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लेखकों ने नए विद्युत परियोजना विनिर्देशों की बार-बार समीक्षा की है, जिनमें संयंत्र डिजाइनर आमतौर पर कंडेंसर और सहायक हीट एक्सचेंजर ट्यूबिंग के लिए 304 या 316 स्टेनलेस स्टील का चयन करते हैं। कई लोगों के लिए, स्टेनलेस स्टील शब्द जंग से अप्रभावित होने का आभास कराता है, जबकि वास्तव में, स्टेनलेस स्टील कभी-कभी सबसे खराब विकल्प हो सकता है क्योंकि यह स्थानीयकृत जंग के प्रति संवेदनशील होता है। और, शीतलन जल की पूर्ति के लिए ताजे पानी की कम उपलब्धता और उच्च सांद्रता चक्रों पर चलने वाले शीतलन टावरों के इस युग में, स्टेनलेस स्टील की विफलता के संभावित तंत्र और भी बढ़ जाते हैं। कुछ अनुप्रयोगों में, 300 श्रृंखला का स्टेनलेस स्टील विफल होने से पहले केवल कुछ महीनों, कभी-कभी केवल कुछ हफ्तों तक ही टिक पाता है। यह लेख जल उपचार के दृष्टिकोण से कंडेंसर ट्यूब सामग्री का चयन करते समय विचार किए जाने वाले कम से कम मुद्दों पर केंद्रित है। इस लेख में चर्चा नहीं किए गए अन्य कारक, जो सामग्री चयन में भूमिका निभाते हैं, उनमें सामग्री की मजबूती, ऊष्मा स्थानांतरण गुण और थकान और क्षरण जंग सहित यांत्रिक बलों के प्रति प्रतिरोध शामिल हैं।
इस्पात में 12% या उससे अधिक क्रोमियम मिलाने से मिश्रधातु में एक सतत ऑक्साइड परत बन जाती है जो नीचे की मूल धातु की रक्षा करती है। इसीलिए इसे स्टेनलेस स्टील कहा जाता है। अन्य मिश्रधातु पदार्थों (विशेषकर निकेल) की अनुपस्थिति में, कार्बन स्टील फेराइट समूह का हिस्सा होता है, और इसकी इकाई कोशिका में काय-केंद्रित घन (बीसीसी) संरचना होती है।
जब मिश्रधातु मिश्रण में 8% या उससे अधिक की सांद्रता पर निकेल मिलाया जाता है, तो परिवेशी तापमान पर भी, कोशिका एक फलक-केंद्रित घन (एफसीसी) संरचना में मौजूद होगी जिसे ऑस्टेनाइट कहा जाता है।
जैसा कि तालिका 1 में दिखाया गया है, 300 श्रृंखला के स्टेनलेस स्टील और अन्य स्टेनलेस स्टील में निकल की मात्रा इतनी होती है कि उनमें ऑस्टेनिटिक संरचना उत्पन्न होती है।
ऑस्टेनिटिक स्टील कई अनुप्रयोगों में बहुत उपयोगी साबित हुए हैं, जिनमें पावर बॉयलर में उच्च तापमान वाले सुपरहीटर और रीहीटर ट्यूबों के लिए सामग्री के रूप में इनका उपयोग शामिल है। विशेष रूप से 300 श्रृंखला का उपयोग अक्सर कम तापमान वाले हीट एक्सचेंजर ट्यूबों के लिए सामग्री के रूप में किया जाता है, जिसमें स्टीम सरफेस कंडेंसर भी शामिल हैं। हालांकि, इन्हीं अनुप्रयोगों में कई लोग संभावित विफलता तंत्रों को नजरअंदाज कर देते हैं।
स्टेनलेस स्टील, विशेष रूप से लोकप्रिय 304 और 316 सामग्रियों के साथ मुख्य समस्या यह है कि सुरक्षात्मक ऑक्साइड परत अक्सर शीतलन जल में मौजूद अशुद्धियों और दरारों और जमाव के कारण नष्ट हो जाती है जो अशुद्धियों को केंद्रित करने में सहायक होते हैं। इसके अतिरिक्त, शटडाउन स्थितियों के दौरान, रुका हुआ पानी सूक्ष्मजीवों के विकास का कारण बन सकता है, जिनके चयापचय संबंधी उप-उत्पाद धातुओं के लिए अत्यधिक हानिकारक हो सकते हैं।
शीतलन जल में पाई जाने वाली एक सामान्य अशुद्धि, जिसे आर्थिक रूप से दूर करना सबसे कठिन है, क्लोराइड है। यह आयन स्टीम जनरेटर में कई समस्याएं पैदा कर सकता है, लेकिन कंडेंसर और सहायक हीट एक्सचेंजर में मुख्य कठिनाई यह है कि पर्याप्त सांद्रता में क्लोराइड स्टेनलेस स्टील पर सुरक्षात्मक ऑक्साइड परत को भेदकर नष्ट कर सकता है, जिससे स्थानीय जंग, यानी गड्ढे बन जाते हैं।
पिटिंग जंग लगने के सबसे खतरनाक रूपों में से एक है क्योंकि यह धातु की थोड़ी सी हानि के साथ दीवार में छेद कर सकता है और उपकरणों को खराब कर सकता है।
304 और 316 स्टेनलेस स्टील में गड्ढेदार जंग पैदा करने के लिए क्लोराइड की सांद्रता बहुत अधिक होने की आवश्यकता नहीं होती है, और बिना किसी जमाव या दरारों वाली साफ सतहों के लिए, अनुशंसित अधिकतम क्लोराइड सांद्रता अब इस प्रकार मानी जाती है:
कई कारक सामान्यतः और विशिष्ट स्थानों पर क्लोराइड सांद्रता को इन दिशानिर्देशों से अधिक कर सकते हैं। नए विद्युत संयंत्रों के लिए एक बार में शीतलन प्रणाली पर विचार करना अब बहुत दुर्लभ हो गया है। अधिकांश संयंत्र शीतलन टावरों या कुछ मामलों में वायु-शीतित संघनक (ACC) के साथ निर्मित होते हैं। शीतलन टावरों वाले संयंत्रों में, सौंदर्य प्रसाधनों में अशुद्धियों की सांद्रता बढ़ सकती है। उदाहरण के लिए, 50 मिलीग्राम/लीटर की मेक-अप जल क्लोराइड सांद्रता वाला एक कॉलम पाँच सांद्रता चक्रों के साथ संचालित होता है, और परिसंचारी जल में क्लोराइड की मात्रा 250 मिलीग्राम/लीटर होती है। यह अकेले ही आमतौर पर 304 SS को अनुपयुक्त साबित कर देता है। इसके अतिरिक्त, नए और मौजूदा संयंत्रों में, संयंत्र पुनर्भरण के लिए ताजे पानी को प्रतिस्थापित करने की बढ़ती आवश्यकता है। एक सामान्य विकल्प नगरपालिका अपशिष्ट जल है। तालिका 2 चार ताजे पानी की आपूर्ति और चार अपशिष्ट जल आपूर्ति के विश्लेषण की तुलना करती है।
क्लोराइड के बढ़े हुए स्तर (और नाइट्रोजन और फास्फोरस जैसी अन्य अशुद्धियों, जो शीतलन प्रणालियों में सूक्ष्मजीव संदूषण को काफी हद तक बढ़ा सकती हैं) पर ध्यान दें। लगभग सभी ग्रे वाटर के लिए, कूलिंग टॉवर में किसी भी प्रकार का संचलन 316 एसएस द्वारा अनुशंसित क्लोराइड सीमा से अधिक होगा।
उपरोक्त चर्चा सामान्य धातु सतहों की संक्षारण क्षमता पर आधारित है। दरारें और तलछट स्थिति को पूरी तरह बदल देते हैं, क्योंकि दोनों ही अशुद्धियों के संकेंद्रण के लिए स्थान प्रदान करते हैं। कंडेंसर और इसी तरह के हीट एक्सचेंजर में यांत्रिक दरारों का एक विशिष्ट स्थान ट्यूब-टू-ट्यूब शीट जंक्शन होता है। ट्यूब के भीतर तलछट, तलछट सीमा पर दरारें पैदा कर सकता है, और तलछट स्वयं संदूषण का स्थान बन सकता है। इसके अलावा, चूंकि स्टेनलेस स्टील सुरक्षा के लिए एक निरंतर ऑक्साइड परत पर निर्भर करता है, इसलिए जमाव ऑक्सीजन-रहित स्थान बना सकते हैं जो शेष स्टील की सतह को एनोड में बदल देते हैं।
उपरोक्त चर्चा में उन मुद्दों को रेखांकित किया गया है जिन पर संयंत्र डिजाइनर आमतौर पर नए प्रोजेक्टों के लिए कंडेंसर और सहायक हीट एक्सचेंजर ट्यूब सामग्री निर्दिष्ट करते समय विचार नहीं करते हैं। 304 और 316 एसएस के संबंध में मानसिकता कभी-कभी अभी भी "हमेशा से यही करते आए हैं" वाली प्रतीत होती है, बिना ऐसे कार्यों के परिणामों पर विचार किए। कई संयंत्रों को अब जिन कठोर शीतलन जल स्थितियों का सामना करना पड़ता है, उनसे निपटने के लिए वैकल्पिक सामग्रियां उपलब्ध हैं।
वैकल्पिक धातुओं पर चर्चा करने से पहले, एक और बिंदु का संक्षेप में उल्लेख करना आवश्यक है। कई मामलों में, 316 एसएस या यहां तक ​​कि 304 एसएस भी सामान्य संचालन के दौरान अच्छा प्रदर्शन करते हैं, लेकिन बिजली कटौती के दौरान विफल हो जाते हैं। अधिकतर मामलों में, विफलता का कारण कंडेंसर या हीट एक्सचेंजर की खराब जल निकासी है जिससे ट्यूबों में पानी जमा हो जाता है। यह वातावरण सूक्ष्मजीवों के विकास के लिए आदर्श परिस्थितियाँ प्रदान करता है। सूक्ष्मजीवों की कॉलोनियाँ संक्षारक यौगिक उत्पन्न करती हैं जो सीधे ट्यूबलर धातु को नष्ट कर देते हैं।
सूक्ष्मजीव-प्रेरित संक्षारण (एमआईसी) के रूप में जानी जाने वाली यह प्रक्रिया कुछ ही हफ्तों में स्टेनलेस स्टील के पाइपों और अन्य धातुओं को नष्ट कर देती है। यदि हीट एक्सचेंजर से पानी नहीं निकाला जा सकता है, तो हीट एक्सचेंजर के माध्यम से समय-समय पर पानी प्रवाहित करने और इस प्रक्रिया के दौरान जैवनाशक मिलाने पर गंभीरता से विचार किया जाना चाहिए। (उचित लेआउट प्रक्रियाओं के बारे में अधिक जानकारी के लिए, डी. जानिकोव्स्की का लेख "कंडेंसर और बीओपी एक्सचेंजर का लेयरिंग अप - विचारणीय बिंदु" देखें; जो 4-6 जून, 2019 को शैम्पेन, इलिनोइस में आयोजित 39वें इलेक्ट्रिक यूटिलिटी केमिस्ट्री संगोष्ठी में प्रस्तुत किया गया था।)
ऊपर वर्णित कठोर वातावरणों के साथ-साथ खारे पानी या समुद्री जल जैसे और भी कठोर वातावरणों के लिए, अशुद्धियों को दूर करने के लिए वैकल्पिक धातुओं का उपयोग किया जा सकता है। तीन मिश्र धातु समूह सफल सिद्ध हुए हैं: व्यावसायिक रूप से शुद्ध टाइटेनियम, 6% मोलिब्डेनम ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील और सुपरफेरिटिक स्टेनलेस स्टील। ये मिश्र धातुएं माइक्रो-इन्फ्लेमेटरी कंजेशन (एमआईसी) प्रतिरोधी भी हैं। हालांकि टाइटेनियम को संक्षारण के प्रति अत्यधिक प्रतिरोधी माना जाता है, लेकिन इसकी षट्कोणीय सघन क्रिस्टल संरचना और अत्यंत कम प्रत्यास्थता मापांक इसे यांत्रिक क्षति के प्रति संवेदनशील बनाते हैं। यह मिश्र धातु मजबूत ट्यूब सपोर्ट संरचनाओं वाले नए इंस्टॉलेशन के लिए सबसे उपयुक्त है। एक उत्कृष्ट विकल्प सुपरफेरिटिक स्टेनलेस स्टील सी-क्योर® है। इस सामग्री की संरचना नीचे दर्शाई गई है।
इस स्टील में क्रोमियम की मात्रा अधिक और निकेल की मात्रा कम होती है, इसलिए यह ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील के बजाय फेरिटिक स्टेनलेस स्टील है। निकेल की कम मात्रा के कारण, यह अन्य मिश्र धातुओं की तुलना में काफी सस्ता है। सी-क्योर की उच्च शक्ति और प्रत्यास्थता मापांक अन्य सामग्रियों की तुलना में पतली दीवारों की अनुमति देते हैं, जिसके परिणामस्वरूप बेहतर ऊष्मा स्थानांतरण होता है।
इन धातुओं के उन्नत गुणों को "पिटिंग रेजिस्टेंस इक्विवेलेंट नंबर" चार्ट पर दर्शाया गया है, जो कि नाम से ही स्पष्ट है, विभिन्न धातुओं के पिटिंग संक्षारण के प्रतिरोध को निर्धारित करने के लिए उपयोग की जाने वाली एक परीक्षण प्रक्रिया है।
सबसे आम सवालों में से एक है, "स्टेनलेस स्टील की एक विशेष श्रेणी अधिकतम कितनी क्लोराइड मात्रा सहन कर सकती है?" इसके उत्तर अलग-अलग होते हैं। इनमें pH, तापमान, दरारों की उपस्थिति और प्रकार, और सक्रिय जैविक प्रजातियों की संभावना जैसे कारक शामिल हैं। इस निर्णय में सहायता के लिए चित्र 5 के दाहिने अक्ष पर एक उपकरण जोड़ा गया है। यह उपकरण तटस्थ pH और 35°C तापमान वाले बहते पानी पर आधारित है, जो आमतौर पर कई BOP और संघनन अनुप्रयोगों में पाया जाता है (जमाव और दरार बनने से रोकने के लिए)। एक बार विशिष्ट रासायनिक संरचना वाले मिश्र धातु का चयन हो जाने के बाद, PREn का निर्धारण किया जा सकता है और फिर उसे उपयुक्त स्लैश से प्रतिच्छेदित किया जा सकता है। दाहिने अक्ष पर एक क्षैतिज रेखा खींचकर अनुशंसित अधिकतम क्लोराइड स्तर निर्धारित किया जा सकता है। सामान्य तौर पर, यदि किसी मिश्र धातु को खारे या समुद्री जल अनुप्रयोगों के लिए उपयोग करने पर विचार किया जाना है, तो G 48 परीक्षण द्वारा मापा गया उसका CCT 25 डिग्री सेल्सियस से अधिक होना चाहिए।
यह स्पष्ट है कि सी-क्योर® द्वारा दर्शाए गए सुपर फेरिटिक मिश्र धातु आम तौर पर समुद्री जल अनुप्रयोगों के लिए भी उपयुक्त हैं। इन सामग्रियों का एक और लाभ है जिस पर जोर देना आवश्यक है। 304 और 316 एसएस में कई वर्षों से मैंगनीज संक्षारण की समस्या देखी गई है, जिसमें ओहियो नदी के किनारे स्थित संयंत्र भी शामिल हैं। हाल ही में, मिसिसिपी और मिसौरी नदियों के किनारे स्थित संयंत्रों में हीट एक्सचेंजर प्रभावित हुए हैं। कुएं के जल निर्माण प्रणालियों में भी मैंगनीज संक्षारण एक आम समस्या है। संक्षारण तंत्र की पहचान मैंगनीज डाइऑक्साइड (MnO2) द्वारा एक ऑक्सीकरण करने वाले बायोसाइड के साथ प्रतिक्रिया करके जमाव के नीचे हाइड्रोक्लोरिक एसिड उत्पन्न करने के रूप में की गई है। एचसीएल वास्तव में धातुओं को प्रभावित करता है। [डब्ल्यूएच डिकिंसन और आरडब्ल्यू पिक, "विद्युत शक्ति उद्योग में मैंगनीज-निर्भर संक्षारण"; 2002 एनएसई वार्षिक संक्षारण सम्मेलन, डेनवर, सीओ में प्रस्तुत।] फेरिटिक स्टील इस संक्षारण तंत्र के प्रति प्रतिरोधी होते हैं।
कंडेंसर और हीट एक्सचेंजर ट्यूबों के लिए उच्च श्रेणी की सामग्री का चयन करना, उचित जल उपचार रसायन नियंत्रण का विकल्प नहीं है। जैसा कि लेखक ब्यूकर ने पिछले विद्युत इंजीनियरिंग लेख में बताया है, स्केलिंग, संक्षारण और दूषण की संभावना को कम करने के लिए एक उचित रूप से डिज़ाइन किया गया और संचालित रासायनिक उपचार कार्यक्रम आवश्यक है। शीतलन टॉवर प्रणालियों में संक्षारण और स्केलिंग को नियंत्रित करने के लिए पुराने फॉस्फेट/फॉस्फोनेट रसायन के एक शक्तिशाली विकल्प के रूप में पॉलिमर रसायन उभर रहा है। सूक्ष्मजीव संदूषण को नियंत्रित करना एक महत्वपूर्ण मुद्दा रहा है और रहेगा। जबकि क्लोरीन, ब्लीच या इसी तरह के यौगिकों के साथ ऑक्सीडेटिव रसायन सूक्ष्मजीव नियंत्रण का आधार है, पूरक उपचार अक्सर उपचार कार्यक्रमों की दक्षता में सुधार कर सकते हैं। इसका एक उदाहरण स्थिरीकरण रसायन है, जो पानी में कोई भी हानिकारक यौगिक डाले बिना क्लोरीन-आधारित ऑक्सीकरण जैवनाशकों की रिलीज दर और दक्षता बढ़ाने में मदद करता है। इसके अलावा, गैर-ऑक्सीकरण कवकनाशी के साथ पूरक फ़ीड सूक्ष्मजीव विकास को नियंत्रित करने में बहुत फायदेमंद हो सकता है। परिणामस्वरूप, विद्युत संयंत्र हीट एक्सचेंजर की स्थिरता और विश्वसनीयता में सुधार के कई तरीके हैं, लेकिन प्रत्येक प्रणाली अलग होती है। इसलिए सामग्री और रासायनिक प्रक्रियाओं के चयन के लिए सावधानीपूर्वक योजना बनाना और उद्योग विशेषज्ञों से परामर्श करना महत्वपूर्ण है। इस लेख का अधिकांश भाग जल उपचार के दृष्टिकोण से लिखा गया है; हम सामग्री संबंधी निर्णयों में शामिल नहीं हैं, लेकिन उपकरण के चालू होने के बाद उन निर्णयों के प्रभाव को प्रबंधित करने में हमारी सहायता करने का अनुरोध किया जाता है। सामग्री चयन पर अंतिम निर्णय संयंत्र कर्मियों द्वारा प्रत्येक अनुप्रयोग के लिए निर्दिष्ट कई कारकों के आधार पर लिया जाना चाहिए।
लेखक के बारे में: ब्रैड ब्यूकर केमट्रीट में एक वरिष्ठ तकनीकी जनसंपर्क अधिकारी हैं। उन्हें विद्युत उद्योग में या उससे संबद्ध क्षेत्र में 36 वर्षों का अनुभव है, जिसमें से अधिकांश समय उन्होंने भाप उत्पादन रसायन विज्ञान, जल उपचार, वायु गुणवत्ता नियंत्रण और सिटी वाटर, लाइट एंड पावर (स्प्रिंगफील्ड, इलिनोइस) तथा ला साइग्ने स्टेशन, कैनसस स्थित कैनसस सिटी पावर एंड लाइट कंपनी में बिताया है। उन्होंने एक रासायनिक संयंत्र में कार्यवाहक जल/अपशिष्ट जल पर्यवेक्षक के रूप में भी दो वर्ष व्यतीत किए हैं। ब्यूकर ने आयोवा स्टेट यूनिवर्सिटी से रसायन विज्ञान में स्नातक की डिग्री प्राप्त की है, साथ ही उन्होंने द्रव यांत्रिकी, ऊर्जा और पदार्थ संतुलन तथा उन्नत अकार्बनिक रसायन विज्ञान में अतिरिक्त पाठ्यक्रम भी किए हैं।
डैन जानिकोव्स्की प्लायमाउथ ट्यूब में तकनीकी प्रबंधक हैं। 35 वर्षों से वे धातुओं के विकास, तांबे की मिश्र धातुओं, स्टेनलेस स्टील, निकल मिश्र धातुओं, टाइटेनियम और कार्बन स्टील सहित ट्यूबलर उत्पादों के निर्माण और परीक्षण में शामिल रहे हैं। 2005 से प्लायमाउथ मेट्रो के साथ जुड़े जानिकोव्स्की ने 2010 में तकनीकी प्रबंधक बनने से पहले विभिन्न वरिष्ठ पदों पर कार्य किया।