologice active. A fost adăugat un instrument pe axa dreaptă din Figura 5 pentru a ajuta la această decizie. Se bazează pe pH neutru, apă curgătoare de 35°C întâlnită în mod obișnuit în multe aplicații BOP și de condensare (pentru a preveni formarea depunerilor și formarea fisurilor). .Nivelul maxim de clorură recomandat poate fi determinat apoi prin trasarea unei linii orizontale pe axa dreaptă. În general, dacă se ia în considerare un aliaj pentru aplicații salmastre sau cu apă de mare, acesta trebuie să aibă un CCT de peste 25 de grade Celsius, măsurat prin testul G 48.
Este clar că aliajele super feritice reprezentate de Sea-Cure® sunt în general potrivite pentru aplicații chiar și în apă de mare. Există un alt beneficiu al acestor materiale care trebuie subliniat. Problemele de coroziune a manganului au fost observate pentru 304 și 316 SS de mulți ani, inclusiv la fabricile de-a lungul râului Ohio. -up sisteme.Mecanismul de coroziune a fost identificat ca dioxid de mangan (MnO2) care reactioneaza cu un biocid oxidant pentru a genera acid clorhidric sub depozit.HCl este ceea ce ataca cu adevarat metalele.[WH Dickinson si RW Pick, "Manganese-Dependent Corrosion in the Electric Power Industry";prezentat la Conferința anuală de coroziune a NACE din 2002, Denver, CO.] Oțelurile feritice sunt rezistente la acest mecanism de coroziune.
Selectarea materialelor de calitate superioară pentru tuburile condensatoare și schimbătoare de căldură nu este încă un substitut pentru controlul chimic adecvat de tratare a apei. După cum autorul Buecker a subliniat într-un articol anterior de inginerie energetică, este necesar un program de tratament chimic proiectat și operat corespunzător pentru a minimiza potențialul de detartrare, coroziune și murdărire. contaminarea microbiană a fost și va continua să fie o problemă critică. În timp ce chimia oxidativă cu clor, înălbitor sau compuși similari este piatra de temelie a controlului microbian, tratamentele suplimentare pot deseori îmbunătăți eficiența programelor de tratament. Un astfel de exemplu este chimia de stabilizare, care ajută la creșterea ratei de eliberare și a eficienței biocidelor oxidante pe bază de clor, fără a introduce substanțe oxidante în hrana neoxidantă. În controlul dezvoltării microbiene. Rezultatul este că există multe modalități de îmbunătățire a durabilității și fiabilității schimbătoarelor de căldură din centralele electrice, dar fiecare sistem este diferit, astfel încât planificarea atentă și consultarea experților din industrie este importantă pentru alegerea materialelor și a procedurilor chimice. O mare parte din acest articol este scris din perspectiva tratarii apei, nu suntem implicați în deciziile materiale, dar suntem rugați să ajutăm la gestionarea impactului echipamentului și a factorilor de exploatare în funcție de numărul de personal. specificat pentru fiecare aplicație.
Despre autor: Brad Buecker este un publicist tehnic senior la ChemTreat. Are 36 de ani de experiență în sau afiliat cu industria energetică, o mare parte din ea în chimie de generare a aburului, tratarea apei, controlul calității aerului și la City Water, Light & Power (Springfield, IL) și Kansas City Power & Light Company este situată la La Cygne Station, Kansas. Licență în chimie de la Universitatea de Stat din Iowa, cu cursuri suplimentare de mecanică a fluidelor, echilibru energetic și materiale și chimie anorganică avansată.
Dan Janikowski este Director Tehnic la Plymouth Tube. Timp de 35 de ani, a fost implicat în dezvoltarea metalelor, fabricarea și testarea produselor tubulare, inclusiv aliaje de cupru, oțel inoxidabil, aliaje de nichel, titan și oțel carbon. După ce a fost la Plymouth Metro din 2005, Janikowski a deținut diverse funcții de conducere înainte de a deveni Director Tehnic în 2010.