Міжнародний конкурс на участь у конкурсі POWERGEN відкрито! Ми шукаємо доповідачів із комунальних підприємств та галузей виробництва електроенергії. Теми включають звичайну та відновлювану енергетику, цифрову трансформацію електростанцій, зберігання енергії, мікромережі, оптимізацію електростанцій, електроенергію на місці тощо.
Автори знову і знову переглядали нові специфікації енергетичних проектів, у яких проектувальники установок зазвичай обирають нержавіючу сталь 304 або 316 для труб конденсатора та допоміжного теплообмінника. Для багатьох термін нержавіюча сталь викликає ауру нездоланної корозії, хоча насправді нержавіюча сталь іноді може бути найгіршим вибором, оскільки вона сприйнятлива до локальної корозії. І в цю епоху обмеженої доступності прісної води для Підживлення охолоджувальної води в поєднанні з градирнями, що працюють при циклах високої концентрації, потенційні механізми руйнування нержавіючої сталі збільшуються. У деяких випадках нержавіюча сталь серії 300 проіснує лише місяці, іноді лише тижні, перш ніж вийти з ладу. Ця стаття зосереджена принаймні на питаннях, які слід враховувати при виборі матеріалів для труб конденсатора з точки зору очищення води. Інші фактори, які не обговорюються в цій статті, але відіграють роль у виборі матеріалу, включають міцність матеріалу, властивості теплопередачі, і стійкість до механічних сил, включаючи втому та ерозійну корозію.
Додавання 12% або більше хрому до сталі змушує сплав утворювати безперервний оксидний шар, який захищає основний метал під ним. Звідси і термін «нержавіюча сталь». За відсутності інших легуючих матеріалів (особливо нікелю) вуглецева сталь є частиною групи феритів, а її елементарна комірка має об’ємно-центровану кубічну (ОЦК) структуру.
Якщо до суміші сплаву додавати нікель у концентрації 8% або вище, навіть за температури навколишнього середовища, комірка буде існувати у гранецентрованій кубічній (FCC) структурі, яка називається аустенітом.
Як показано в таблиці 1, нержавіюча сталь серії 300 та інші нержавіючі сталі мають вміст нікелю, який створює аустенітну структуру.
Аустенітні сталі виявилися дуже цінними в багатьох сферах застосування, в тому числі як матеріал для труб високотемпературного пароперегрівача та повторного нагрівання в енергетичних котлах. Зокрема, серія 300 часто використовується як матеріал для низькотемпературних теплообмінних труб, включаючи поверхневі конденсатори пари. Однак саме в цих сферах застосування багато хто ігнорує потенційні механізми відмови.
Основна проблема з нержавіючої сталлю, особливо з популярними матеріалами 304 і 316, полягає в тому, що захисний оксидний шар часто руйнується домішками в охолоджувальній воді, а також тріщинами й відкладеннями, які допомагають концентрувати домішки. Крім того, в умовах зупинки стояча вода може призвести до зростання мікробів, побічні продукти метаболізму яких можуть сильно пошкодити метали.
Поширеною домішкою охолоджувальної води, яку найважче видаляти економічно, є хлорид. Цей іон може спричинити багато проблем у парогенераторах, але в конденсаторах і допоміжних теплообмінниках основна проблема полягає в тому, що хлориди в достатній концентрації можуть проникати та руйнувати захисний оксидний шар на нержавіючій сталі, спричиняючи локалізовану корозію, тобто точкову корозію.
Точкова корозія є однією з найпідступніших форм корозії, оскільки вона може спричинити пробиття стінок і поломку обладнання з невеликою втратою металу.
Концентрація хлориду не обов’язково має бути дуже високою, щоб спричинити точкову корозію в нержавіючій сталі 304 і 316, а для чистих поверхонь без будь-яких відкладень або тріщин рекомендовані максимальні концентрації хлориду тепер вважаються такими:
Кілька факторів можуть легко спричинити концентрації хлоридів, які перевищують ці вказівки, як загалом, так і в окремих місцях. Стало дуже рідко спочатку розглядати прямоточне охолодження для нових електростанцій. Більшість побудовано з градирнями або, у деяких випадках, з конденсаторами з повітряним охолодженням (ACC). Для тих, у яких є градирні, концентрація домішок у косметиці може «зростати». Наприклад, колона з концентрацією хлориду у підживлюючій воді 50 мг. /л працює з п’ятьма циклами концентрації, а вміст хлоридів у циркулюючій воді становить 250 мг/л. Це лише загалом повинно виключати 304 SS. Крім того, на нових і існуючих заводах зростає потреба замінювати свіжу воду для підживлення заводів. Поширеною альтернативою є міські стічні води. У таблиці 2 порівнюється аналіз чотирьох джерел прісної води з чотирма джерелами стічної води.
Слідкуйте за підвищенням рівня хлориду (та інших домішок, таких як азот і фосфор, які можуть значно збільшити мікробне забруднення в системах охолодження). Практично для всієї сірої води будь-яка циркуляція в градирні перевищить ліміт хлориду, рекомендований 316 SS.
Попереднє обговорення ґрунтується на корозійному потенціалі звичайних металевих поверхонь. Розриви та відкладення кардинально змінюють історію, оскільки обидва забезпечують місця, де можуть концентруватися домішки. Типове місце для механічних тріщин у конденсаторах і подібних теплообмінниках – це з’єднання між трубами. Осад усередині труби може створювати тріщини на межі осадів, а сам осад може служити місцем для забруднення. Крім того, оскільки нержавіюча сталь покладається на безперервний оксидний шар для захисту, відкладення можуть утворювати бідні на кисень ділянки, які перетворюють сталеву поверхню, що залишилася, на анод.
Наведене вище обговорення окреслює проблеми, які проектувальники заводів зазвичай не враховують, визначаючи матеріали для труб конденсатора та допоміжного теплообмінника для нових проектів. Менталітет щодо 304 і 316 SS інколи все ще здається «це те, що ми завжди робили», не враховуючи наслідків таких дій. Доступні альтернативні матеріали для роботи з жорсткішими умовами охолоджувальної води, з якими зараз стикаються багато заводів.
Перш ніж говорити про альтернативні метали, слід коротко сказати ще один момент. У багатьох випадках 316 SS або навіть 304 SS добре працювали під час нормальної роботи, але виходили з ладу під час відключення електроенергії. У більшості випадків несправність пов’язана з поганим дренажем конденсатора або теплообмінника, що спричиняє застій води в трубах. Це середовище забезпечує ідеальні умови для росту мікроорганізмів. Мікробні колонії, у свою чергу, виробляють корозійні сполуки, які безпосередньо викликають корозію. трубчастий метал.
Відомо, що цей механізм, відомий як мікробно-індукована корозія (MIC), руйнує труби з нержавіючої сталі та інші метали протягом декількох тижнів. Якщо теплообмінник не може бути осушений, слід серйозно розглянути питання про періодичну циркуляцію води через теплообмінник і додавання біоциду під час процесу. (Щоб отримати докладніші відомості про належні процедури простою, див. Д. Яніковскі, «Пошарове розміщення конденсаторів і теплообмінників – міркування»; відбудеться 4 червня по 6, 2019 в Шампейні, штат Іллінойс Презентовано на 39-му симпозіумі з хімії в електропостачанні.)
Для жорстких середовищ, виділених вище, а також більш жорстких середовищ, таких як солонувата вода або морська вода, можна використовувати альтернативні метали для захисту від домішок. Три групи сплавів виявилися успішними: комерційно чистий титан, 6% аустенітна нержавіюча сталь молібдену та суперферритна нержавіюча сталь. Ці сплави також стійкі до MIC. Хоча титан вважається дуже стійким до корозії, його гексагональна щільно упакована кристалічна структура та надзвичайно низький модуль пружності роблять його сприйнятливим до механічних пошкоджень. Цей сплав найкраще підходить для нових установок із міцними опорними структурами труб. Чудовою альтернативою є суперферритна нержавіюча сталь Sea-Cure®. Склад цього матеріалу показано нижче.
Сталь має високий вміст хрому, але низький вміст нікелю, тому це феритна нержавіюча сталь, а не аустенітна нержавіюча сталь. Завдяки низькому вмісту нікелю вона коштує набагато дешевше, ніж інші сплави. Висока міцність і модуль пружності Sea-Cure дозволяють отримати тонші стінки, ніж інші матеріали, що призводить до покращеної теплопередачі.
Покращені властивості цих металів показано на діаграмі «Число еквівалента стійкості до точкової корозії», яка, як випливає з назви, є процедурою тестування, яка використовується для визначення стійкості різних металів до точкової корозії.
Одне з найпоширеніших запитань: «Який максимальний вміст хлоридів може витримати певна марка нержавіючої сталі?»Відповіді дуже різняться. Фактори включають рН, температуру, наявність і тип руйнувань, а також потенціал для активних біологічних форм. Інструмент додано на правій осі рисунка 5, щоб допомогти з цим рішенням. Він заснований на нейтральному рН, 35°C проточній воді, яка зазвичай зустрічається в багатьох застосуваннях BOP і конденсації (для запобігання утворенню відкладень і утворенню тріщин). Після вибору сплаву з певним хімічним складом можна визначити PREn, а потім перетнути його з відповідну скісну риску. Рекомендований максимальний рівень хлориду можна визначити, провівши горизонтальну лінію на правій осі. Загалом, якщо сплав розглядається для використання в солонуватій або морській воді, він повинен мати CCT вище 25 градусів Цельсія, як виміряно тестом G 48.
Зрозуміло, що суперферритні сплави, представлені Sea-Cure®, загалом підходять навіть для використання в морській воді. Існує ще одна перевага цих матеріалів, яку слід підкреслити. Проблеми марганцевої корозії спостерігалися для 304 і 316 SS протягом багатьох років, у тому числі на заводах уздовж річки Огайо. Нещодавно теплообмінники на заводах уздовж річок Міссісіпі та Міссурі зазнали атак. Корозія марганцю також є поширеною проблемою в свердловинах. системи підживлення води. Механізм корозії визначено як діоксид марганцю (MnO2), який реагує з окислювальним біоцидом, щоб утворити соляну кислоту під відкладенням. HCl насправді атакує метали.[WH Dickinson and RW Pick, "Mangane-Dependent Corrosion in the Electric Power Industry";представлений на щорічній конференції NACE 2002 з питань корозії, Денвер, штат Колорадо.] Ферритні сталі стійкі до цього механізму корозії.
Вибір високоякісних матеріалів для труб конденсатора та теплообмінника все ще не може замінити належний хімічний контроль очищення води. Як зазначив автор Бюкер ​​у попередній статті про енергетику, належним чином розроблена та реалізована програма хімічної обробки необхідна для мінімізації потенціалу утворення накипу, корозії та забруднення. Хімія полімерів стає потужною альтернативою старішій хімії фосфатів/фосфонатів для контролю корозії та накипу. у системах градирень. Контроль мікробного забруднення був і залишатиметься критичною проблемою. Хоча окислювальна хімія з хлором, відбілювачем або подібними сполуками є наріжним каменем мікробного контролю, додаткова обробка часто може підвищити ефективність програм обробки. Одним із таких прикладів є стабілізаційна хімія, яка допомагає збільшити швидкість вивільнення та ефективність окислювальних біоцидів на основі хлору без введення будь-яких шкідливих сполук у воду. Крім того, , додаткове харчування з неокислюючими фунгіцидами може бути дуже корисним для контролю розвитку мікробів. Результатом є те, що існує багато способів покращити стійкість і надійність теплообмінників електростанцій, але кожна система відрізняється, тому ретельне планування та консультації з експертами галузі важливі для вибору матеріалів і хімічних процедур. Значна частина цієї статті написана з точки зору очищення води, ми не беремо участі в ухваленні важливих рішень, але нас просять допомогти впоратися з впливом цих рішень. обладнання запущено та працює. Остаточне рішення щодо вибору матеріалу має прийняти персонал заводу на основі низки факторів, визначених для кожного застосування.
Про автора: Бред Б’юкер є старшим технічним публіцистом у ChemTreat. Він має 36-річний досвід роботи в енергетичній промисловості або пов’язаний з нею, переважно в галузі виробництва пари, обробки води, контролю якості повітря та в City Water, Light & Power (Спрінгфілд, штат Іллінойс), а компанія Kansas City Power & Light Company розташована на станції La Cygne, штат Канзас. Він також провів два роки виконуючим обов’язки інспектора водопостачання/відведення стічних вод у хімічному заводі. plant.Buecker має ступінь бакалавра хімії в Університеті штату Айова з додатковою курсовою роботою з механіки рідини, енергетичної рівноваги та рівноваги матеріалів та вдосконаленої неорганічної хімії.
Ден Яніковскі є технічним менеджером компанії Plymouth Tube. Протягом 35 років він брав участь у розробці металів, виробництві та випробуванні трубних виробів, включаючи мідні сплави, нержавіючу сталь, нікелеві сплави, титан і вуглецеву сталь. Працюючи в Plymouth Metro з 2005 року, Яніковскі займав різні керівні посади, перш ніж стати технічним менеджером у 2010 році.