Yazarlar, tesis tasarımcılarının kondenser ve yardımcı ısı eşanjörü boruları için tipik olarak 304 veya 316 paslanmaz çeliği seçtikleri yeni enerji projesi spesifikasyonlarını defalarca gözden geçirdiler. Çoğu kişi için paslanmaz çelik terimi, yenilmez bir korozyon havası uyandırır, aslında paslanmaz çelikler bazen yerel korozyona duyarlı oldukları için en kötü seçim olabilir. Bazı uygulamalarda, 300 serisi paslanmaz çelik arızalanmadan önce yalnızca aylar, bazen sadece haftalarca dayanabilir. Bu makale en azından su arıtma açısından kondenser tüpü malzemeleri seçerken dikkate alınması gereken konulara odaklanmaktadır. Bu yazıda ele alınmayan ancak malzeme seçiminde rol oynayan diğer faktörler arasında malzeme mukavemeti, ısı transfer özellikleri ve yorulma ve erozyon korozyonu dahil olmak üzere mekanik kuvvetlere karşı direnç yer alır.
Çeliğe %12 veya daha fazla krom eklenmesi, alaşımın altındaki ana metali koruyan sürekli bir oksit tabakası oluşturmasına neden olur. Paslanmaz çelik terimi buradan gelir. Diğer alaşım malzemelerinin (özellikle nikel) yokluğunda, karbon çeliği ferrit grubunun bir parçasıdır ve birim hücresi vücut merkezli kübik (BCC) bir yapıya sahiptir.
Alaşım karışımına %8 veya daha yüksek bir konsantrasyonda nikel eklendiğinde, ortam sıcaklığında bile, hücre östenit adı verilen yüzey merkezli kübik (FCC) bir yapıda bulunacaktır.
Tablo 1'de gösterildiği gibi, 300 serisi paslanmaz çelikler ve diğer paslanmaz çelikler, östenitik bir yapı oluşturan nikel içeriğine sahiptir.
Östenitik çeliklerin, güç kazanlarında yüksek sıcaklıklı kızdırıcı ve yeniden ısıtıcı borular için bir malzeme olarak dahil olmak üzere birçok uygulamada çok değerli olduğu kanıtlanmıştır. Özellikle 300 serisi, buhar yüzey kondansatörleri dahil olmak üzere genellikle düşük sıcaklıklı ısı eşanjör boruları için bir malzeme olarak kullanılır. Ancak, bu uygulamalarda pek çoğu potansiyel arıza mekanizmalarını gözden kaçırır.
Paslanmaz çelik, özellikle de popüler 304 ve 316 malzemeleri ile ilgili temel zorluk, koruyucu oksit tabakasının genellikle soğutma suyundaki safsızlıklar ve safsızlıkların konsantre olmasına yardımcı olan yarıklar ve birikintiler tarafından yok edilmesidir. Ayrıca, kapatma koşullarında durgun su, metabolik yan ürünleri metallere oldukça zarar verebilen mikrobiyal büyümeye yol açabilir.
Yaygın bir soğutma suyu safsızlığı ve ekonomik olarak çıkarılması en zor olanlardan biri klorürdür. Bu iyon, buhar jeneratörlerinde birçok soruna neden olabilir, ancak kondansatörlerde ve yardımcı ısı eşanjörlerinde, asıl zorluk, yeterli konsantrasyonlardaki klorürlerin paslanmaz çelik üzerindeki koruyucu oksit tabakasına nüfuz edip yok ederek lokalize korozyona, yani çukurlaşmaya neden olabilmesidir.
Çukurlaşma, korozyonun en sinsi biçimlerinden biridir çünkü çok az metal kaybıyla duvar penetrasyonlarına ve ekipman arızasına neden olabilir.
Klorür konsantrasyonlarının 304 ve 316 paslanmaz çelikte oyuklaşma korozyonuna neden olması için çok yüksek olması gerekmez ve herhangi bir birikinti veya yarık olmayan temiz yüzeyler için, önerilen maksimum klorür konsantrasyonları artık şu şekilde kabul edilmektedir:
Birçok faktör, hem genel hem de yerel konumlarda bu yönergeleri aşan klorür konsantrasyonlarını kolayca üretebilir. Yeni enerji santralleri için önce tek geçişli soğutmayı düşünmek çok nadir hale geldi. Çoğu soğutma kuleleri veya bazı durumlarda hava soğutmalı kondenserler (ACC) ile inşa edilir. Soğutma kuleleri olanlar için, kozmetiklerdeki safsızlıkların konsantrasyonu "döngü yapabilir". 250 mg/l'dir. Tek başına bu genellikle 304 SS'yi ekarte etmelidir. Ek olarak, yeni ve mevcut tesislerde, tesisin yeniden beslenmesi için tatlı suyun değiştirilmesine yönelik artan bir ihtiyaç vardır. Yaygın bir alternatif belediye atıksuyudur. Tablo 2, dört tatlı su kaynağının analizini dört atık su kaynağıyla karşılaştırır.
Artan klorür seviyelerine (ve soğutma sistemlerindeki mikrobiyal kontaminasyonu büyük ölçüde artırabilecek nitrojen ve fosfor gibi diğer safsızlıklara) dikkat edin. Temelde tüm gri sular için, soğutma kulesindeki herhangi bir sirkülasyon 316 SS tarafından tavsiye edilen klorür sınırını aşacaktır.
Önceki tartışma, ortak metal yüzeylerin korozyon potansiyeline dayanmaktadır. Her ikisi de safsızlıkların yoğunlaşabileceği yerler olduğundan, kırıklar ve tortular hikayeyi önemli ölçüde değiştirir. Kondansatörlerdeki ve benzer ısı eşanjörlerindeki mekanik çatlaklar için tipik bir konum, borudan boruya levha bağlantı noktalarıdır. Tüp içindeki tortu, tortu sınırında çatlaklar oluşturabilir ve tortunun kendisi, kirlenme için bir bölge görevi görebilir. Ayrıca, paslanmaz çelik, koruma için sürekli bir oksit tabakasına dayandığından, tortular, kalan kısmı döndüren oksijen açısından fakir bölgeler oluşturabilir. anot içine çelik yüzey.
Yukarıdaki tartışma, tesis tasarımcılarının yeni projeler için kondenser ve yardımcı ısı eşanjörü boru malzemelerini belirlerken tipik olarak dikkate almadığı konuların ana hatlarını çizmektedir. 304 ve 316 SS ile ilgili zihniyet, bu tür eylemlerin sonuçlarını dikkate almadan bazen hala "bizim her zaman yaptığımız şey" gibi görünmektedir. Şu anda birçok fabrikanın karşı karşıya kaldığı daha sert soğutma suyu koşullarının üstesinden gelmek için alternatif malzemeler mevcuttur.
Alternatif metalleri tartışmadan önce kısaca başka bir noktayı belirtmek gerekir. Çoğu durumda, bir 316 SS veya hatta 304 SS normal çalışma sırasında iyi performans gösterir, ancak elektrik kesintisi sırasında başarısız olur. Çoğu durumda, arıza, kondansatörün veya ısı eşanjörünün yetersiz drenajından kaynaklanır ve borularda su durgunluğuna neden olur. Bu ortam, mikroorganizmaların büyümesi için ideal koşullar sağlar. Mikrobiyal koloniler, boru şeklindeki metali doğrudan aşındıran aşındırıcı bileşikler üretir.
Mikrobiyal olarak indüklenen korozyon (MIC) olarak bilinen bu mekanizmanın paslanmaz çelik boruları ve diğer metalleri haftalar içinde yok ettiği bilinmektedir. Isı eşanjörü boşaltılamıyorsa, ısı eşanjöründen periyodik olarak su sirkülasyonu yapılmasına ve işlem sırasında biyosit eklenmesine ciddi olarak dikkat edilmelidir. (Uygun döşeme prosedürleri hakkında daha fazla ayrıntı için bkz. 39. Elektrik Yardımcı Kimya Sempozyumu.)
Yukarıda vurgulanan zorlu ortamların yanı sıra acı su veya deniz suyu gibi daha sert ortamlar için, safsızlıkları önlemek için alternatif metaller kullanılabilir. Üç alaşım grubunun başarısı kanıtlanmıştır, ticari olarak saf titanyum, %6 molibden östenitik paslanmaz çelik ve süperferritik paslanmaz çelik. Bu alaşımlar ayrıca MIC dirençlidir. Titanyum korozyona karşı çok dirençli kabul edilse de, altıgen sıkışık kristal yapısı ve son derece düşük elastik modülü mekanik hasara karşı hassastır. Bu alaşım en uygun olanıdır. güçlü boru destek yapılarına sahip yeni kurulumlar için. Mükemmel bir alternatif, süper ferritik paslanmaz çelik Sea-Cure®'dur. Bu malzemenin bileşimi aşağıda gösterilmiştir.
Çelik krom bakımından yüksek ancak nikel bakımından düşüktür, bu nedenle östenitik paslanmaz çelik yerine ferritik paslanmaz çeliktir. Düşük nikel içeriği nedeniyle maliyeti diğer alaşımlardan çok daha düşüktür. Sea-Cure'un yüksek mukavemeti ve elastik modülü diğer malzemelere göre daha ince duvarlara izin vererek ısı transferini artırır.
Bu metallerin gelişmiş özellikleri, adından da anlaşılacağı gibi, çeşitli metallerin çukurlaşma korozyonuna karşı direncini belirlemek için kullanılan bir test prosedürü olan “Çukurlanma Direnci Eşdeğer Sayısı” tablosunda gösterilmektedir.
En yaygın sorulardan biri, "Belirli bir paslanmaz çelik sınıfının tolere edebileceği maksimum klorür içeriği nedir?"Yanıtlar çok değişkendir. Faktörler arasında pH, sıcaklık, kırıkların varlığı ve türü ile aktif biyolojik türlerin potansiyeli yer alır. Bu karara yardımcı olması için Şekil 5'in sağ eksenine bir araç eklenmiştir. Bu araç, birçok BOP ve yoğuşma uygulamasında (tortu oluşumunu ve çatlak oluşumunu önlemek için) yaygın olarak bulunan nötr pH'a, 35°C akan suya dayanır. Belirli bir kimyasal bileşime sahip bir alaşım seçildikten sonra, PREn belirlenebilir ve ardından uygun eğik çizgi ile kesişebilir. Önerilen maksimum klorür seviyesi daha sonra belirlenebilir Sağ eksende yatay bir çizgi çizerek. Genel olarak, bir alaşımın acı veya deniz suyu uygulamaları için düşünülmesi gerekiyorsa, G 48 testiyle ölçüldüğü üzere CCT'sinin 25 santigrat derecenin üzerinde olması gerekir.
Sea-Cure® tarafından temsil edilen süper ferritik alaşımların genellikle deniz suyu uygulamaları için bile uygun olduğu açıktır. Bu malzemelerin vurgulanması gereken başka bir faydası daha vardır. 304 ve 316 SS'de, Ohio Nehri kıyısındaki fabrikalar da dahil olmak üzere uzun yıllardır manganez korozyon sorunları gözlemlenmiştir. tortu altında hidroklorik asit oluşturmak için oksitleyici bir biyosit ile reaksiyona giren se dioksit (MnO2). Metallere gerçekten saldıran şey HCl'dir.[WH Dickinson ve RW Pick, "Elektrik Enerjisi Endüstrisinde Manganez-Bağımlı Korozyon";2002 NACE Yıllık Korozyon Konferansı'nda sunulmuştur, Denver, CO.] Ferritik çelikler bu korozyon mekanizmasına karşı dirençlidir.
Kondenser ve ısı eşanjörü boruları için daha yüksek dereceli malzemelerin seçilmesi, hala uygun su arıtma kimyası kontrolünün yerine geçemez. Klor, ağartıcı veya benzer bileşiklerle kimya, mikrobiyal kontrolün temel taşıdır, tamamlayıcı tedaviler genellikle arıtma programlarının etkinliğini artırabilir. Bu tür bir örnek, suya herhangi bir zararlı bileşik sokmadan klor bazlı oksitleyici biyositlerin salım oranını ve etkinliğini artırmaya yardımcı olan stabilizasyon kimyasıdır. farklı, bu nedenle dikkatli planlama ve malzeme seçimi ve kimyasal prosedürler için endüstri uzmanlarıyla istişare önemlidir. Bu makalenin çoğu su arıtma bakış açısıyla yazılmıştır, malzeme kararlarına dahil değiliz, ancak ekipman çalışır duruma geldikten sonra bu kararların etkisini yönetmeye yardımcı olmamız isteniyor. Malzeme seçimine ilişkin nihai karar, her uygulama için belirtilen bir dizi faktöre dayalı olarak tesis personeli tarafından verilmelidir.
Yazar Hakkında: Brad Buecker, ChemTreat'te Kıdemli Teknik Yayıncıdır. Çoğu buhar üretim kimyası, su arıtma, hava kalitesi kontrolü ve City Water, Light & Power (Springfield, IL) ve Kansas City Power & Light Company'de olmak üzere enerji endüstrisinde 36 yıllık deneyime sahiptir veya bu sektörle bağlantılıdır. Akışkanlar Mekaniği, Enerji ve Malzeme Dengesi ve İleri İnorganik Kimya alanlarında ek ders çalışması ile Devlet Üniversitesi.
Dan Janikowski, Plymouth Tube'da Teknik Müdürdür. 35 yıldır metallerin geliştirilmesi, bakır alaşımları, paslanmaz çelik, nikel alaşımları, titanyum ve karbon çeliği dahil olmak üzere boru şeklindeki ürünlerin üretimi ve test edilmesiyle ilgilenmektedir.