L'autori anu rivedutu e nuove specificazioni di i prughjetti energetichi ripetutamente, in i quali i cuncettori di l'impianti sceglienu tipicamente l'acciaio inox 304 o 316 per i tubi di condensatore è di scambiatore di calore ausiliariu. Per parechji, u termine acciaio inox evoca un'aura di corrosione invincibile, quandu in realtà, l'acciaio inox pò qualchì volta esse a peghju scelta perchè sò suscettibili à a corrosione lucalizzata. È, in quest'era di ridotta dispunibilità d'acqua fresca per u rifornimentu di l'acqua di raffreddamentu, accumpagnata da torri di raffreddamentu chì operanu à cicli di alta concentrazione, i potenziali meccanismi di rottura di l'acciaio inox sò amplificati. In alcune applicazioni, l'acciaio inox serie 300 sopravviverà solu per mesi, qualchì volta solu settimane, prima di fallu. Questu articulu si concentra almenu nantu à i prublemi chì devenu esse cunsiderati quandu si sceglienu i materiali di i tubi di condensatore da una perspettiva di trattamentu di l'acqua. Altri fattori chì ùn sò micca discussi in questu documentu, ma chì ghjocanu un rolu in a selezzione di i materiali includenu a resistenza di i materiali, e proprietà di trasferimentu di calore è a resistenza à e forze meccaniche, cumprese a fatica è a corrosione per erosione.
L'aghjunta di 12% o più di cromu à l'acciaiu face chì a lega formi un stratu d'ossidu cuntinuu chì prutege u metallu di basa sottu. Da quì u termine acciaio inox. In assenza di altri materiali di lega (in particulare u nichel), l'acciaiu à u carbone face parte di u gruppu di a ferrite, è a so cellula unitaria hà una struttura cubica centrata nantu à u corpu (BCC).
Quandu u nichel hè aghjuntu à a mistura di lega à una cuncentrazione di 8% o più, ancu à temperatura ambiente, a cellula esisterà in una struttura cubica à facce centrate (FCC) chjamata austenite.
Cum'è mostratu in a Tavula 1, l'acciai inox di a serie 300 è altri acciai inox anu un cuntenutu di nichel chì produce una struttura austenitica.
L'acciai austenitici anu dimustratu esse assai preziosi in parechje applicazioni, cumprese cum'è materiale per tubi di surriscaldatore è riscaldatore à alta temperatura in caldaie à putenza. A serie 300 in particulare hè spessu aduprata cum'è materiale per tubi di scambiatore di calore à bassa temperatura, cumpresi i condensatori di superficie di vapore. Tuttavia, hè in queste applicazioni chì parechji trascuranu i putenziali meccanismi di guastu.
A principale difficultà cù l'acciaiu inox, in particulare i materiali populari 304 è 316, hè chì u stratu d'ossidu prutettore hè spessu distruttu da l'impurità in l'acqua di raffreddamentu è da crepe è depositi chì aiutanu à cuncentrà l'impurità. Inoltre, in cundizioni di spegnimentu, l'acqua stagnante pò purtà à a crescita microbica, chì i so sottoprodotti metabolichi ponu esse assai dannosi per i metalli.
Una impurità cumuna di l'acqua di raffreddamentu, è una di e più difficili da eliminà economicamente, hè u cloruru. Questu ione pò causà parechji prublemi in i generatori di vapore, ma in i condensatori è i scambiatori di calore ausiliari, a principale difficultà hè chì i cloruri in concentrazioni sufficienti ponu penetrà è distrughje u stratu d'ossidu protettivu nantu à l'acciaio inox, causendu currusione lucalizzata, vale à dì pitting.
A pitting hè una di e forme più insidiose di corrosione perchè pò causà penetrazioni di muri è guasti à l'attrezzatura cù poca perdita di metallu.
E concentrazioni di cloruri ùn devenu micca esse assai elevate per causà corrosione per pitting in l'acciaio inox 304 è 316, è per e superfici pulite senza depositi o fessure, e concentrazioni massime di cloruri raccomandate sò avà cunsiderate cum'è:
Parechji fattori ponu facilmente pruduce cuncentrazioni di cloruri chì superanu queste linee guida, sia in generale sia in lochi lucalizati. Hè diventatu assai raru di cunsiderà prima u raffreddamentu à passaghju unicu per e nuove centrali elettriche. A maiò parte sò custruite cù torri di raffreddamentu, o in certi casi, condensatori raffreddati à aria (ACC). Per quelli chì anu torri di raffreddamentu, a cuncentrazione di impurità in i cosmetici pò "ciclà in su". Per esempiu, una colonna cù una cuncentrazione di cloruri in l'acqua di maquillaje di 50 mg/l funziona cù cinque cicli di cuncentrazione, è u cuntenutu di cloruri di l'acqua circulante hè di 250 mg/l. Questu solu duveria generalmente escludere 304 SS. Inoltre, in impianti novi è esistenti, ci hè un bisognu crescente di rimpiazzà l'acqua dolce per a ricarica di l'impianto. Una alternativa cumuna hè l'acqua di scaricu municipale. A Tavula 2 paraguna l'analisi di e quattru forniture d'acqua dolce cù e quattru forniture d'acqua di scaricu.
Attenti à l'aumentu di i livelli di cloruri (è altre impurità, cum'è l'azotu è u fosforu, chì ponu aumentà assai a contaminazione microbica in i sistemi di raffreddamentu). Per essenzialmente tutta l'acqua grigia, ogni circulazione in a torre di raffreddamentu supererà u limite di cloruri raccomandatu da 316 SS.
A discussione precedente hè basata annantu à u putenziale di currusione di e superfici metalliche cumuni. E fratture è i sedimenti cambianu dramaticamente a storia, postu chì tramindui furniscenu lochi induve l'impurità ponu cuncentrassi. Un locu tipicu per e crepe meccaniche in i condensatori è scambiatori di calore simili hè à e giunzioni di e piastre tubu-tubu. I sedimenti in u tubu ponu creà crepe à u cunfine di i sedimenti, è u sedimentu stessu pò serve cum'è situ per a contaminazione. Inoltre, postu chì l'acciaiu inox si basa nantu à un stratu d'ossidu cuntinuu per a prutezzione, i depositi ponu furmà siti poveri d'ossigenu chì trasformanu a superficia d'acciaiu restante in un anodu.
A discussione sopra descrive i prublemi chì i cuncettori di l'impianti ùn tenenu micca contu di solitu quandu specificanu i materiali di i tubi di u condensatore è di u scambiatore di calore ausiliariu per i novi prughjetti. A mentalità riguardu à l'acciaio inox 304 è 316 pare qualchì volta esse "hè ciò chì avemu sempre fattu" senza cunsiderà e cunsequenze di tali azzioni. Materiali alternativi sò dispunibili per trattà e cundizioni più dure di l'acqua di raffreddamentu chì parechje piante affrontanu avà.
Prima di discute i metalli alternativi, un altru puntu deve esse brevemente menzionatu. In parechji casi, un acciaio inossidabile 316 o ancu un acciaio inossidabile 304 hà funzionatu bè durante u funziunamentu nurmale, ma hà fiascatu durante una mancanza di corrente. In a maiò parte di i casi, u fallimentu hè duvutu à un cattivu drenaggiu di u condensatore o di u scambiatore di calore chì provoca acqua stagnante in i tubi. Questu ambiente furnisce e cundizioni ideali per a crescita di i microrganismi. E culonie microbiche à u so tornu producenu cumposti currusivi chì corrodenu direttamente u metallu tubulare.
Stu mecanismu, cunnisciutu cum'è currusione indotta microbicamente (MIC), hè cunnisciutu per distrughje i tubi d'acciaio inox è altri metalli in poche settimane. Se u scambiatore di calore ùn pò esse svuotatu, si deve cunsiderà seriamente a circulazione periodica di l'acqua attraversu u scambiatore di calore è l'aghjunghje di biocida durante u prucessu. (Per più dettagli nantu à e procedure di layup adatte, vede D. Janikowski, "Layering Up Condenser and BOP Exchangers - Considerations"; tenutu da u 4 à u 6 di ghjugnu 2019 in Champaign, IL Presentatu à u 39esimu Simposiu di Chimica di l'Utilità Elettrica.)
Per l'ambienti difficili evidenziati sopra, è ancu per l'ambienti più difficili cum'è l'acqua salmastra o l'acqua di mare, si ponu aduprà metalli alternativi per alluntanà l'impurità. Trè gruppi di leghe anu dimustratu u so successu, u titaniu cummercialmente puru, l'acciaio inox austeniticu à 6% di molibdenu è l'acciaio inox superferriticu. Queste leghe sò ancu resistenti à u MIC. Ancu s'è u titaniu hè cunsideratu assai resistente à a currusione, a so struttura cristallina esagonale compatta è u so modulu elasticu estremamente bassu u rendenu suscettibile à i danni meccanichi. Questa lega hè più adatta per e nuove installazioni cù strutture di supportu di tubi forti. Una eccellente alternativa hè l'acciaio inox superferriticu Sea-Cure®. A cumpusizione di stu materiale hè mostrata quì sottu.
L'acciaiu hè riccu in cromu ma bassu in nichelu, dunque hè un acciaio inox ferriticu piuttostu chè un acciaio inox austeniticu. A causa di u so bassu cuntenutu di nichelu, costa assai menu cà altre leghe. L'alta resistenza è u modulu elasticu di Sea-Cure permettenu pareti più sottili cà altri materiali, risultendu in un trasferimentu di calore miglioratu.
E proprietà migliorate di sti metalli sò mostrate nantu à u graficu "Pitting Resistance Equivalent Number", chì, cum'è u nome suggerisce, hè una prucedura di prova aduprata per determinà a resistenza di diversi metalli à a corrosione da pitting.
Una di e dumande più cumuni hè "Chì ghjè u cuntenutu massimu di cloruri chì un certu gradu d'acciaiu inox pò tollerà?". E risposte varianu assai. I fattori includenu u pH, a temperatura, a presenza è u tipu di fratture, è u putenziale di spezie biologiche attive. Un strumentu hè statu aghjuntu nantu à l'asse drittu di a Figura 5 per aiutà cù sta decisione. Hè basatu annantu à u pH neutru, l'acqua chì scorri à 35 ° C chì si trova cumunemente in parechje applicazioni BOP è di cundensazione (per impedisce a furmazione di depositi è a furmazione di crepe). Una volta chì una lega cù una cumpusizione chimica specifica hè stata scelta, PREn pò esse determinatu è poi intersecatu cù a barra adatta. U livellu massimu di cloruri raccomandatu pò esse determinatu tracciendu una linea orizzontale nantu à l'asse drittu. In generale, se una lega deve esse cunsiderata per applicazioni salmastre o d'acqua di mare, deve avè un CCT superiore à 25 gradi Celsius cum'è misuratu da u test G 48.
Hè chjaru chì e leghe superferritiche rapprisentate da Sea-Cure® sò generalmente adatte ancu per applicazioni d'acqua di mare. Ci hè un altru benefiziu per questi materiali chì deve esse messu in risaltu. I prublemi di corrosione di u manganese sò stati osservati per 304 è 316 SS per parechji anni, ancu in e piante longu u fiume Ohio. Recentemente, i scambiatori di calore in e piante longu i fiumi Mississippi è Missouri sò stati attaccati. A corrosione di u manganese hè ancu un prublema cumunu in i sistemi di riempimentu di l'acqua di pozzu. U mecanismu di corrosione hè statu identificatu cum'è diossidu di manganese (MnO2) chì reagisce cù un biocida ossidante per generà acidu cloridricu sottu à u depositu. HCl hè ciò chì attacca veramente i metalli. [WH Dickinson è RW Pick, "Corrosione dipendente da u manganese in l'industria di l'energia elettrica"; presentatu à a Cunferenza Annuale di Corrosione NACE 2002, Denver, CO.] L'acciai ferritici sò resistenti à questu mecanismu di corrosione.
A selezzione di materiali di qualità superiore per i tubi di u condensatore è di u scambiatore di calore ùn hè ancu un sustitutu per un cuntrollu adattatu di a chimica di u trattamentu di l'acqua. Cum'è l'autore Buecker hà descrittu in un articulu precedente di ingegneria energetica, un prugramma di trattamentu chimicu currettamente cuncipitu è ​​​​operatu hè necessariu per minimizà u putenziale di scalatura, corrosione è incrostazioni. A chimica di i polimeri emerge cum'è una putente alternativa à a chimica di fosfatu / fosfonatu più vechja per cuntrullà a corrosione è a scalatura in i sistemi di torri di raffreddamentu. U cuntrollu di a contaminazione microbica hè stata è continuerà à esse un prublema criticu. Mentre a chimica ossidativa cù cloru, candeggina o cumposti simili hè a petra angulare di u cuntrollu microbicu, i trattamenti supplementari ponu spessu migliurà l'efficienza di i prugrammi di trattamentu. Un esempiu hè a chimica di stabilizazione, chì aiuta à aumentà a velocità di liberazione è l'efficienza di biocidi ossidanti à basa di cloru senza introduce alcun cumpostu dannosu in l'acqua. Inoltre, l'alimentazione supplementaria cù fungicidi non ossidanti pò esse assai benefica per cuntrullà u sviluppu microbicu. U risultatu hè chì ci sò parechji modi per migliurà a sustenibilità è l'affidabilità di i scambiatori di calore di e centrali elettriche, ma ogni sistema hè diversu, dunque una pianificazione attenta è a cunsultazione cù esperti di l'industria sò impurtanti per a scelta di i materiali è di e procedure chimiche. Gran parte di questu articulu hè scrittu da Da un puntu di vista di u trattamentu di l'acqua, ùn simu micca implicati in e decisioni relative à i materiali, ma ci hè dumandatu di aiutà à gestisce l'impattu di queste decisioni una volta chì l'attrezzatura hè in funzione. A decisione finale nantu à a selezzione di i materiali deve esse presa da u persunale di a pianta in basa à una quantità di fattori specificati per ogni applicazione.
À propositu di l'autore: Brad Buecker hè un publicista tecnicu senior in ChemTreat. Hà 36 anni di sperienza in o affiliatu à l'industria energetica, a maiò parte di ella in chimica di generazione di vapore, trattamentu di l'acqua, cuntrollu di a qualità di l'aria è in City Water, Light & Power (Springfield, IL) è Kansas City Power & Light Company si trova in La Cygne Station, Kansas. Hà ancu passatu dui anni cum'è supervisore di l'acqua / acque reflue in una centrale chimica. Buecker hà una laurea in chimica da l'Università Statale di l'Iowa cù corsi supplementari in meccanica di fluidi, equilibriu energeticu è di materiali è chimica inorganica avanzata.
Dan Janikowski hè u direttore tecnicu di Plymouth Tube. Dapoi 35 anni, hè statu implicatu in u sviluppu di metalli, a fabricazione è a prova di prudutti tubulari, cumpresi leghe di rame, acciaio inox, leghe di nichel, titaniu è acciaio à u carbone. Essendu statu cù Plymouth Metro dapoi u 2005, Janikowski hà occupatu diverse pusizioni senior prima di diventà direttore tecnicu in u 2010.