Аўтары неаднаразова разглядалі новыя спецыфікацыі энергетычных праектаў, у якіх праекціроўшчыкі заводаў звычайна выбіраюць нержавеючую сталь 304 або 316 для труб кандэнсатара і дапаможнага цеплаабменніка. Для многіх тэрмін "нержавеючая сталь" выклікае ўяўленне пра непераможную карозію, хоць на самой справе нержавеючая сталь часам можа быць найгоршым выбарам, таму што яна схільная да лакальнай карозіі. І ў гэтую эпоху абмежаванай даступнасці прэснай вады для падсілкоўвання астуджальнай вады ў спалучэнні з градзірнямі, якія працуюць з цыкламі высокай канцэнтрацыі, патэнцыйныя механізмы разбурэння нержавеючай сталі ўзмацняюцца. У некаторых выпадках нержавеючая сталь серыі 300 праіснавае толькі месяцы, а часам толькі тыдні, перш чым выйсці з ладу. Гэты артыкул прысвечаны прынамсі пытанням, якія варта ўлічваць пры выбары матэрыялаў для труб кандэнсатара з пункту гледжання ачысткі вады. Іншыя фактары, якія не абмяркоўваліся ў гэтым артыкуле, але якія адыгрываюць ролю пры выбары матэрыялу, уключаюць трываласць матэрыялу, уласцівасці цеплаперадачы і ўстойлівасць да механічных уздзеянняў, у тым ліку стомленасці і эразійнай карозіі.
Даданне 12% або больш хрому ў сталь прыводзіць да ўтварэння ў сплаве бесперапыннага аксіднага пласта, які абараняе асноўны метал пад ім. Адсюль і тэрмін «нержавеючая сталь». Пры адсутнасці іншых легіруючых матэрыялаў (асабліва нікеля) вугляродзістая сталь уваходзіць у групу ферытаў, а яе элементарная ячэйка мае аб'ёмна-цэнтраваную кубічную (ОЦК) структуру.
Калі нікель дадаецца ў сумесь сплаваў у канцэнтрацыі 8% або вышэй, нават пры пакаёвай тэмпературы, ячэйка будзе існаваць у гранецэнтраванай кубічнай (ГЦК) структуры, якая называецца аўстэнітам.
Як паказана ў табліцы 1, нержавеючыя сталі серыі 300 і іншыя нержавеючыя сталі маюць нікель, які стварае аўстэнітную структуру.
Аўстэнітныя сталі аказаліся вельмі каштоўнымі ў многіх сферах прымянення, у тым ліку ў якасці матэрыялу для высокатэмпературных труб перагрэвальнікаў і перагрэвальнікаў у энергетычных катлах. Серыя 300, у прыватнасці, часта выкарыстоўваецца ў якасці матэрыялу для нізкатэмпературных труб цеплаабменнікаў, у тым ліку кандэнсатараў паверхні пары. Аднак менавіта ў гэтых сферах прымянення многія ігнаруюць патэнцыйныя механізмы разбурэння.
Асноўная праблема з нержавеючай сталлю, асабліва папулярнымі матэрыяламі 304 і 316, заключаецца ў тым, што ахоўны аксідны пласт часта руйнуецца прымешкамі ў астуджальнай вадзе, а таксама расколінамі і адкладамі, якія спрыяюць канцэнтрацыі прымешак. Акрамя таго, ва ўмовах спынення працы стаячая вада можа прывесці да росту мікробаў, метабалічныя пабочныя прадукты якіх могуць быць вельмі шкоднымі для металаў.
Распаўсюджаным прымешкам астуджальнай вады, і адным з самых складаных для эканамічнага выдалення, з'яўляецца хларыд. Гэты іён можа выклікаць шмат праблем у парагенератарах, але ў кандэнсатарах і дапаможных цеплаабменніках асноўная цяжкасць заключаецца ў тым, што хларыды ў дастатковай канцэнтрацыі могуць пранікаць і разбураць ахоўны аксідны пласт на нержавеючай сталі, выклікаючы лакальную карозію, г.зн. кропкавую карозію.
Пітынг — адна з самых падступных формаў карозіі, бо яна можа прывесці да пранікнення ў сценкі і паломкі абсталявання з нязначнай стратай металу.
Канцэнтрацыі хларыдаў не абавязкова павінны быць вельмі высокімі, каб выклікаць кропкавую карозію ў нержавеючай сталі 304 і 316, і для чыстых паверхняў без адкладаў або расколін рэкамендаваныя максімальныя канцэнтрацыі хларыдаў цяпер лічацца наступнымі:
Некалькі фактараў могуць лёгка прывесці да канцэнтрацый хларыдаў, якія перавышаюць гэтыя рэкамендацыі, як у цэлым, так і ў лакалізаваных месцах. Стала вельмі рэдка спачатку разглядаць магчымасць аднаразовага астуджэння для новых электрастанцый. Большасць з іх будуюцца з градзірнямі або, у некаторых выпадках, з паветрана-астуджанымі кандэнсатарамі (ACC). Для тых, у каго ёсць градзірні, канцэнтрацыя прымешак у касметычных сродках можа "цыклічна павялічвацца". Напрыклад, калона з канцэнтрацыяй хларыдаў у падліўнай вадзе 50 мг/л працуе з пяццю цыкламі канцэнтрацыі, а ўтрыманне хларыдаў у цыркуляцыйнай вадзе складае 250 мг/л. Адно гэта павінна ў цэлым выключаць 304 SS. Акрамя таго, на новых і існуючых установках існуе ўсё большая патрэба ў замене прэснай вады для папаўнення станцый. Распаўсюджанай альтэрнатывай з'яўляюцца камунальныя сцёкавыя воды. У табліцы 2 параўноўваецца аналіз чатырох крыніц прэснай вады з чатырма крыніцамі сцёкавых вод.
Звяртайце ўвагу на павышаны ўзровень хларыдаў (і іншых прымешак, такіх як азот і фосфар, якія могуць значна павялічыць мікробнае забруджванне ў сістэмах астуджэння). Для практычна ўсіх шэрых вод любая цыркуляцыя ў градзірні будзе перавышаць мяжу ўтрымання хларыдаў, рэкамендаваную стандартам 316 SS.
Папярэдняе абмеркаванне заснавана на каразійным патэнцыяле звычайных металічных паверхняў. Расколіны і адклады кардынальна змяняюць сітуацыю, бо абодва з іх забяспечваюць месцы, дзе могуць канцэнтравацца прымешкі. Тыповым месцам для механічных расколін у кандэнсатарах і падобных цеплаабменніках з'яўляюцца месцы злучэння труб з трубнымі пласцінамі. Адклады ўнутры трубы могуць ствараць расколіны на мяжы адкладаў, а самі адклады могуць служыць месцам забруджвання. Акрамя таго, паколькі нержавеючая сталь абапіраецца на суцэльны аксідны пласт для абароны, адклады могуць утвараць бедныя кіслародам участкі, якія ператвараюць астатнюю паверхню сталі ў анод.
Прыведзеныя вышэй пытанні акрэсліваюць праблемы, якія праекціроўшчыкі заводаў звычайна не ўлічваюць пры вызначэнні матэрыялаў для труб кандэнсатараў і дапаможных цеплаабменнікаў для новых праектаў. Часам адносна нержавеючых сталёвых марак 304 і 316 усё яшчэ існуе меркаванне «мы заўсёды так рабілі», не ўлічваючы наступствы такіх дзеянняў. Існуюць альтэрнатыўныя матэрыялы для працы ў больш жорсткіх умовах астуджальнай вады, з якімі зараз сутыкаюцца многія заводы.
Перш чым абмяркоўваць альтэрнатыўныя металы, неабходна коратка сфармуляваць яшчэ адзін момант. У многіх выпадках нержавеючая сталь 316 або нават 304 добра працавала падчас нармальнай працы, але выходзіла з ладу падчас адключэння электраэнергіі. У большасці выпадкаў паломка звязана з дрэнным дрэнажам кандэнсатара або цеплаабменніка, што прыводзіць да застою вады ў трубках. Гэта асяроддзе стварае ідэальныя ўмовы для росту мікраарганізмаў. Мікробныя калоніі, у сваю чаргу, выпрацоўваюць каразійныя злучэнні, якія непасрэдна раз'ядаюць трубчасты метал.
Вядома, што гэты механізм, вядомы як мікробна-індукаваная карозія (МІК), разбурае трубы з нержавеючай сталі і іншыя металы на працягу некалькіх тыдняў. Калі цеплаабменнік нельга асушыць, варта сур'ёзна падумаць аб перыядычнай цыркуляцыі вады праз цеплаабменнік і даданні біяцыду падчас гэтага працэсу. (Больш падрабязную інфармацыю аб правільных працэдурах кладкі гл. у Д. Янікоўскі, «Накладка кандэнсатараў і цеплаабменнікаў пераўтваральніка — меркаванні»; праведзена 4-6 чэрвеня 2019 г. у Шампейне, штат Ілінойс. Прэзентацыя на 39-м сімпозіуме па хіміі электраэнергетыкі.)
Для вышэйзгаданых суровых умоў, а таксама для больш суровых умоў, такіх як саланаватая або марская вада, для абароны ад прымешак можна выкарыстоўваць альтэрнатыўныя металы. Тры групы сплаваў паспяхова даказалі сваю эфектыўнасць: камерцыйна чысты тытан, аўстэнітная нержавеючая сталь з 6% малібдэнам і суперферытная нержавеючая сталь. Гэтыя сплавы таксама ўстойлівыя да мікракарозіі. Нягледзячы на ​​тое, што тытан лічыцца вельмі ўстойлівым да карозіі, яго шасцігранная шчыльна ўпакаваная крышталічная структура і надзвычай нізкі модуль пругкасці робяць яго схільным да механічных пашкоджанняў. Гэты сплаў найлепш падыходзіць для новых установак з трывалымі апорнымі канструкцыямі для труб. Выдатнай альтэрнатывай з'яўляецца суперферытная нержавеючая сталь Sea-Cure®. Склад гэтага матэрыялу паказаны ніжэй.
Гэтая сталь мае высокае ўтрыманне хрому, але нізкае ўтрыманне нікеля, таму яна з'яўляецца ферытнай нержавеючай сталлю, а не аўстэнітнай. Дзякуючы нізкаму ўтрыманню нікеля яна каштуе значна танней, чым іншыя сплавы. Высокая трываласць і модуль пругкасці Sea-Cure дазваляюць выкарыстоўваць больш тонкія сценкі, чым у іншых матэрыялаў, што прыводзіць да паляпшэння цеплаперадачы.
Палепшаныя ўласцівасці гэтых металаў паказаны на табліцы «Эквівалентны лік супраціўлення кропкавай карозіі», якая, як вынікае з назвы, уяўляе сабой працэдуру выпрабаванняў, якая выкарыстоўваецца для вызначэння ўстойлівасці розных металаў да кропкавай карозіі.
Адно з найбольш распаўсюджаных пытанняў: «Якое максімальнае ўтрыманне хларыдаў можа пераносіць пэўная марка нержавеючай сталі?» Адказы вельмі розныя. Фактары ўключаюць pH, тэмпературу, наяўнасць і тып расколін, а таксама патэнцыял для актыўных біялагічных відаў. На правай восі малюнка 5 дададзены інструмент, які дапамагае ў прыняцці гэтага рашэння. Ён заснаваны на нейтральным pH, тэмпературы 35°C праточнай вады, якая звычайна сустракаецца ў многіх прымяненнях для пераўтварэння браніру і кандэнсацыі (для прадухілення ўтварэння адкладаў і расколін). Пасля выбару сплаву з пэўным хімічным складам можна вызначыць PREn, а затым перасекчы яго з адпаведнай касой рысай. Рэкамендаваны максімальны ўзровень хларыдаў можна вызначыць, правёўшы гарызантальную лінію на правай восі. Як правіла, калі сплаў разглядаецца для прымянення ў саланаватай або марской вадзе, ён павінен мець CCT вышэй за 25 градусаў Цэльсія, вымераны тэстам G 48.
Зразумела, што звышферытныя сплавы, прадстаўленыя Sea-Cure®, звычайна падыходзяць нават для выкарыстання ў марской вадзе. Варта падкрэсліць яшчэ адну перавагу гэтых матэрыялаў. Праблемы з карозіяй марганцу назіраліся для марскіх сталей 304 і 316 на працягу многіх гадоў, у тым ліку на заводах уздоўж ракі Агаё. Нядаўна цеплаабменнікі на заводах уздоўж рэк Місісіпі і Місуры падвергліся ўздзеянню. Карозія марганцу таксама з'яўляецца распаўсюджанай праблемай у сістэмах падсілкоўвання вады са свідравін. Механізм карозіі быў вызначаны як рэакцыя дыяксіду марганцу (MnO2) з акісляльным біяцыдам з утварэннем салянай кіслаты пад адкладам. HCl - гэта тое, што сапраўды разбурае металы. [WH Dickinson and RW Pick, "Марганцазалежная карозія ў электраэнергетычнай прамысловасці"; прадстаўлена на штогадовай канферэнцыі NACE па карозіі 2002 года, Дэнвер, Каларада.] Ферытныя сталі ўстойлівыя да гэтага механізму карозіі.
Выбар больш якасных матэрыялаў для кандэнсатараў і цеплаабменнікаў усё яшчэ не замяняе належны кантроль хіміі ачысткі вады. Як аўтар Бюкер ​​адзначыў у папярэднім артыкуле па энергетыцы, правільна распрацаваная і кіруемая праграма хімічнай ачысткі неабходная для мінімізацыі патэнцыялу ўтварэння накіпу, карозіі і забруджванняў. Хімія палімераў становіцца магутнай альтэрнатывай старой хіміі фасфатаў/фасфанатаў для кантролю карозіі і накіпу ў сістэмах градзірняў. Кантроль мікробнага забруджвання быў і будзе заставацца крытычнай праблемай. Хоць акісляльная хімія з хлорам, адбельвальнікам або падобнымі злучэннямі з'яўляецца краевугольным каменем мікробнага кантролю, дадатковая апрацоўка часта можа павысіць эфектыўнасць праграм ачысткі. Адным з такіх прыкладаў з'яўляецца стабілізацыйная хімія, якая дапамагае павялічыць хуткасць вызвалення і эфектыўнасць акісляльных біяцыдаў на аснове хлору без увядзення якіх-небудзь шкодных злучэнняў у ваду. Акрамя таго, дадатковая падкормка неакісляльнымі фунгіцыдамі можа быць вельмі карыснай для кантролю развіцця мікробаў. У выніку існуе шмат спосабаў палепшыць устойлівасць і надзейнасць цеплаабменнікаў электрастанцый, але кожная сістэма адрозніваецца, таму дбайнае планаванне і кансультацыі з экспертамі галіны важныя для выбару матэрыялаў і хімічных працэдур. Большая частка гэтага артыкула напісана з воднага... З пункту гледжання апрацоўкі, мы не ўдзельнічаем у прыняцці рашэнняў аб матэрыялах, але нас просяць дапамагчы кіраваць уплывам гэтых рашэнняў пасля таго, як абсталяванне будзе ўведзена ў эксплуатацыю. Канчатковае рашэнне аб выбары матэрыялаў павінна быць прынята персаналам завода на аснове шэрагу фактараў, указаных для кожнага прымянення.
Пра аўтара: Брэд Б'юкер — старшы тэхнічны публіцыст у ChemTreat. Ён мае 36-гадовы вопыт працы ў энергетычнай галіне або звязаны з ёй, значная частка якога — у хіміі для вытворчасці пары, ачыстцы вады, кантролі якасці паветра, а таксама ў City Water, Light & Power (Спрынгфілд, штат Ілінойс) і Kansas City Power & Light Company, размешчанай на станцыі Ла-Сінь, штат Канзас. Ён таксама два гады працаваў выконваючым абавязкі кіраўніка па водазабеспячэнні/сцёкавых водах на хімічным заводзе. Б'юкер мае ступень бакалаўра хіміі ва Універсітэце штата Аёва, а таксама дадатковыя курсы па механіцы вадкасцей, энергетычнай і матэрыяльнай раўнавазе, а таксама па перадавой неарганічнай хіміі.
Дэн Янікоўскі — тэхнічны менеджар у Plymouth Tube. На працягу 35 гадоў ён займаўся распрацоўкай металаў, вытворчасцю і выпрабаваннем трубчастай прадукцыі, у тым ліку медных сплаваў, нержавеючай сталі, нікелевых сплаваў, тытана і вугляродзістай сталі. Працуючы ў Plymouth Metro з 2005 года, Янікоўскі займаў розныя кіруючыя пасады, перш чым стаць тэхнічным менеджарам у 2010 годзе.