Հեղինակները բազմիցս վերանայել են նոր էներգետիկ նախագծերի տեխնիկական բնութագրերը, որոնցում կայանների նախագծողները սովորաբար ընտրում են 304 կամ 316 չժանգոտվող պողպատ՝ խտացուցիչի և օժանդակ ջերմափոխանակիչ խողովակների համար: Շատերի համար «չժանգոտվող պողպատ» տերմինը առաջացնում է անպարտելի կոռոզիայի աուրա, մինչդեռ իրականում չժանգոտվող պողպատները երբեմն կարող են լինել ամենավատ ընտրությունը, քանի որ դրանք ենթակա են տեղայնացված կոռոզիայի: Եվ սառեցնող ջրի լրացման համար քաղցրահամ ջրի մատչելիության նվազման այս դարաշրջանում, զուգորդված բարձր կոնցենտրացիայի ցիկլերով աշխատող սառեցնող աշտարակների հետ, չժանգոտվող պողպատի հնարավոր խափանման մեխանիզմները մեծանում են: Որոշ կիրառություններում 300 շարքի չժանգոտվող պողպատը կդիմանա միայն ամիսներ, երբեմն՝ միայն շաբաթներ, նախքան խափանումը: Այս հոդվածը կենտրոնանում է առնվազն այն հարցերի վրա, որոնք պետք է հաշվի առնվեն խտացուցիչ խողովակների նյութերը ջրի մաքրման տեսանկյունից ընտրելիս: Այս հոդվածում չքննարկված, բայց նյութի ընտրության մեջ դեր ունեցող այլ գործոններից են նյութի ամրությունը, ջերմափոխանակման հատկությունները և մեխանիկական ուժերի նկատմամբ դիմադրությունը, ներառյալ հոգնածությունը և էրոզիոն կոռոզիան:
Պողպատին 12% կամ ավելի քրոմ ավելացնելը հանգեցնում է նրան, որ համաձուլվածքը առաջացնում է անընդհատ օքսիդային շերտ, որը պաշտպանում է դրա տակ գտնվող հիմնական մետաղը։ Այստեղից էլ՝ «չժանգոտվող պողպատ» անվանումը։ Այլ համաձուլվածքային նյութերի (հատկապես նիկելի) բացակայության դեպքում, ածխածնային պողպատը ֆերիտային խմբի մաս է կազմում, և դրա միավորային բջիջն ունի մարմնակենտրոն խորանարդ (BCC) կառուցվածք։
Երբ համաձուլվածքի խառնուրդին նիկել է ավելացվում 8% կամ ավելի բարձր կոնցենտրացիայով, բջիջը կգոյություն ունենա մակերեսային-կենտրոն խորանարդային (FCC) կառուցվածքում, որը կոչվում է աուստենիտ, նույնիսկ շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանում։
Ինչպես ցույց է տրված աղյուսակ 1-ում, 300 շարքի չժանգոտվող պողպատները և այլ չժանգոտվող պողպատները ունեն նիկելի պարունակություն, որը առաջացնում է աուստենիտային կառուցվածք։
Ավստենիտային պողպատները ապացուցել են իրենց մեծ արժեքն բազմաթիվ կիրառություններում, այդ թվում՝ որպես նյութ էլեկտրական կաթսաների բարձր ջերմաստիճանի գերտաքացուցիչների և վերատաքացուցիչների խողովակների համար: Մասնավորապես, 300 շարքը հաճախ օգտագործվում է որպես նյութ ցածր ջերմաստիճանի ջերմափոխանակիչ խողովակների, այդ թվում՝ գոլորշու մակերեսային խտացուցիչների համար: Այնուամենայնիվ, հենց այս կիրառություններում են շատերը անտեսում հնարավոր խափանման մեխանիզմները:
Անժանգոտվող պողպատի, մասնավորապես՝ 304 և 316 հայտնի նյութերի հիմնական դժվարությունն այն է, որ պաշտպանիչ օքսիդային շերտը հաճախ քայքայվում է սառեցման ջրի մեջ առկա խառնուրդներից, ինչպես նաև ճեղքերից ու նստվածքներից, որոնք նպաստում են խառնուրդների կենտրոնացմանը: Բացի այդ, անջատման պայմաններում կանգնած ջուրը կարող է հանգեցնել մանրէների աճի, որոնց նյութափոխանակության ենթամթերքները կարող են խիստ վնասակար լինել մետաղների համար:
Սառեցնող ջրի տարածված խառնուրդներից մեկը, որը տնտեսապես ամենադժվար հեռացվող խառնուրդներից մեկն է, քլորիդն է: Այս իոնը կարող է բազմաթիվ խնդիրներ առաջացնել գոլորշու գեներատորներում, սակայն խտացուցիչներում և օժանդակ ջերմափոխանակիչներում հիմնական դժվարությունն այն է, որ բավարար կոնցենտրացիաների քլորիդները կարող են թափանցել և ոչնչացնել չժանգոտվող պողպատի պաշտպանիչ օքսիդային շերտը՝ առաջացնելով տեղայնացված կոռոզիա, այսինքն՝ փոսերի առաջացում:
Փոսային ձևավորումը կոռոզիայի ամենանենգ ձևերից մեկն է, քանի որ այն կարող է առաջացնել պատերի ներթափանցում և սարքավորումների խափանում՝ մետաղի փոքր կորստով։
304 և 316 չժանգոտվող պողպատում փոսային կոռոզիա առաջացնելու համար քլորիդի կոնցենտրացիաները պարտադիր չէ, որ շատ բարձր լինեն, իսկ մաքուր մակերեսների համար, որոնք չունեն նստվածքներ կամ ճեղքեր, քլորիդի առաջարկվող առավելագույն կոնցենտրացիաներն այժմ համարվում են հետևյալը.
Մի քանի գործոններ կարող են հեշտությամբ առաջացնել քլորիդի կոնցենտրացիաներ, որոնք գերազանցում են այս ուղեցույցները՝ թե՛ ընդհանուր, թե՛ տեղայնացված վայրերում: Նոր էլեկտրակայանների համար շատ հազվադեպ է դարձել նախ դիտարկել միանգամյա սառեցման մեթոդը: Դրանց մեծ մասը կառուցված է սառեցման աշտարակներով, կամ որոշ դեպքերում՝ օդային սառեցմամբ խտացուցիչներով (ACC): Սառեցման աշտարակներ ունեցողների համար կոսմետիկայի մեջ խառնուրդների կոնցենտրացիան կարող է «շարժվել դեպի վեր»: Օրինակ, լրացման ջրի քլորիդի կոնցենտրացիայի 50 մգ/լ պարունակությամբ սյունը գործում է հինգ կոնցենտրացիայի ցիկլով, իսկ շրջանառվող ջրի քլորիդի պարունակությունը 250 մգ/լ է: Միայն սա պետք է ընդհանուր առմամբ բացառի 304 SS-ը: Բացի այդ, նոր և գոյություն ունեցող կայաններում աճում է քաղցրահամ ջուրը փոխարինելու անհրաժեշտությունը կայանի լիցքավորման համար: Տարածված այլընտրանք է քաղաքային կեղտաջրերը: Աղյուսակ 2-ը համեմատում է չորս քաղցրահամ ջրի աղբյուրների վերլուծությունը չորս կեղտաջրերի աղբյուրների հետ:
Ուշադրություն դարձրեք քլորիդի բարձր մակարդակին (և այլ խառնուրդներին, ինչպիսիք են ազոտը և ֆոսֆորը, որոնք կարող են զգալիորեն մեծացնել մանրէային աղտոտվածությունը սառեցման համակարգերում): Գրեթե բոլոր մոխրագույն ջրի համար սառեցման աշտարակում ցանկացած շրջանառություն կգերազանցի 316 SS-ով առաջարկվող քլորիդի սահմանը:
Նախորդ քննարկումը հիմնված է մետաղական մակերեսների կոռոզիոն ներուժի վրա: Կոտրվածքներն ու նստվածքները կտրուկ փոխում են պատմությունը, քանի որ երկուսն էլ ապահովում են այնպիսի վայրեր, որտեղ կարող են կուտակվել խառնուրդներ: Կոնդենսատորներում և նմանատիպ ջերմափոխանակիչներում մեխանիկական ճաքերի բնորոշ տեղանքը խողովակից խողովակ թերթիկ միացումներն են: Խողովակի ներսում նստվածքը կարող է ճաքեր առաջացնել նստվածքի սահմանին, և նստվածքն ինքնին կարող է ծառայել որպես աղտոտման վայր: Ավելին, քանի որ չժանգոտվող պողպատը պաշտպանության համար ապավինում է անընդհատ օքսիդային շերտին, նստվածքները կարող են առաջացնել թթվածնով աղքատ հատվածներ, որոնք մնացած պողպատե մակերեսը վերածում են անոդի:
Վերոնշյալ քննարկումը ներկայացնում է այն խնդիրները, որոնք կայանների նախագծողները սովորաբար հաշվի չեն առնում նոր նախագծերի համար խտացուցիչի և օժանդակ ջերմափոխանակիչի խողովակների նյութերը նշելիս: 304 և 316 SS-ի վերաբերյալ մտածելակերպը երբեմն դեռևս թվում է «դա է այն, ինչ մենք միշտ արել ենք»՝ առանց հաշվի առնելու նման գործողությունների հետևանքները: Հասանելի են այլընտրանքային նյութեր՝ շատ կայանների այսօր բախվող սառեցման ջրի ավելի դաժան պայմաններին դիմակայելու համար:
Մինչև այլընտրանքային մետաղների մասին խոսելը, պետք է համառոտ նշել մեկ այլ կետ։ Շատ դեպքերում, 316 SS-ը կամ նույնիսկ 304 SS-ը լավ է աշխատել նորմալ շահագործման ընթացքում, բայց խափանվել է էլեկտրաէներգիայի անջատման ժամանակ։ Դեպքերի մեծ մասում խափանումը պայմանավորված է խտացուցիչի կամ ջերմափոխանակիչի վատ ջրահեռացմամբ, ինչը խողովակներում ջրի լճացման պատճառ է դառնում։ Այս միջավայրը իդեալական պայմաններ է ստեղծում միկրոօրգանիզմների աճի համար։ Միկրոբային գաղութները, իրենց հերթին, արտադրում են կոռոզիոն միացություններ, որոնք ուղղակիորեն քայքայում են խողովակային մետաղը։
Այս մեխանիզմը, որը հայտնի է որպես մանրէային կոռոզիա (ՄԻԿ), հայտնի է նրանով, որ մի քանի շաբաթվա ընթացքում ոչնչացնում է չժանգոտվող պողպատե խողովակները և այլ մետաղներ: Եթե ջերմափոխանակիչը չի կարող դատարկվել, ապա պետք է լուրջ ուշադրություն դարձնել ջերմափոխանակիչով պարբերաբար ջուր շրջանառելուն և գործընթացի ընթացքում բիոցիդ ավելացնելուն: (Պատշաճ տեղադրման ընթացակարգերի վերաբերյալ լրացուցիչ տեղեկությունների համար տե՛ս Դ. Յանիկովսկի, «Խտացուցիչի և BOP փոխանակիչների շերտավորում. նկատառումներ», որը տեղի է ունեցել 2019 թվականի հունիսի 4-6-ը Շամպեյնում, Իլինոյս նահանգ, ներկայացված է էլեկտրաէներգիայի կոմունալ ծառայությունների քիմիայի 39-րդ սիմպոզիումում):
Վերը նշված կոշտ միջավայրերի, ինչպես նաև ավելի կոշտ միջավայրերի, ինչպիսիք են աղի ջուրը կամ ծովի ջուրը, այլընտրանքային մետաղներ կարող են օգտագործվել խառնուրդները կանխելու համար: Երեք համաձուլվածքների խմբեր՝ առևտրային առումով մաքուր տիտանը, 6% մոլիբդենային աուստենիտային չժանգոտվող պողպատը և գերֆերիտային չժանգոտվող պողպատը, ապացուցել են իրենց արդյունավետությունը: Այս համաձուլվածքները նաև կայուն են միկրոէլեմենտար ազդեցության նկատմամբ: Չնայած տիտանը համարվում է կոռոզիայի նկատմամբ շատ դիմացկուն, դրա վեցանկյուն, փակ բյուրեղային կառուցվածքը և չափազանց ցածր առաձգականության մոդուլը այն դարձնում են մեխանիկական վնասման ենթակա: Այս համաձուլվածքն առավել հարմար է նոր տեղադրումների համար՝ ամուր խողովակային հենարանային կառուցվածքներով: Գերազանց այլընտրանք է գերֆերիտային չժանգոտվող պողպատ Sea-Cure®-ը: Այս նյութի կազմը ներկայացված է ստորև:
Պողպատը հարուստ է քրոմով, բայց ցածր նիկելով, ուստի այն ֆերիտային չժանգոտվող պողպատ է, այլ ոչ թե աուստենիտային։ Նիկելի ցածր պարունակության շնորհիվ այն շատ ավելի էժան է, քան մյուս համաձուլվածքները։ Sea-Cure-ի բարձր ամրությունը և առաձգականության մոդուլը թույլ են տալիս ունենալ ավելի բարակ պատեր, քան մյուս նյութերը, ինչը հանգեցնում է ջերմափոխանակման բարելավմանը։
Այս մետաղների բարելավված հատկությունները ներկայացված են «Փոսային դիմադրության համարժեք թիվ» աղյուսակում, որը, ինչպես անունն է հուշում, փորձարկման ընթացակարգ է, որն օգտագործվում է տարբեր մետաղների փոսային կոռոզիայի նկատմամբ դիմադրությունը որոշելու համար։
Ամենատարածված հարցերից մեկն է՝ «Ո՞րն է որոշակի տեսակի չժանգոտվող պողպատի համար նախատեսված քլորիդի առավելագույն պարունակությունը»։ Պատասխանները լայնորեն տարբերվում են։ Գործոններից են pH-ը, ջերմաստիճանը, կոտրվածքների առկայությունը և տեսակը, ինչպես նաև ակտիվ կենսաբանական տեսակների ներուժը։ Նկար 5-ի աջ առանցքում ավելացվել է գործիք՝ այս որոշումը կայացնելու համար։ Այն հիմնված է չեզոք pH-ի, 35°C հոսող ջրի վրա, որը սովորաբար հանդիպում է շատ BOP և խտացման կիրառություններում (նստվածքների և ճաքերի առաջացումը կանխելու համար)։ Երբ ընտրվում է որոշակի քիմիական կազմ ունեցող համաձուլվածք, PREn-ը կարող է որոշվել, ապա հատվել համապատասխան թեք գծի հետ։ Առաջարկվող առավելագույն քլորիդի մակարդակը կարող է որոշվել աջ առանցքի վրա հորիզոնական գիծ գծելով։ Ընդհանուր առմամբ, եթե համաձուլվածքը պետք է դիտարկվի աղի կամ ծովային ջրի կիրառման համար, այն պետք է ունենա 25 աստիճան Ցելսիուսից բարձր CCT, որը չափվում է G 48 թեստով։
Ակնհայտ է, որ Sea-Cure®-ի կողմից ներկայացված գերֆերիտային համաձուլվածքները, ընդհանուր առմամբ, հարմար են նույնիսկ ծովային ջրում կիրառման համար: Այս նյութերի մեկ այլ առավելություն կա, որը պետք է ընդգծել: 304 և 316 SS-ի համար տարիներ շարունակ նկատվել են մանգանի կոռոզիայի խնդիրներ, այդ թվում՝ Օհայո գետի երկայնքով գտնվող գործարաններում: Վերջերս Միսիսիպի և Միսսուրի գետերի երկայնքով գտնվող գործարաններում ջերմափոխանակիչները ենթարկվել են հարձակման: Մանգանի կոռոզիան նույնպես տարածված խնդիր է ջրհորների ջրի լրացման համակարգերում: Կոռոզիայի մեխանիզմը նույնականացվել է որպես մանգանի երկօքսիդի (MnO2) ռեակցիա օքսիդացնող բիոցիդի հետ՝ նստվածքի տակ աղաթթու առաջացնելով: HCl-ն է իրականում վնասում մետաղները: [WH Dickinson և RW Pick, «Մանգանից կախված կոռոզիա էլեկտրաէներգիայի արդյունաբերության մեջ»; ներկայացվել է 2002 թվականի NACE-ի ամենամյա կոռոզիայի կոնֆերանսում, Դենվեր, Կոլորադո]: Ֆերիտային պողպատները դիմացկուն են այս կոռոզիայի մեխանիզմին:
Կոնդենսատորի և ջերմափոխանակիչի խողովակների համար ավելի բարձր որակի նյութերի ընտրությունը դեռևս չի կարող փոխարինել ջրի մաքրման քիմիական նյութերի պատշաճ վերահսկմանը: Ինչպես հեղինակ Բուքերը նշել է էներգետիկայի վերաբերյալ նախորդ հոդվածում, անհրաժեշտ է պատշաճ կերպով մշակված և գործարկված քիմիական մշակման ծրագիր՝ նստվածքի, կոռոզիայի և աղտոտման հավանականությունը նվազագույնի հասցնելու համար: Պոլիմերային քիմիան ի հայտ է գալիս որպես հին ֆոսֆատային/ֆոսֆոնատային քիմիայի հզոր այլընտրանք՝ սառեցման աշտարակների համակարգերում կոռոզիայի և նստվածքի վերահսկման համար: Մանրէային աղտոտվածության վերահսկումը եղել և կշարունակի մնալ կարևորագույն խնդիր: Մինչդեռ քլորի, սպիտակեցնողի կամ նմանատիպ միացությունների հետ օքսիդատիվ քիմիան մանրէային վերահսկողության անկյունաքարն է, լրացուցիչ մշակումները հաճախ կարող են բարելավել մշակման ծրագրերի արդյունավետությունը: Այդպիսի օրինակներից մեկը կայունացման քիմիան է, որը օգնում է բարձրացնել քլորի վրա հիմնված օքսիդացնող բիոցիդների արտանետման արագությունը և արդյունավետությունը՝ առանց ջրի մեջ որևէ վնասակար միացություն ներմուծելու: Բացի այդ, ոչ օքսիդացնող ֆունգիցիդներով լրացուցիչ սնուցումը կարող է շատ օգտակար լինել մանրէների զարգացման վերահսկման համար: Արդյունքում, կան բազմաթիվ եղանակներ՝ էլեկտրակայանների ջերմափոխանակիչների կայունությունն ու հուսալիությունը բարելավելու համար, բայց յուրաքանչյուր համակարգ տարբեր է, ուստի նյութերի և քիմիական ընթացակարգերի ընտրության համար կարևոր է ուշադիր պլանավորումը և արդյունաբերության մասնագետների հետ խորհրդակցությունը: Այս հոդվածի մեծ մասը գրված է... Ջրի մաքրման տեսանկյունից մենք չենք մասնակցում նյութական որոշումների կայացմանը, սակայն մեզ խնդրվում է օգնել կառավարել այդ որոշումների ազդեցությունը, երբ սարքավորումները գործարկվեն և աշխատեն։ Նյութերի ընտրության վերաբերյալ վերջնական որոշումը պետք է կայացնի գործարանի անձնակազմը՝ հիմնվելով յուրաքանչյուր կիրառման համար նշված մի շարք գործոնների վրա։
Հեղինակի մասին. Բրեդ Բուքերը ChemTreat-ի ավագ տեխնիկական հրապարակախոս է: Նա ունի 36 տարվա փորձ էներգետիկ արդյունաբերության մեջ կամ դրան առնչվող ոլորտում, որի մեծ մասը գոլորշու արտադրության քիմիայի, ջրի մաքրման, օդի որակի վերահսկման ոլորտներում է, ինչպես նաև City Water, Light & Power-ում (Սփրինգֆիլդ, Իլինոյս), իսկ Kansas City Power & Light Company-ն գտնվում է Կանզասի Լա Սիգն կայարանում: Նա նաև երկու տարի աշխատել է որպես քիմիական գործարանի ջրամատակարարման/կեղտաջրերի վերահսկիչի պաշտոնակատար: Բուքերը ունի քիմիայի բակալավրի աստիճան Այովայի պետական ​​համալսարանից՝ լրացուցիչ դասընթացներով աշխատելով հեղուկների մեխանիկայի, էներգիայի և նյութերի հավասարակշռության, ինչպես նաև առաջադեմ անօրգանական քիմիայի ոլորտներում:
Դեն Ջանիկովսկին Plymouth Tube-ի տեխնիկական ղեկավարն է։ 35 տարի նա զբաղվել է մետաղների մշակմամբ, խողովակային արտադրանքի արտադրությամբ և փորձարկմամբ, ներառյալ պղնձի համաձուլվածքները, չժանգոտվող պողպատը, նիկելի համաձուլվածքները, տիտանի և ածխածնային պողպատը։ 2005 թվականից Plymouth Metro-ում աշխատելով՝ Ջանիկովսկին զբաղեցրել է տարբեր ղեկավար պաշտոններ, նախքան 2010 թվականին տեխնիկական ղեկավար դառնալը։