POWERGEN International Call for Content är nu öppen! Vi söker talare från allmännyttiga och kraftgenererande industrier. Ämnen inkluderar konventionell och förnybar kraftgenerering, digital transformation av kraftverk, energilagring, mikronät, anläggningsoptimering, kraft på plats och mer.
Författarna har granskat nya kraftprojektspecifikationer gång på gång, där anläggningsdesigners vanligtvis väljer 304 eller 316 rostfritt stål för kondensor och extra värmeväxlarrör. För många frammanar termen rostfritt stål en aura av oövervinnerlig korrosion, när i själva verket kan rostfritt stål ibland vara det sämsta valet för att de är sämsta i förhållande till färskvatten och reducerad tillgång på färskvatten. make-up, i kombination med kyltorn som arbetar vid höga koncentrationscykler, förstoras potentiella felmekanismer av rostfritt stål. I vissa applikationer kommer 300-seriens rostfria stål bara att överleva i månader, ibland bara veckor, innan de misslyckas. Den här artikeln fokuserar på åtminstone de frågor som bör beaktas när man väljer kondensorrörsmaterial ur ett vattenbehandlingsperspektiv, men som diskuterar en roll i pappersvalet för hållfasthet, men som inte inkluderar en roll för hållfasthet och överföring av papper i detta material. kala krafter, inklusive utmattning och erosionskorrosion.
Tillsats av 12 % eller mer krom till stål gör att legeringen bildar ett kontinuerligt oxidskikt som skyddar basmetallen under. Därav termen rostfritt stål. I avsaknad av andra legeringsmaterial (särskilt nickel), är kolstål en del av ferritgruppen, och dess enhetscell har en kroppscentrerad kubisk (BCC) struktur.
När nickel tillsätts till legeringsblandningen i en koncentration av 8 % eller högre, även vid omgivningstemperatur, kommer cellen att existera i en ansiktscentrerad kubisk (FCC) struktur som kallas austenit.
Som visas i tabell 1 har 300-seriens rostfria stål och andra rostfria stål en nickelhalt som ger en austenitisk struktur.
Austenitiska stål har visat sig vara mycket värdefulla i många applikationer, inklusive som material för högtemperaturöverhettare och eftervärmarrör i kraftpannor. Särskilt 300-serien används ofta som material för lågtemperaturvärmeväxlarrör, inklusive ångytkondensatorer. Det är dock i dessa applikationer som många förbiser potentiella felmekanismer.
Den största svårigheten med rostfritt stål, särskilt de populära 304 och 316 materialen, är att det skyddande oxidskiktet ofta förstörs av föroreningar i kylvattnet och av sprickor och avlagringar som hjälper till att koncentrera föroreningar. Dessutom, under avstängda förhållanden, kan stående vatten leda till mikrobiell tillväxt, vars metaboliska biprodukter kan vara mycket skadliga för metaller.
En vanlig kylvattenförorening, och en av de ekonomiskt svåraste att ta bort, är klorid. Denna jon kan orsaka många problem i ånggeneratorer, men i kondensorer och hjälpvärmeväxlare är den största svårigheten att klorider i tillräckliga koncentrationer kan penetrera och förstöra det skyddande oxidskiktet på rostfritt stål, vilket orsakar lokal pittingkorrosion.
Pitting är en av de mest lömska formerna av korrosion eftersom det kan orsaka vägggenomföringar och utrustningsfel med liten metallförlust.
Kloridkoncentrationerna behöver inte vara särskilt höga för att orsaka gropkorrosion i 304 och 316 rostfritt stål, och för rena ytor utan några avlagringar eller sprickor anses nu de rekommenderade maximala kloridkoncentrationerna vara:
Flera faktorer kan lätt producera kloridkoncentrationer som överstiger dessa riktlinjer, både generellt och på lokaliserade platser. Det har blivit mycket sällsynt att först överväga engångskylning för nya kraftverk. De flesta är byggda med kyltorn, eller i vissa fall, luftkylda kondensorer (ACC). För de med kyltorn kan koncentrationen av föroreningar i kosmetika fungera som en cirkulation av 50 ml vatten. med fem koncentrationscykler, och kloridhalten i det cirkulerande vattnet är 250 mg/l. Bara detta torde generellt utesluta 304 SS. Dessutom finns det i nya och befintliga anläggningar ett ökande behov av att ersätta färskvatten för anläggningsladdning. Ett vanligt alternativ är kommunalt avloppsvatten. Tabell 2 jämför analysen av de fyra sötvattenförsörjningarna med de fyra var.
Se upp för ökade kloridnivåer (och andra föroreningar, såsom kväve och fosfor, som avsevärt kan öka mikrobiell kontaminering i kylsystem). För i princip allt gråvatten kommer all cirkulation i kyltornet att överskrida kloridgränsen som rekommenderas av 316 SS.
Den föregående diskussionen är baserad på korrosionspotentialen hos vanliga metallytor. Sprickor och sediment förändrar historien dramatiskt, eftersom båda ger platser där föroreningar kan koncentreras. En typisk plats för mekaniska sprickor i kondensorer och liknande värmeväxlare är vid rör-till-rör-plåtövergångar. Sediment i röret kan skapa sprickor vid sedimentet, kan tjäna som sediment i själva sedimentet och kan tjäna som sediment. mer, eftersom rostfritt stål förlitar sig på ett kontinuerligt oxidskikt för skydd, kan avlagringarna bilda syrefattiga platser som förvandlar den återstående stålytan till en anod.
Diskussionen ovan beskriver frågor som anläggningskonstruktörer vanligtvis inte tar hänsyn till när de specificerar kondensor och extra värmeväxlarrörmaterial för nya projekt. Mentaliteten kring 304 och 316 SS tycks ibland fortfarande vara "det är vad vi alltid har gjort" utan att överväga konsekvenserna av sådana åtgärder. Alternativa material finns tillgängliga för att klara de tuffare växtförhållandena som många kyler nu.
Innan man diskuterar alternativa metaller måste en annan punkt kort redogöras. I många fall fungerade en 316 SS eller till och med en 304 SS bra under normal drift, men misslyckades under ett strömavbrott. I de flesta fall beror felet på dålig dränering av kondensorn eller värmeväxlaren vilket orsakar stillastående vatten i rören. Denna miljö ger idealiska förutsättningar för tillväxten av mikroorganismer som direkt producerar mikroorganismer som korrosiva tuber. metall.
Denna mekanism, känd som mikrobiellt inducerad korrosion (MIC), är känd för att förstöra rör av rostfritt stål och andra metaller inom några veckor. Om värmeväxlaren inte kan tömmas, bör man allvarligt överväga att regelbundet cirkulera vatten genom värmeväxlaren och tillsätta biocid under processen.(För mer information om korrekta uppläggningsprocedurer, se D. Janiky-Up Exchanger, Consider och BOP-4 Consider. 6, 2019 i Champaign, IL Presenteras vid det 39:e Electric Utility Chemistry Symposium.)
För de tuffa miljöer som lyfts fram ovan, såväl som tuffare miljöer som bräckt vatten eller havsvatten, kan alternativa metaller användas för att avvärja föroreningar. Tre legeringsgrupper har visat sig vara framgångsrika, kommersiellt rent titan, 6 % molybden austenitiskt rostfritt stål och superferritiskt rostfritt stål. Dessa legeringar är också mycket motståndskraftiga mot titan, som är mycket motståndskraftiga mot MIC. al tätpackad kristallstruktur och extremt låg elasticitetsmodul gör den känslig för mekaniska skador. Denna legering är bäst lämpad för nya installationer med starka rörstödstrukturer. Ett utmärkt alternativ är det superferritiska rostfria stålet Sea-Cure®. Sammansättningen av detta material visas nedan.
Stålet har hög halt av krom men låg i nickel, så det är ett ferritiskt rostfritt stål snarare än ett austenitiskt rostfritt stål. På grund av dess låga nickelinnehåll kostar det mycket mindre än andra legeringar. Sea-Cures höga hållfasthet och elasticitetsmodul tillåter tunnare väggar än andra material, vilket resulterar i förbättrad värmeöverföring.
De förbättrade egenskaperna hos dessa metaller visas i diagrammet "Pitting Resistance Equivalent Number", som, som namnet antyder, är en testprocedur som används för att bestämma olika metallers motståndskraft mot gropkorrosion.
En av de vanligaste frågorna är "Vad är den maximala kloridhalten som en viss kvalitet av rostfritt stål kan tolerera?"Svaren varierar mycket. Faktorer inkluderar pH, temperatur, förekomst och typ av sprickor, och potentialen för aktiva biologiska arter. Ett verktyg har lagts till på höger axel i figur 5 för att hjälpa till med detta beslut. Det är baserat på neutralt pH, 35°C rinnande vatten som vanligtvis förekommer i många BOP- och kondensationstillämpningar (för att förhindra avlagringar och sprickbildning har en specifik kemisk sammansättning valts med och sedan kan en specifik kemisk sammansättning väljas med PR). lämpligt snedstreck. Den rekommenderade maximala kloridhalten kan sedan bestämmas genom att dra en horisontell linje på höger axel. I allmänhet, om en legering ska övervägas för bräckt eller havsvattentillämpningar, måste den ha en CCT över 25 grader Celsius mätt med G 48-testet.
Det är uppenbart att de superferritiska legeringarna som representeras av Sea-Cure® i allmänhet är lämpliga för även havsvattenapplikationer. Det finns en annan fördel med dessa material som måste betonas. Mangankorrosionsproblem har observerats för 304 och 316 SS i många år, inklusive vid anläggningar längs Ohiofloden. Nyligen har värmeväxlare vid anläggningar längs floden Mississi varit ett vanligt problem med korrosionsbrunnen i Missouri och Mississi-vattenbrunnen. upp system.Korrosionsmekanismen har identifierats som att mangandioxid (MnO2) reagerar med en oxiderande biocid för att generera saltsyra under avlagringen. HCl är det som verkligen angriper metaller.[WH Dickinson och RW Pick, "Manganese-Dependent Corrosion in the Electric Power Industry";presenterades vid 2002 års NACE årliga korrosionskonferens, Denver, CO.] Ferritiska stål är resistenta mot denna korrosionsmekanism.
Att välja material av högre kvalitet för kondensor- och värmeväxlarrör är fortfarande ingen ersättning för korrekt kontroll av vattenbehandlingskemi. Som författaren Buecker har beskrivit i en tidigare kraftteknisk artikel är ett korrekt utformat och fungerat kemiskt behandlingsprogram nödvändigt för att minimera risken för avlagringar, korrosion och nedsmutsning. Polymerkemi håller på att dyka upp som ett kraftfullt alternativ till phoerphosphosphoscalist och phoerphosphoscalist control. Att kontrollera mikrobiell kontaminering har varit och kommer att fortsätta att vara en kritisk fråga. Medan oxidativ kemi med klor, blekmedel eller liknande föreningar är hörnstenen i mikrobiell kontroll, kan tilläggsbehandlingar ofta förbättra effektiviteten i behandlingsprogram. Ett sådant exempel är stabiliseringskemi, som hjälper till att öka frisättningshastigheten och effektiviteten hos kloroxiderande ämnen utan att klorhaltiga ämnen släpps ut i klorhaltiga ämnen. Dessutom kan tilläggsfoder med icke-oxiderande fungicider vara mycket fördelaktigt för att kontrollera mikrobiell utveckling. Resultatet är att det finns många sätt att förbättra hållbarheten och tillförlitligheten för kraftverksvärmeväxlare, men alla system är olika, så noggrann planering och samråd med branschexperter är viktigt för valet av material och kemiska procedurer. Mycket av den här artikeln är skriven ur ett vattenreningsperspektiv, men vi är inte tillfrågade om beslutet om utrustningen, men vi är inte beslutsfattande, Det slutliga beslutet om materialval måste fattas av anläggningens personal baserat på ett antal faktorer som specificeras för varje applikation.
Om författaren: Brad Buecker är en senior teknisk publicist på ChemTreat. Han har 36 års erfarenhet av eller knuten till kraftindustrin, mycket av det inom ånggenereringskemi, vattenrening, luftkvalitetskontroll och på City Water, Light & Power (Springfield, IL) och Kansas City Power & Light Company är beläget på La Cygne Water Station, Kansas, två år som en kemisk anläggning i Kansas. har en kandidatexamen i kemi från Iowa State University med ytterligare kursarbete i vätskemekanik, energi- och materialjämvikt och avancerad oorganisk kemi.
Dan Janikowski är teknisk chef på Plymouth Tube. I 35 år har han varit involverad i utvecklingen av metaller, tillverkning och testning av rörformiga produkter inklusive kopparlegeringar, rostfritt stål, nickellegeringar, titan och kolstål. Efter att ha varit på Plymouth Metro sedan 2005 hade Janikowski olika ledande befattningar innan han blev 2010 teknisk chef.