Autori znova a znova preskúmali nové špecifikácie energetického projektu, v ktorom konštruktéri závodu zvyčajne vyberajú nehrdzavejúcu oceľ 304 alebo 316 pre rúrky kondenzátora a pomocného výmenníka tepla. Pre mnohých výraz nehrdzavejúca oceľ vyvoláva auru neporaziteľnej korózie, hoci v skutočnosti môžu byť nehrdzavejúce ocele niekedy tou najhoršou voľbou, pretože sú náchylné na lokalizovanú koróziu. A v tejto dobe chladiacej veže s vysokou koncentráciou chladiacej vody je dostupnosť chladiacej vody znížená. Mechanizmy zlyhania nehrdzavejúcej ocele sú zväčšené. V niektorých aplikáciách nehrdzavejúca oceľ radu 300 prežije len mesiace, niekedy len týždne, kým zlyhá. Tento článok sa zameriava aspoň na otázky, ktoré by sa mali zvážiť pri výbere materiálov rúrky kondenzátora z hľadiska úpravy vody. Ďalšie faktory, o ktorých sa v tomto dokumente nehovorí, ale ktoré zohrávajú úlohu pri výbere materiálu, zahŕňajú pevnosť materiálu, vlastnosti prenosu tepla a odolnosť voči mechanickým silám vrátane únavy a eróznej korózie.
Pridanie 12 % alebo viac chrómu do ocele spôsobí, že zliatina vytvorí súvislú oxidovú vrstvu, ktorá chráni základný kov pod ňou. Preto sa používa termín nehrdzavejúca oceľ. V neprítomnosti iných legujúcich materiálov (najmä niklu) je uhlíková oceľ súčasťou feritovej skupiny a jej základná bunka má kubickú štruktúru so stredom tela (BCC).
Keď sa do zliatinovej zmesi pridá nikel v koncentrácii 8 % alebo vyššej, dokonca aj pri teplote okolia, článok bude existovať v plošne centrovanej kubickej (FCC) štruktúre nazývanej austenit.
Ako je uvedené v tabuľke 1, nehrdzavejúce ocele série 300 a iné nehrdzavejúce ocele majú obsah niklu, ktorý vytvára austenitickú štruktúru.
Austenitické ocele sa ukázali ako veľmi cenné v mnohých aplikáciách, vrátane ako materiál pre vysokoteplotné rúrky prehrievača a dohrievača v energetických kotloch. Najmä séria 300 sa často používa ako materiál pre rúrky nízkoteplotných výmenníkov tepla, vrátane parných povrchových kondenzátorov. Avšak práve v týchto aplikáciách mnohí prehliadajú potenciálne poruchové mechanizmy.
Hlavným problémom nehrdzavejúcej ocele, najmä populárnych materiálov 304 a 316, je to, že ochranná vrstva oxidu je často zničená nečistotami v chladiacej vode a štrbinami a usadeninami, ktoré pomáhajú koncentrovať nečistoty. Okrem toho v podmienkach odstávky môže stojaca voda viesť k rastu mikróbov, ktorých metabolické vedľajšie produkty môžu byť veľmi škodlivé pre kovy.
Bežnou nečistotou chladiacej vody a jednou z ekonomicky najťažšie odstrániteľných nečistôt je chlorid. Tento ión môže spôsobiť veľa problémov v parogenerátoroch, ale v kondenzátoroch a pomocných výmenníkoch tepla je hlavným problémom to, že chloridy v dostatočnej koncentrácii môžu preniknúť a zničiť ochrannú vrstvu oxidu na nehrdzavejúcej oceli, čo spôsobí lokálnu koróziu, tj jamkovú koróziu.
Jamková korózia je jednou z najzákernejších foriem korózie, pretože môže spôsobiť prenikanie stien a zlyhanie zariadenia s malými stratami kovu.
Koncentrácie chloridov nemusia byť veľmi vysoké, aby spôsobili jamkovú koróziu v nehrdzavejúcej oceli 304 a 316 a pre čisté povrchy bez akýchkoľvek usadenín alebo štrbín sa teraz za odporúčané maximálne koncentrácie chloridov považujú:
Niekoľko faktorov môže ľahko vytvoriť koncentrácie chloridov, ktoré prekračujú tieto smernice, a to ako vo všeobecnosti, tak aj v miestnych lokalitách. Stalo sa veľmi zriedkavými prvými úvahami o prietokovom chladení pre nové elektrárne. Väčšina z nich je postavená s chladiacimi vežami alebo v niektorých prípadoch vzduchom chladenými kondenzátormi (ACC). V prípade chladiacich veží môže koncentrácia nečistôt v kozmetike „cyklovať“. cirkulujúca voda je 250 mg/l. To samo osebe by malo vo všeobecnosti vylúčiť 304 SS. Okrem toho v nových a existujúcich zariadeniach narastá potreba nahradiť sladkú vodu na dobíjanie zariadení. Bežnou alternatívou sú komunálne odpadové vody. Tabuľka 2 porovnáva analýzu štyroch zdrojov sladkej vody so štyrmi zdrojmi odpadovej vody.
Dávajte pozor na zvýšenú hladinu chloridov (a iných nečistôt, ako je dusík a fosfor, ktoré môžu výrazne zvýšiť mikrobiálnu kontamináciu v chladiacich systémoch). V podstate pri všetkej sivej vode prekročí akákoľvek cirkulácia v chladiacej veži limit chloridov odporúčaný 316 SS.
Predchádzajúca diskusia je založená na koróznom potenciáli bežných kovových povrchov. Zlomeniny a sedimenty dramaticky menia príbeh, pretože obe poskytujú miesta, kde sa môžu koncentrovať nečistoty. Typické miesto pre mechanické trhliny v kondenzátoroch a podobných výmenníkoch tepla je na spojoch rúrka-rúrka. Sediment vo vnútri rúrky môže vytvárať trhliny na hranici sedimentu a samotná vrstva sedimentu môže slúžiť ako kontinuálna vrstva na kontamináciu nehrdzavejúcej ocele. vytvárajú miesta chudobné na kyslík, ktoré premenia zvyšný oceľový povrch na anódu.
Vyššie uvedená diskusia načrtáva problémy, ktoré konštruktéri elektrární zvyčajne neberú do úvahy pri špecifikovaní materiálov rúrok kondenzátora a pomocného výmenníka tepla pre nové projekty. Mentalita týkajúca sa 304 a 316 SS sa niekedy stále zdá byť „to, čo sme vždy robili“, bez toho, aby sme zvážili dôsledky takýchto akcií. Na zvládnutie tvrdších podmienok chladiacej vody, ktorým v súčasnosti čelí mnoho elektrární, sú dostupné alternatívne materiály.
Pred diskusiou o alternatívnych kovoch je potrebné stručne uviesť ďalší bod. V mnohých prípadoch 316 SS alebo dokonca 304 SS fungovali dobre počas normálnej prevádzky, ale zlyhali počas výpadku prúdu. Vo väčšine prípadov je porucha spôsobená zlým odtokom kondenzátora alebo výmenníka tepla, čo spôsobuje stagnáciu vody v trubiciach. Toto prostredie poskytuje ideálne podmienky pre rast mikroorganizmov, ktoré priamo produkujú tuberózne kovy.
Je známe, že tento mechanizmus, známy ako mikrobiálne vyvolaná korózia (MIC), zničí rúrky z nehrdzavejúcej ocele a iné kovy v priebehu týždňov. Ak sa výmenník tepla nedá vypustiť, je potrebné vážne zvážiť pravidelnú cirkuláciu vody cez výmenník tepla a pridávanie biocídu počas procesu. zaslané na 39. sympóziu elektrotechnickej chémie.)
V drsných prostrediach zdôraznených vyššie, ako aj v drsnejších prostrediach, ako je brakická voda alebo morská voda, možno na odvrátenie nečistôt použiť alternatívne kovy. Tri skupiny zliatin sa osvedčili, komerčne čistý titán, 6 % molybdénu austenitická nehrdzavejúca oceľ a superferitická nehrdzavejúca oceľ. Tieto zliatiny sú tiež odolné voči MIC. Aj keď je kryštálový titán s hexagonálnym modulom extrémne odolný voči korózii, jeho kryštálový kryštál sa považuje za veľmi odolný voči korózii náchylné na mechanické poškodenie.Táto zliatina sa najlepšie hodí pre nové inštalácie so silnými nosnými konštrukciami rúr. Vynikajúcou alternatívou je superferitická nehrdzavejúca oceľ Sea-Cure®. Zloženie tohto materiálu je uvedené nižšie.
Oceľ má vysoký obsah chrómu, ale nízky obsah niklu, takže ide skôr o feritickú nehrdzavejúcu oceľ než o austenitickú nehrdzavejúcu oceľ. Vďaka nízkemu obsahu niklu stojí oveľa menej ako iné zliatiny. Vysoká pevnosť a modul pružnosti Sea-Cure umožňujú tenšie steny ako iné materiály, čo vedie k zlepšenému prenosu tepla.
Vylepšené vlastnosti týchto kovov sú znázornené na tabuľke „Ekvivalentné číslo bodovej odolnosti“, čo je, ako už názov napovedá, skúšobný postup používaný na určenie odolnosti rôznych kovov voči bodovej korózii.
Jednou z najčastejších otázok je „Aký je maximálny obsah chloridov, ktorý môže konkrétna trieda nehrdzavejúcej ocele tolerovať?Odpovede sa značne líšia. Faktory zahŕňajú pH, teplotu, prítomnosť a typ zlomenín a potenciál pre aktívne biologické druhy. Na pravú os obrázku 5 bol pridaný nástroj, ktorý pomáha pri tomto rozhodovaní. Je založený na neutrálnom pH, 35°C tečúcej vode, ktorá sa bežne vyskytuje v mnohých BOP a kondenzačných aplikáciách (aby sa zabránilo tvorbe usadenín a tvorbe trhlín). Potom je možné vybrať zliatinu so špecifickým chemickým zložením a prepojiť ju s príslušným chemickým zložením. sa určí nakreslením vodorovnej čiary na pravej osi. Vo všeobecnosti, ak sa má zliatina zvažovať pre použitie v brakickej alebo morskej vode, musí mať CCT vyššiu ako 25 stupňov Celzia, merané testom G 48.
Je jasné, že superferitické zliatiny reprezentované Sea-Cure® sú vo všeobecnosti vhodné aj na aplikácie s morskou vodou. Je potrebné zdôrazniť ešte jednu výhodu týchto materiálov. Problémy s koróziou mangánu boli pozorované u 304 a 316 SS už mnoho rokov, vrátane závodov pozdĺž rieky Ohio. Nedávno výmenníky tepla v závodoch pozdĺž Mississippi a Missouri Rivers boli bežným problémom korózie systémov v riekach Welled River. identifikovaný ako oxid manganičitý (MnO2), ktorý reaguje s oxidačným biocídom za vzniku kyseliny chlorovodíkovej pod ložiskom. HCl je to, čo skutočne napáda kovy.[WH Dickinson a RW Pick, "Korózia závislá od mangánu v elektroenergetike";prezentované na výročnej konferencii o korózii NACE v roku 2002, Denver, CO.] Feritické ocele sú voči tomuto koróznemu mechanizmu odolné.
Výber kvalitnejších materiálov pre kondenzátory a rúrky výmenníka tepla stále nie je náhradou za správnu chemickú kontrolu pri úprave vody. Ako autor Buecker načrtol v predchádzajúcom článku o energetike, na minimalizáciu potenciálu tvorby vodného kameňa, korózie a znečistenia je potrebný správne navrhnutý a prevádzkovaný program chemickej úpravy. Polymérová chémia sa objavuje ako výkonná alternatíva k staršej chémii na báze fosforečnanu/mikrobiónu. Oxidačná chémia s chlórom, bielidlom alebo podobnými zlúčeninami je základným kameňom mikrobiálnej kontroly, doplnkové ošetrenia môžu často zlepšiť účinnosť liečebných programov. Jedným z takýchto príkladov je stabilizačná chémia, ktorá pomáha zvýšiť rýchlosť uvoľňovania a účinnosť oxidačných biocídov na báze chlóru bez vnášania akýchkoľvek škodlivých zlúčenín do vody. Okrem toho, doplnkové krmivo s neoxidačnými účinkami môže byť veľmi prospešné pre vývoj mikrobiálnych fungicídov a spoľahlivosť. výmenníkov tepla v elektrárňach, ale každý systém je iný, takže starostlivé plánovanie a konzultácie s odborníkmi z odvetvia sú dôležité pri výbere materiálov a chemických postupov. Veľká časť tohto článku je napísaná z hľadiska úpravy vody, nezúčastňujeme sa na rozhodovaní o materiáli, ale žiadajú nás, aby sme pomohli riadiť vplyv týchto rozhodnutí, keď je zariadenie v prevádzke. Konečné rozhodnutie o výbere materiálu musí urobiť personál závodu na základe množstva faktorov špecifikovaných pre každú aplikáciu.
O autorovi: Brad Buecker je Senior Technical Publicist v ChemTreat.Má 36 rokov skúseností v energetickom priemysle alebo je s ním spojený, veľkú časť z nich v oblasti výroby pary, úpravy vody, kontroly kvality ovzdušia av spoločnostiach City Water, Light & Power (Springfield, IL) a Kansas City Power & Light Company sídli na stanici La Cygne v dozornej stanici v Kansase ako chemická továreň v BS-Buste Water. ry z Iowskej štátnej univerzity s ďalšou kurzovou prácou v oblasti mechaniky tekutín, energie a rovnováhy materiálov a pokročilej anorganickej chémie.
Dan Janikowski je technickým manažérom v Plymouth Tube. Už 35 rokov sa podieľa na vývoji kovov, výrobe a testovaní rúrových produktov vrátane zliatin medi, nehrdzavejúcej ocele, zliatin niklu, titánu a uhlíkovej ocele. V Plymouth Metro pôsobí od roku 2005 a predtým, ako sa v roku 2010 stal technickým manažérom, zastával Janikowski rôzne vedúce pozície.