Mae'r awduron wedi adolygu manylebau prosiectau pŵer newydd dro ar ôl tro, lle mae dylunwyr planhigion fel arfer yn dewis dur gwrthstaen 304 neu 316 ar gyfer tiwbiau cyddwysydd a chyfnewidydd gwres ategol. I lawer, mae'r term dur gwrthstaen yn creu awyrgylch o gyrydiad anorchfygol, pan mewn gwirionedd, gall dur gwrthstaen weithiau fod y dewis gwaethaf oherwydd eu bod yn agored i gyrydiad lleol. Ac, yn yr oes hon o argaeledd llai o ddŵr croyw ar gyfer gwneud dŵr oeri, ynghyd â thyrrau oeri sy'n gweithredu ar gylchoedd crynodiad uchel, mae mecanweithiau methiant dur gwrthstaen posibl yn cael eu chwyddo. Mewn rhai cymwysiadau, dim ond am fisoedd, weithiau dim ond wythnosau, y bydd dur gwrthstaen cyfres 300 yn goroesi cyn methu. Mae'r erthygl hon yn canolbwyntio ar o leiaf y materion y dylid eu hystyried wrth ddewis deunyddiau tiwb cyddwysydd o safbwynt trin dŵr. Mae ffactorau eraill nad ydynt yn cael eu trafod yn y papur hwn ond sy'n chwarae rhan mewn dewis deunyddiau yn cynnwys cryfder deunydd, priodweddau trosglwyddo gwres, a gwrthwynebiad i rymoedd mecanyddol, gan gynnwys cyrydiad blinder ac erydiad.
Mae ychwanegu 12% neu fwy o gromiwm at ddur yn achosi i'r aloi ffurfio haen ocsid barhaus sy'n amddiffyn y metel sylfaen oddi tano. Dyna pam y defnyddir y term dur di-staen. Yn absenoldeb deunyddiau aloi eraill (yn enwedig nicel), mae dur carbon yn rhan o'r grŵp ferrite, ac mae gan ei gell uned strwythur ciwbig sy'n canolbwyntio ar y corff (BCC).
Pan ychwanegir nicel at y cymysgedd aloi ar grynodiad o 8% neu uwch, bydd y gell yn bodoli mewn strwythur ciwbig canolog ar yr wyneb (FCC) o'r enw austenit, hyd yn oed ar dymheredd amgylchynol.
Fel y dangosir yn Nhabl 1, mae gan ddur di-staen cyfres 300 a dur di-staen arall gynnwys nicel sy'n cynhyrchu strwythur austenitig.
Mae duroedd austenitig wedi profi i fod yn werthfawr iawn mewn llawer o gymwysiadau, gan gynnwys fel deunydd ar gyfer tiwbiau uwchwresogydd a thiwbiau ailwresogydd tymheredd uchel mewn boeleri pŵer. Defnyddir y gyfres 300 yn benodol yn aml fel deunydd ar gyfer tiwbiau cyfnewidydd gwres tymheredd isel, gan gynnwys cyddwysyddion wyneb stêm. Fodd bynnag, yn y cymwysiadau hyn y mae llawer yn anwybyddu mecanweithiau methiant posibl.
Y prif anhawster gyda dur di-staen, yn enwedig y deunyddiau poblogaidd 304 a 316, yw bod yr haen ocsid amddiffynnol yn aml yn cael ei dinistrio gan amhureddau yn y dŵr oeri a chan agennau a dyddodion sy'n helpu i ganolbwyntio amhureddau. Yn ogystal, o dan amodau cau i lawr, gall dŵr llonydd arwain at dwf microbaidd, y gall ei sgil-gynhyrchion metabolaidd fod yn niweidiol iawn i fetelau.
Un o'r rhai anoddaf i'w gael gwared arno'n economaidd yw clorid. Gall yr ïon hwn achosi llawer o broblemau mewn generaduron stêm, ond mewn cyddwysyddion a chyfnewidwyr gwres ategol, y prif anhawster yw y gall cloridau mewn crynodiadau digonol dreiddio a dinistrio'r haen ocsid amddiffynnol ar ddur di-staen, gan achosi cyrydiad lleol, h.y. twll.
Mae tyllau yn un o'r ffurfiau mwyaf maleisus o gyrydiad oherwydd gall achosi treiddiadau wal a methiant offer gyda cholled fetel fach.
Nid oes rhaid i grynodiadau clorid fod yn uchel iawn i achosi cyrydiad twll mewn dur di-staen 304 a 316, ac ar gyfer arwynebau glân heb unrhyw ddyddodion na holltau, ystyrir bellach mai'r crynodiadau clorid uchaf a argymhellir yw:
Gall sawl ffactor gynhyrchu crynodiadau clorid sy'n fwy na'r canllawiau hyn yn hawdd, yn gyffredinol ac mewn lleoliadau lleol. Mae wedi dod yn brin iawn ystyried oeri unwaith yn gyntaf ar gyfer gorsafoedd pŵer newydd. Mae'r rhan fwyaf wedi'u hadeiladu gyda thyrrau oeri, neu mewn rhai achosion, cyddwysyddion wedi'u hoeri ag aer (ACC). I'r rhai sydd â thyrrau oeri, gall crynodiad amhureddau mewn colur "gylchu i fyny". Er enghraifft, mae colofn gyda chrynodiad clorid dŵr colur o 50 mg/l yn gweithredu gyda phum cylch crynodiad, ac mae cynnwys clorid y dŵr sy'n cylchredeg yn 250 mg/l. Dylai hyn ar ei ben ei hun yn gyffredinol ddiystyru 304 SS. Yn ogystal, mewn gweithfeydd newydd a phresennol, mae angen cynyddol i ddisodli dŵr croyw ar gyfer ailwefru gweithfeydd. Dewis arall cyffredin yw dŵr gwastraff trefol. Mae Tabl 2 yn cymharu dadansoddiad y pedwar cyflenwad dŵr croyw â'r pedwar cyflenwad dŵr gwastraff.
Byddwch yn ofalus am lefelau clorid uwch (ac amhureddau eraill, fel nitrogen a ffosfforws, a all gynyddu halogiad microbaidd yn fawr mewn systemau oeri). Ar gyfer bron pob dŵr llwyd, bydd unrhyw gylchrediad yn y tŵr oeri yn fwy na'r terfyn clorid a argymhellir gan 316 SS.
Mae'r drafodaeth flaenorol yn seiliedig ar botensial cyrydiad arwynebau metel cyffredin. Mae craciau a gwaddodion yn newid y stori'n sylweddol, gan fod y ddau yn darparu lleoedd lle gall amhureddau ganolbwyntio. Lleoliad nodweddiadol ar gyfer craciau mecanyddol mewn cyddwysyddion a chyfnewidwyr gwres tebyg yw mewn cyffyrdd dalennau tiwb-i-diwb. Gall gwaddod o fewn y tiwb greu craciau ar ffin y gwaddod, a gall y gwaddod ei hun wasanaethu fel safle ar gyfer halogiad. Ar ben hynny, oherwydd bod dur di-staen yn dibynnu ar haen ocsid barhaus i'w amddiffyn, gall y dyddodion ffurfio safleoedd tlawd o ocsigen sy'n troi'r wyneb dur sy'n weddill yn anod.
Mae'r drafodaeth uchod yn amlinellu materion nad yw dylunwyr gweithfeydd fel arfer yn eu hystyried wrth nodi deunyddiau tiwbiau cyddwysydd a chyfnewidydd gwres ategol ar gyfer prosiectau newydd. Mae'r meddylfryd ynghylch y 304 a'r 316 SS weithiau'n dal i ymddangos fel "dyna beth rydyn ni wedi'i wneud erioed" heb ystyried canlyniadau gweithredoedd o'r fath. Mae deunyddiau amgen ar gael i ymdopi â'r amodau dŵr oeri llymach y mae llawer o blanhigion bellach yn eu hwynebu.
Cyn trafod metelau amgen, rhaid nodi pwynt arall yn fyr. Mewn llawer o achosion, perfformiodd SS 316 neu hyd yn oed SS 304 yn dda yn ystod gweithrediad arferol, ond methodd yn ystod toriad pŵer. Yn y rhan fwyaf o achosion, mae'r methiant oherwydd draeniad gwael o'r cyddwysydd neu'r cyfnewidydd gwres gan achosi dŵr llonydd yn y tiwbiau. Mae'r amgylchedd hwn yn darparu amodau delfrydol ar gyfer twf micro-organebau. Mae cytrefi microbaidd yn eu tro yn cynhyrchu cyfansoddion cyrydol sy'n cyrydu'r metel tiwbaidd yn uniongyrchol.
Mae'r mecanwaith hwn, a elwir yn gyrydiad a achosir gan ficrobau (MIC), yn hysbys i ddinistrio pibellau dur di-staen a metelau eraill o fewn wythnosau. Os na ellir draenio'r cyfnewidydd gwres, dylid ystyried o ddifrif gylchredeg dŵr yn rheolaidd drwy'r cyfnewidydd gwres ac ychwanegu bioleiddiad yn ystod y broses. (Am fwy o fanylion ar weithdrefnau gosod priodol, gweler D. Janikowski, “Layering Up Condenser and BOP Exchangers – Considerings”; a gynhaliwyd Mehefin 4-6, 2019 yn Champaign, IL Wedi'i gyflwyno yn y 39ain Symposiwm Cemeg Cyfleustodau Trydan.)
Ar gyfer yr amgylcheddau llym a amlygwyd uchod, yn ogystal ag amgylcheddau mwy llym fel dŵr hallt neu ddŵr y môr, gellir defnyddio metelau amgen i gadw amhureddau draw. Mae tri grŵp aloi wedi profi'n llwyddiannus, titaniwm pur yn fasnachol, dur di-staen austenitig molybdenwm 6% a dur di-staen uwch-fferritig. Mae'r aloion hyn hefyd yn gallu gwrthsefyll MIC. Er bod titaniwm yn cael ei ystyried yn gallu gwrthsefyll cyrydiad yn fawr, mae ei strwythur grisial hecsagonol wedi'i bacio'n dynn a'i fodiwlws elastig isel iawn yn ei gwneud yn agored i ddifrod mecanyddol. Mae'r aloi hwn yn fwyaf addas ar gyfer gosodiadau newydd gyda strwythurau cynnal tiwb cryf. Dewis arall rhagorol yw'r dur di-staen uwch-fferritig Sea-Cure®. Dangosir cyfansoddiad y deunydd hwn isod.
Mae'r dur yn uchel mewn cromiwm ond yn isel mewn nicel, felly mae'n ddur di-staen fferitig yn hytrach na dur di-staen austenitig. Oherwydd ei gynnwys nicel isel, mae'n costio llawer llai nag aloion eraill. Mae cryfder uchel a modwlws elastig Sea-Cure yn caniatáu waliau teneuach na deunyddiau eraill, gan arwain at drosglwyddo gwres gwell.
Dangosir priodweddau gwell y metelau hyn ar y siart “Rhif Cyfwerth Gwrthiant Pitting”, sydd, fel mae'r enw'n awgrymu, yn weithdrefn brofi a ddefnyddir i bennu ymwrthedd gwahanol fetelau i gyrydiad pitting.
Un o'r cwestiynau mwyaf cyffredin yw “Beth yw'r cynnwys clorid uchaf y gall gradd benodol o ddur di-staen ei oddef?” Mae'r atebion yn amrywio'n fawr. Mae ffactorau'n cynnwys pH, tymheredd, presenoldeb a math o doriadau, a'r potensial ar gyfer rhywogaethau biolegol gweithredol. Ychwanegwyd offeryn ar echelin dde Ffigur 5 i helpu gyda'r penderfyniad hwn. Mae'n seiliedig ar pH niwtral, dŵr llifo 35°C a geir yn gyffredin mewn llawer o gymwysiadau BOP a chyddwysiad (i atal ffurfio dyddodion a ffurfio craciau). Unwaith y bydd aloi â chyfansoddiad cemegol penodol wedi'i ddewis, gellir pennu PREn ac yna ei groestorri â'r slaes briodol. Yna gellir pennu'r lefel clorid uchaf a argymhellir trwy dynnu llinell lorweddol ar yr echelin dde. Yn gyffredinol, os yw aloi i'w ystyried ar gyfer cymwysiadau dŵr hallt neu ddŵr môr, mae angen iddo gael CCT uwchlaw 25 gradd Celsius fel y'i mesurir gan brawf G 48.
Mae'n amlwg bod yr aloion uwch-fferritig a gynrychiolir gan Sea-Cure® yn gyffredinol addas ar gyfer cymwysiadau dŵr môr hyd yn oed. Mae budd arall i'r deunyddiau hyn y mae'n rhaid ei bwysleisio. Mae problemau cyrydiad manganîs wedi'u harsylwi ar gyfer 304 a 316 SS ers blynyddoedd lawer, gan gynnwys mewn gweithfeydd ar hyd Afon Ohio. Yn ddiweddar, mae cyfnewidwyr gwres mewn gweithfeydd ar hyd Afonydd Mississippi a Missouri wedi cael eu hymosod. Mae cyrydiad manganîs hefyd yn broblem gyffredin mewn systemau gwneud dŵr ffynnon. Mae'r mecanwaith cyrydiad wedi'i nodi fel deuocsid manganîs (MnO2) yn adweithio â bioleiddiad ocsideiddiol i gynhyrchu asid hydroclorig o dan y dyddodiad. HCl yw'r hyn sy'n ymosod ar fetelau mewn gwirionedd. [WH Dickinson a RW Pick, "Cyrydiad sy'n Ddibynnol ar Manganîs yn y Diwydiant Pŵer Trydan"; a gyflwynwyd yng Nghynhadledd Cyrydiad Flynyddol NACE 2002, Denver, CO.] Mae duroedd fferritig yn gallu gwrthsefyll y mecanwaith cyrydiad hwn.
Nid yw dewis deunyddiau gradd uwch ar gyfer tiwbiau cyddwysydd a chyfnewidydd gwres yn dal i fod yn lle rheoli cemeg trin dŵr yn briodol. Fel y mae'r awdur Buecker wedi'i amlinellu mewn erthygl beirianneg pŵer flaenorol, mae angen rhaglen driniaeth gemegol sydd wedi'i chynllunio a'i gweithredu'n iawn i leihau'r potensial ar gyfer graddio, cyrydiad a baeddu. Mae cemeg polymer yn dod i'r amlwg fel dewis arall pwerus i gemeg ffosffad/ffosffonad hŷn i reoli cyrydiad a graddio mewn systemau twr oeri. Mae rheoli halogiad microbaidd wedi bod ac yn parhau i fod yn fater hollbwysig. Er bod cemeg ocsideiddiol gyda chlorin, cannydd, neu gyfansoddion tebyg yn gonglfaen rheoli microbaidd, gall triniaethau atodol wella effeithlonrwydd rhaglenni triniaeth yn aml. Un enghraifft o'r fath yw cemeg sefydlogi, sy'n helpu i gynyddu cyfradd rhyddhau ac effeithlonrwydd bioladdwyr ocsideiddiol sy'n seiliedig ar glorin heb gyflwyno unrhyw gyfansoddion niweidiol i'r dŵr. Yn ogystal, gall porthiant atodol gyda ffwngladdiadau nad ydynt yn ocsideiddio fod yn fuddiol iawn wrth reoli datblygiad microbaidd. Y canlyniad yw bod llawer o ffyrdd i wella cynaliadwyedd a dibynadwyedd cyfnewidwyr gwres gorsafoedd pŵer, ond mae pob system yn wahanol, felly mae cynllunio gofalus ac ymgynghori ag arbenigwyr yn y diwydiant yn bwysig ar gyfer dewis deunyddiau a gweithdrefnau cemegol. Mae llawer o Mae'r erthygl hon wedi'i hysgrifennu o safbwynt trin dŵr, nid ydym yn ymwneud â phenderfyniadau materol, ond gofynnir i ni helpu i reoli effaith y penderfyniadau hynny unwaith y bydd yr offer ar waith. Rhaid i bersonél y ffatri wneud y penderfyniad terfynol ar ddewis deunyddiau yn seiliedig ar nifer o ffactorau a bennir ar gyfer pob cymhwysiad.
Ynglŷn â'r Awdur: Mae Brad Buecker yn Uwch Gyhoeddwr Technegol yn ChemTreat. Mae ganddo 36 mlynedd o brofiad yn y diwydiant pŵer neu'n gysylltiedig ag ef, llawer ohono mewn cemeg cynhyrchu stêm, trin dŵr, rheoli ansawdd aer ac yn City Water, Light & Power (Springfield, IL) ac mae Kansas City Power & Light Company wedi'i leoli yn La Cygne Station, Kansas. Treuliodd ddwy flynedd hefyd fel goruchwyliwr dŵr/dŵr gwastraff dros dro mewn ffatri gemegol. Mae gan Buecker BSc mewn Cemeg o Brifysgol Talaith Iowa gyda gwaith cwrs ychwanegol mewn Mecaneg Hylifau, Cydbwysedd Ynni a Deunyddiau, a Chemeg Anorganig Uwch.
Rheolwr Technegol yn Plymouth Tube yw Dan Janikowski. Ers 35 mlynedd, mae wedi bod yn ymwneud â datblygu metelau, cynhyrchu a phrofi cynhyrchion tiwbaidd gan gynnwys aloion copr, dur di-staen, aloion nicel, titaniwm a dur carbon. Ar ôl bod gyda Plymouth Metro ers 2005, mae Janikowski wedi dal amryw o swyddi uwch cyn dod yn Rheolwr Technegol yn 2010.