Avtorji so znova in znova pregledali nove specifikacije energetskih projektov, v katerih načrtovalci obratov običajno izberejo nerjavno jeklo 304 ali 316 za cevi kondenzatorja in pomožnega toplotnega izmenjevalnika. Za mnoge izraz nerjavno jeklo pričara avro nepremagljive korozije, medtem ko so v resnici nerjavna jekla lahko včasih najslabša izbira, ker so dovzetna za lokalno korozijo. In v tem obdobju zmanjšane razpoložljivosti sveže vode za dopolnjevanje hladilne vode, skupaj s hladilnimi stolpi, ki delujejo pri visokih koncentracijskih ciklih, se potencialni mehanizmi za odpoved nerjavečega jekla povečajo. V nekaterih aplikacijah bo nerjaveče jeklo serije 300 preživelo le mesece, včasih le tedne, preden odpove. Ta članek se osredotoča vsaj na vprašanja, ki jih je treba upoštevati pri izbiri materialov za kondenzatorske cevi z vidika čiščenja vode. Drugi dejavniki, ki niso obravnavani v tem dokumentu, vendar igrajo vlogo pri izbiri materiala, vključujejo trdnost materiala, lastnosti prenosa toplote, in odpornost na mehanske sile, vključno z utrujenostjo in erozijsko korozijo.
Dodajanje 12 % ali več kroma jeklu povzroči, da zlitina tvori neprekinjeno oksidno plast, ki ščiti osnovno kovino pod seboj. Od tod izraz nerjavno jeklo. V odsotnosti drugih legirnih materialov (zlasti niklja) je ogljikovo jeklo del feritne skupine, njegova enotska celica pa ima kubično strukturo s središčem telesa (BCC).
Ko mešanici zlitin dodamo nikelj v koncentraciji 8 % ali več, bo celica celo pri sobni temperaturi obstajala v ploskovno centrirani kubični (FCC) strukturi, imenovani avstenit.
Kot je prikazano v tabeli 1, imajo nerjavna jekla serije 300 in druga nerjavna jekla vsebnost niklja, ki ustvarja avstenitno strukturo.
Avstenitna jekla so se izkazala za zelo dragocena v številnih aplikacijah, vključno kot material za visokotemperaturne cevi pregrevalnikov in ponovnih grelnikov v električnih kotlih. Zlasti serija 300 se pogosto uporablja kot material za cevi nizkotemperaturnih toplotnih izmenjevalnikov, vključno s površinskimi kondenzatorji pare. Vendar pa prav pri teh aplikacijah mnogi spregledajo morebitne mehanizme okvar.
Glavna težava z nerjavnim jeklom, zlasti priljubljenimi materiali 304 in 316, je, da zaščitno oksidno plast pogosto uničijo nečistoče v hladilni vodi ter razpoke in usedline, ki pomagajo koncentrirati nečistoče. Poleg tega lahko stoječa voda v pogojih zaustavitve povzroči rast mikrobov, katerih presnovni stranski produkti so lahko zelo škodljivi za kovine.
Običajna nečistoča v hladilni vodi, ki jo je najtežje ekonomično odstraniti, je klorid. Ta ion lahko povzroči številne težave v generatorjih pare, vendar je v kondenzatorjih in pomožnih toplotnih izmenjevalnikih glavna težava, da lahko kloridi v zadostnih koncentracijah prodrejo in uničijo zaščitno oksidno plast na nerjavnem jeklu, kar povzroči lokalno korozijo, tj.
Jamična korozija je ena najbolj zahrbtnih oblik korozije, saj lahko povzroči predrtje sten in okvaro opreme z malo izgube kovine.
Ni treba, da so koncentracije klorida zelo visoke, da povzročijo luknjičasto korozijo v nerjavnem jeklu 304 in 316, za čiste površine brez usedlin ali razpok pa se zdaj šteje, da so priporočene največje koncentracije klorida:
Več dejavnikov lahko zlahka povzroči koncentracije klorida, ki presegajo te smernice, tako na splošno kot na lokalnih lokacijah. Postalo je zelo redko, da se najprej razmisli o enkratnem hlajenju za nove elektrarne. Večina je zgrajena s hladilnimi stolpi ali v nekaterih primerih z zračno hlajenimi kondenzatorji (ACC). Pri tistih s hladilnimi stolpi se lahko koncentracija nečistoč v kozmetiki "ciklično dvigne". Na primer, kolona s koncentracijo klorida v dopolnilni vodi 50 mg. /l deluje s petimi koncentracijskimi cikli, vsebnost klorida v krožeči vodi pa je 250 mg/l. Samo to bi moralo na splošno izključiti 304 SS. Poleg tega je v novih in obstoječih obratih vedno večja potreba po zamenjavi sveže vode za ponovno polnjenje obratov. Pogosta alternativa je komunalna odpadna voda. Tabela 2 primerja analizo štirih zalog sladke vode s štirimi zalogami odpadne vode.
Pazite na povišane ravni klorida (in drugih nečistoč, kot sta dušik in fosfor, ki lahko močno povečajo kontaminacijo mikrobov v hladilnih sistemih). V bistvu za vso sivo vodo bo vsako kroženje v hladilnem stolpu preseglo mejo klorida, ki jo priporoča 316 SS.
Prejšnja razprava temelji na korozijskem potencialu običajnih kovinskih površin. Lomi in usedline močno spremenijo zgodbo, saj oboje zagotavlja mesta, kjer se lahko koncentrirajo nečistoče. Tipična lokacija za mehanske razpoke v kondenzatorjih in podobnih toplotnih izmenjevalnikih je na stičiščih med cevmi in cevmi. Usedlina v cevi lahko povzroči razpoke na meji usedline, sama usedlina pa lahko služi kot mesto za kontaminacijo. Poleg tega, ker Nerjaveče jeklo se za zaščito opira na neprekinjeno plast oksida, usedline lahko tvorijo mesta, revna s kisikom, ki preostalo jekleno površino spremenijo v anodo.
Zgornja razprava opisuje težave, ki jih načrtovalci obratov običajno ne upoštevajo, ko določajo materiale cevi kondenzatorja in pomožnega toplotnega izmenjevalnika za nove projekte. Miselnost v zvezi z 304 in 316 SS se včasih še vedno zdi, da je "to smo vedno počeli", ne da bi upoštevali posledice takšnih dejanj. Na voljo so alternativni materiali za obvladovanje težjih pogojev hladilne vode, s katerimi se zdaj sooča veliko obratov.
Pred razpravo o alternativnih kovinah je treba na kratko povedati še eno točko. V mnogih primerih je 316 SS ali celo 304 SS dobro delovala med normalnim delovanjem, vendar je odpovedala med izpadom električne energije. V večini primerov je okvara posledica slabe drenaže kondenzatorja ali toplotnega izmenjevalnika, ki povzroča stoječo vodo v ceveh. To okolje zagotavlja idealne pogoje za rast mikroorganizmov. Mikrobne kolonije proizvajajo jedke spojine, ki neposredno korodirajo. cevasta kovina.
Znano je, da ta mehanizem, znan kot mikrobno povzročena korozija (MIC), uniči cevi iz nerjavečega jekla in druge kovine v nekaj tednih. Če toplotnega izmenjevalnika ni mogoče izprazniti, je treba resno razmisliti o občasnem kroženju vode skozi toplotni izmenjevalnik in dodajanju biocida med postopkom. (Za več podrobnosti o ustreznih postopkih polaganja glejte D. Janikowski, "Layering Up Condenser and BOP Exchangers – Considerations"; potekalo 4. junija - 6. 2019 v Champaignu, IL Predstavljeno na 39th Electric Utility Chemistry Symposium.)
Za zgoraj poudarjena težka okolja, kot tudi za težja okolja, kot sta somornica ali morska voda, se lahko za zaščito pred nečistočami uporabijo alternativne kovine. Tri skupine zlitin so se izkazale za uspešne, komercialno čisti titan, 6-odstotno molibdenovo avstenitno nerjavno jeklo in superferitno nerjavno jeklo. Te zlitine so tudi odporne na MIC. Čeprav titan velja za zelo odpornega proti koroziji, heksagonalna tesno zapakirana kristalna struktura in izredno nizek elastični modul sta dovzetna za mehanske poškodbe. Ta zlitina je najbolj primerna za nove instalacije z močnimi nosilnimi strukturami cevi. Odlična alternativa je super feritno nerjavno jeklo Sea-Cure®. Sestava tega materiala je prikazana spodaj.
Jeklo vsebuje veliko kroma, vendar malo niklja, zato je feritno nerjavno jeklo in ne avstenitno nerjavno jeklo. Zaradi nizke vsebnosti niklja stane veliko manj kot druge zlitine. Visoka trdnost in modul elastičnosti Sea-Cure omogočata tanjše stene kot drugi materiali, kar ima za posledico izboljšan prenos toplote.
Izboljšane lastnosti teh kovin so prikazane na tabeli »Ekvivalentno število odpornosti proti luknjičasti koroziji«, ki je, kot že ime pove, preskusni postopek, ki se uporablja za določanje odpornosti različnih kovin proti luknjičasti koroziji.
Eno najpogostejših vprašanj je "Kakšna je največja vsebnost klorida, ki jo lahko prenese določena vrsta nerjavečega jekla?"Odgovori se zelo razlikujejo. Dejavniki vključujejo pH, temperaturo, prisotnost in vrsto zlomov ter možnost aktivnih bioloških vrst. Na desni osi slike 5 je bilo dodano orodje za pomoč pri tej odločitvi. Temelji na nevtralnem pH, 35 °C tekoči vodi, ki jo običajno najdemo v številnih BOP in kondenzacijskih aplikacijah (za preprečevanje nastajanja usedlin in nastajanja razpok). Ko je izbrana zlitina s specifično kemično sestavo, je mogoče določiti PREn in ga nato presekati z ustrezna poševnica. Priporočeno najvišjo raven klorida lahko nato določite z risanjem vodoravne črte na desni osi. Na splošno mora imeti zlitina CCT nad 25 stopinj Celzija, kot je izmerjeno s testom G 48, če se upošteva uporaba v somornici ali morski vodi.
Jasno je, da so super feritne zlitine, ki jih predstavlja Sea-Cure®, na splošno primerne tudi za uporabo v morski vodi. Obstaja še ena prednost teh materialov, ki jo je treba poudariti. Težave z manganovo korozijo so bile opažene pri 304 in 316 SS že več let, tudi v obratih ob reki Ohio. Pred kratkim so bili napadeni toplotni izmenjevalniki v obratih ob rekah Mississippi in Missouri. Manganova korozija je prav tako pogosta težava v vodnjakih sistemi za dopolnjevanje vode. Mehanizem korozije je bil identificiran kot manganov dioksid (MnO2), ki reagira z oksidacijskim biocidom, da nastane klorovodikova kislina pod usedlino. HCl je tisto, kar resnično napada kovine.[WH Dickinson in RW Pick, "Manganese-Dependent Corrosion in the Electric Power Industry";predstavljeno na letni konferenci NACE o koroziji 2002, Denver, CO.] Feritna jekla so odporna na ta korozijski mehanizem.
Izbira materialov višjega razreda za cevi kondenzatorja in toplotnega izmenjevalnika še vedno ni nadomestilo za ustrezno kemijsko kontrolo obdelave vode. Kot je avtor Buecker opisal v prejšnjem članku o elektroenergetiki, je pravilno zasnovan in upravljan program kemične obdelave potreben za zmanjšanje možnosti za nabiranje vodnega kamna, korozijo in obraščanje. Polimerna kemija se pojavlja kot močna alternativa starejši fosfatni/fosfonatni kemiji za nadzor korozije in nabiranja vodnega kamna. v sistemih hladilnih stolpov. Nadzor mikrobne kontaminacije je bil in bo še naprej kritično vprašanje. Medtem ko je oksidativna kemija s klorom, belilom ali podobnimi spojinami temelj mikrobnega nadzora, lahko dodatna obdelava pogosto izboljša učinkovitost programov obdelave. En tak primer je stabilizacijska kemija, ki pomaga povečati stopnjo sproščanja in učinkovitost oksidacijskih biocidov na osnovi klora brez vnosa kakršnih koli škodljivih spojin v vodo. Poleg tega , je lahko dopolnilna krma z neoksidirajočimi fungicidi zelo koristna pri obvladovanju razvoja mikrobov. Rezultat tega je, da obstaja veliko načinov za izboljšanje trajnosti in zanesljivosti izmenjevalnikov toplote v elektrarnah, vendar je vsak sistem drugačen, zato je skrbno načrtovanje in posvetovanje s strokovnjaki iz industrije pomembno za izbiro materialov in kemičnih postopkov. Velik del tega članka je napisan z vidika čiščenja vode, nismo vključeni v materialne odločitve, vendar smo pozvani, da enkrat pomagamo pri obvladovanju vpliva teh odločitev. oprema je pripravljena in deluje. Končno odločitev o izbiri materiala mora sprejeti osebje obrata na podlagi številnih dejavnikov, določenih za vsako aplikacijo.
O avtorju: Brad Buecker je višji tehnični publicist pri ChemTreat. Ima 36 let izkušenj v energetski industriji ali je povezan z njo, večinoma v kemiji za proizvodnjo pare, obdelavi vode, nadzoru kakovosti zraka in pri City Water, Light & Power (Springfield, IL), podjetje Kansas City Power & Light pa se nahaja na postaji La Cygne v Kansasu. Dve leti je bil tudi vršilec dolžnosti nadzornika vode/odpadne vode v kemičnem podjetju plant.Buecker je diplomiral iz kemije na državni univerzi Iowa z dodatnim delom na področju mehanike tekočin, ravnovesja energije in materialov ter napredne anorganske kemije.
Dan Janikowski je tehnični vodja pri Plymouth Tube. Že 35 let sodeluje pri razvoju kovin, proizvodnji in testiranju cevnih izdelkov, vključno z bakrovimi zlitinami, nerjavnim jeklom, nikljevimi zlitinami, titanom in ogljikovim jeklom. Janikowski je bil pri Plymouth Metro od leta 2005 in je zasedal različne visoke položaje, preden je leta 2010 postal tehnični direktor.