ავტორებმა არაერთხელ გადახედეს ახალი ენერგეტიკული პროექტების სპეციფიკაციებს, რომლებშიც ქარხნის დიზაინერები, როგორც წესი, ირჩევენ 304 ან 316 უჟანგავ ფოლადს კონდენსატორისა და დამხმარე სითბოს გადამცვლელი მილებისთვის. ბევრისთვის ტერმინი „უჟანგავი ფოლადი“ დაუმარცხებელი კოროზიის აურას იწვევს, სინამდვილეში კი უჟანგავი ფოლადები ზოგჯერ შეიძლება ყველაზე ცუდი არჩევანი იყოს, რადგან ისინი მგრძნობიარეა ლოკალური კოროზიის მიმართ. და, ამ ეპოქაში, როდესაც გამაგრილებელი წყლის შევსებისთვის მტკნარი წყალი შემცირებულია, მაღალი კონცენტრაციის ციკლებით მომუშავე გამაგრილებელ კოშკებთან ერთად, უჟანგავი ფოლადის უკმარისობის პოტენციური მექანიზმები ძლიერდება. ზოგიერთ შემთხვევაში, 300 სერიის უჟანგავი ფოლადი მხოლოდ თვეების, ზოგჯერ კი მხოლოდ კვირების განმავლობაში გაძლებს, სანამ უკმარისდება. ეს სტატია ფოკუსირებულია სულ მცირე იმ საკითხებზე, რომლებიც გასათვალისწინებელია კონდენსატორის მილების მასალების არჩევისას წყლის დამუშავების პერსპექტივიდან. სხვა ფაქტორები, რომლებიც არ არის განხილული ამ ნაშრომში, მაგრამ როლს თამაშობენ მასალის შერჩევაში, მოიცავს მასალის სიმტკიცეს, სითბოს გადაცემის თვისებებს და მექანიკური ძალებისადმი მდგრადობას, მათ შორის დაღლილობას და ეროზიულ კოროზიას.
ფოლადში 12%-იანი ან მეტი ქრომის დამატება იწვევს შენადნობის მიერ უწყვეტი ოქსიდის ფენის წარმოქმნას, რომელიც იცავს ქვედა ძირითად ლითონს. აქედან გამომდინარეობს ტერმინი „უჟანგავი ფოლადი“. სხვა შენადნობი მასალების (განსაკუთრებით ნიკელის) არარსებობის შემთხვევაში, ნახშირბადოვანი ფოლადი ფერიტის ჯგუფის ნაწილია და მის ერთეულ უჯრედს აქვს კორპუსზე ორიენტირებული კუბური (BCC) სტრუქტურა.
როდესაც ნიკელი შენადნობის ნარევს 8%-იანი ან მეტი კონცენტრაციით ემატება, უჯრედი იარსებებს წინა პლანზე ორიენტირებული კუბური (FCC) სტრუქტურის სახით, რომელსაც აუსტენიტი ეწოდება, გარემოს ტემპერატურაზეც კი.
როგორც ცხრილი 1-შია ნაჩვენები, 300 სერიის უჟანგავი ფოლადები და სხვა უჟანგავი ფოლადები შეიცავს ნიკელს, რომელიც ქმნის აუსტენიტურ სტრუქტურას.
ავსტენიტური ფოლადები ძალიან ღირებული აღმოჩნდა მრავალ გამოყენებაში, მათ შორის, როგორც მასალა მაღალი ტემპერატურის გადამცხელებელი და გამათბობელი მილებისთვის ელექტრო ქვაბებში. კერძოდ, 300 სერია ხშირად გამოიყენება, როგორც მასალა დაბალი ტემპერატურის სითბოს გადამცვლელი მილებისთვის, მათ შორის ორთქლის ზედაპირის კონდენსატორებისთვის. თუმცა, სწორედ ამ შემთხვევებში ხდება, რომ ბევრი უგულებელყოფს პოტენციური გაუმართაობის მექანიზმებს.
უჟანგავი ფოლადის, განსაკუთრებით პოპულარული 304 და 316 მასალების მთავარი სირთულე ის არის, რომ დამცავი ოქსიდის ფენა ხშირად ნადგურდება გამაგრილებელ წყალში არსებული მინარევებით და ნაპრალებითა და ნალექებით, რომლებიც ხელს უწყობენ მინარევების კონცენტრირებას. გარდა ამისა, გათიშვის პირობებში, მდგარმა წყალმა შეიძლება გამოიწვიოს მიკრობების ზრდა, რომელთა მეტაბოლური პროდუქტები შეიძლება ძალიან დამაზიანებელი იყოს ლითონებისთვის.
გამაგრილებელი წყლის გავრცელებული და ეკონომიურად მოსაშორებელი ერთ-ერთი ყველაზე ძნელად მოსაშორებელი მინარევი ქლორია. ამ იონს შეუძლია მრავალი პრობლემის გამოწვევა ორთქლის გენერატორებში, მაგრამ კონდენსატორებსა და დამხმარე თბოგამცვლელებში მთავარი სირთულე ის არის, რომ საკმარისი კონცენტრაციის ქლორიდებს შეუძლიათ შეაღწიონ და გაანადგურონ უჟანგავი ფოლადის დამცავი ოქსიდის ფენა, რაც იწვევს ლოკალიზებულ კოროზიას, ანუ ორმოების წარმოქმნას.
ორმოების წარმოქმნა კოროზიის ერთ-ერთი ყველაზე მზაკვრული ფორმაა, რადგან მას შეუძლია გამოიწვიოს კედლებში შეღწევა და აღჭურვილობის გაუმართაობა ლითონის მცირე დანაკარგით.
304 და 316 უჟანგავ ფოლადში ორმოებიანი კოროზიის გამოსაწვევად ქლორიდის კონცენტრაცია არ უნდა იყოს ძალიან მაღალი, ხოლო სუფთა ზედაპირებისთვის, ნალექებისა და ნაპრალებისგან თავისუფალი, ქლორიდის რეკომენდებული მაქსიმალური კონცენტრაციები ამჟამად ითვლება:
რამდენიმე ფაქტორმა შეიძლება ადვილად გამოიწვიოს ქლორიდის კონცენტრაცია, რომელიც აღემატება ამ მითითებებს, როგორც ზოგადად, ასევე ლოკალიზებულ ადგილებში. ძალიან იშვიათი გახდა ახალი ელექტროსადგურებისთვის ერთჯერადი გაგრილების პირველადი განხილვა. უმეტესობა აგებულია გამაგრილებელი კოშკებით, ან ზოგიერთ შემთხვევაში, ჰაერით გაგრილებადი კონდენსატორებით (ACC). გამაგრილებელი კოშკების მქონე ელექტროსადგურებისთვის, კოსმეტიკურ საშუალებებში მინარევების კონცენტრაცია შეიძლება „გაიზარდოს“. მაგალითად, სვეტი, რომლის ქლორიდის კონცენტრაცია 50 მგ/ლ-ია, მუშაობს ხუთი კონცენტრაციის ციკლით და მოცირკულირე წყალში ქლორიდის შემცველობა 250 მგ/ლ-ია. მხოლოდ ეს უნდა გამორიცხავდეს 304 SS-ს. გარდა ამისა, ახალ და არსებულ ელექტროსადგურებში იზრდება მტკნარი წყლის ჩანაცვლების საჭიროება ქარხნის შევსებისთვის. გავრცელებული ალტერნატივაა მუნიციპალური ჩამდინარე წყლები. ცხრილი 2 ადარებს მტკნარი წყლის ოთხი წყაროს ანალიზს ჩამდინარე წყლების ოთხ წყაროსთან.
ყურადღება მიაქციეთ ქლორიდის მომატებულ დონეს (და სხვა მინარევებს, როგორიცაა აზოტი და ფოსფორი, რამაც შეიძლება მნიშვნელოვნად გაზარდოს მიკრობული დაბინძურება გაგრილების სისტემებში). პრაქტიკულად ყველა ნაცრისფერი წყლისთვის, გაგრილების კოშკში ნებისმიერი ცირკულაცია გადააჭარბებს 316 SS-ით რეკომენდებულ ქლორიდის ლიმიტს.
წინა განხილვა ეფუძნება ლითონის საერთო ზედაპირების კოროზიის პოტენციალს. ბზარები და ნალექები მკვეთრად ცვლის ამბავს, რადგან ორივე წარმოადგენს ადგილს, სადაც შეიძლება დაგროვდეს მინარევები. კონდენსატორებსა და მსგავს სითბოს გადამცვლელებში მექანიკური ბზარების ტიპიური ადგილმდებარეობაა მილსა და მსგავს სითბოს გადამცვლელებში ფურცლის შეერთების ადგილები. მილში არსებულმა ნალექმა შეიძლება გამოიწვიოს ბზარები ნალექის საზღვარზე და თავად ნალექი შეიძლება დაბინძურების ადგილი გახდეს. გარდა ამისა, რადგან უჟანგავი ფოლადი დაცვისთვის უწყვეტ ოქსიდის ფენას ეყრდნობა, ნალექებმა შეიძლება წარმოქმნან ჟანგბადით ღარიბი ადგილები, რომლებიც დარჩენილ ფოლადის ზედაპირს ანოდად აქცევს.
ზემოთ მოცემულ განხილვაში ასახულია საკითხები, რომლებსაც ქარხნის დიზაინერები, როგორც წესი, არ ითვალისწინებენ ახალი პროექტებისთვის კონდენსატორისა და დამხმარე თბოგამცვლელი მილების მასალების განსაზღვრისას. 304 და 316 SS-თან დაკავშირებით მენტალიტეტი ზოგჯერ მაინც ისეთია, თითქოს „ჩვენ ყოველთვის ასე ვაკეთებდით“, ასეთი ქმედებების შედეგების გათვალისწინების გარეშე. ხელმისაწვდომია ალტერნატიული მასალები, რომლებიც გაუმკლავდება გამაგრილებელი წყლის უფრო მკაცრ პირობებს, რომელთა წინაშეც ამჟამად ბევრი ქარხანა დგას.
ალტერნატიული ლითონების განხილვამდე, მოკლედ უნდა აღინიშნოს კიდევ ერთი საკითხი. ბევრ შემთხვევაში, 316 SS ან თუნდაც 304 SS კარგად მუშაობდა ნორმალური მუშაობის დროს, მაგრამ ელექტროენერგიის გათიშვის დროს გაფუჭდა. უმეტეს შემთხვევაში, გაუმართაობა გამოწვეულია კონდენსატორის ან სითბოს გადამცვლელის ცუდი დრენაჟით, რაც იწვევს წყლის სტაგნაციას მილებში. ეს გარემო ქმნის იდეალურ პირობებს მიკროორგანიზმების ზრდისთვის. მიკრობული კოლონიები, თავის მხრივ, წარმოქმნიან კოროზიულ ნაერთებს, რომლებიც პირდაპირ აზიანებენ მილის ლითონს.
ეს მექანიზმი, რომელიც ცნობილია როგორც მიკრობული კოროზია (MIC), ცნობილია, რომ უჟანგავი ფოლადის მილებს და სხვა ლითონებს რამდენიმე კვირაში ანადგურებს. თუ თბოგამცვლელის დრენაჟი შეუძლებელია, სერიოზულად უნდა განიხილებოდეს წყლის პერიოდული ცირკულაცია თბოგამცვლელში და პროცესის დროს ბიოციდის დამატება. (დამატებითი ინფორმაციისთვის სათანადო განლაგების პროცედურების შესახებ იხილეთ დ. იანიკოვსკი, „კონდენსატორის და BOP გამანაწილებლების განლაგება - გასათვალისწინებელი საკითხები“; გაიმართა 2019 წლის 4-6 ივნისს, შამპეინში, ილინოისის შტატი. წარმოდგენილი იყო ელექტროენერგიის კომუნალური ქიმიის 39-ე სიმპოზიუმზე.)
ზემოთ ხსენებული მკაცრი გარემოსთვის, ასევე უფრო მკაცრი გარემოსთვის, როგორიცაა მლაშე წყალი ან ზღვის წყალი, მინარევების მოსაშორებლად შეიძლება გამოყენებულ იქნას ალტერნატიული ლითონები. სამი შენადნობის ჯგუფი წარმატებული აღმოჩნდა: კომერციულად სუფთა ტიტანი, 6%-იანი მოლიბდენის აუსტენიტური უჟანგავი ფოლადი და სუპერფერიტული უჟანგავი ფოლადი. ეს შენადნობები ასევე მდგრადია მიკროელექტროენერგიის მიმართ. მიუხედავად იმისა, რომ ტიტანი კოროზიის მიმართ ძალიან მდგრადად ითვლება, მისი ექვსკუთხა მჭიდროდ შეფუთული კრისტალური სტრუქტურა და უკიდურესად დაბალი ელასტიურობის მოდული მას მექანიკური დაზიანების მიმართ მგრძნობიარეს ხდის. ეს შენადნობი საუკეთესოდ შეეფერება ახალი დანადგარებისთვის ძლიერი მილის საყრდენი სტრუქტურებით. შესანიშნავი ალტერნატივაა სუპერფერიტული უჟანგავი ფოლადი Sea-Cure®. ამ მასალის შემადგენლობა ნაჩვენებია ქვემოთ.
ფოლადი მდიდარია ქრომით, მაგრამ ღარიბია ნიკელით, ამიტომ ის ფერიტული უჟანგავი ფოლადია და არა აუსტენიტური. ნიკელის დაბალი შემცველობის გამო, ის გაცილებით ნაკლები ღირს, ვიდრე სხვა შენადნობები. Sea-Cure-ის მაღალი სიმტკიცე და ელასტიურობის მოდული საშუალებას იძლევა უფრო თხელი კედლები იყოს, ვიდრე სხვა მასალები, რაც სითბოს გადაცემის გაუმჯობესებას იწვევს.
ამ ლითონების გაუმჯობესებული თვისებები ნაჩვენებია „პიტინგინგისადმი წინააღმდეგობის ეკვივალენტური რიცხვის“ ცხრილში, რომელიც, როგორც სახელიდან ჩანს, არის ტესტირების პროცედურა, რომელიც გამოიყენება სხვადასხვა ლითონების პიტინგინგისადმი მდგრადობის დასადგენად.
ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებული კითხვაა: „რა არის ქლორიდის მაქსიმალური შემცველობა, რომლის ატანა შეუძლია უჟანგავი ფოლადის კონკრეტულ კლასს?“ პასუხები ფართოდ განსხვავდება. ფაქტორები მოიცავს pH-ს, ტემპერატურას, ბზარების არსებობას და ტიპს, ასევე აქტიური ბიოლოგიური სახეობების პოტენციალს. ამ გადაწყვეტილების მიღებაში დასახმარებლად, სურათი 5-ის მარჯვენა ღერძზე დაემატა ინსტრუმენტი. ის ეფუძნება ნეიტრალურ pH-ს, 35°C ტემპერატურაზე მომდინარე წყალს, რომელიც ხშირად გვხვდება BOP-ისა და კონდენსაციის მრავალ აპლიკაციაში (ნალექისა და ბზარების წარმოქმნის თავიდან ასაცილებლად). მას შემდეგ, რაც შეირჩევა კონკრეტული ქიმიური შემადგენლობის შენადნობი, შესაძლებელია PREn-ის განსაზღვრა და შემდეგ შესაბამისი ხაზით გადაკვეთა. რეკომენდებული მაქსიმალური ქლორიდის დონის დადგენა შესაძლებელია მარჯვენა ღერძზე ჰორიზონტალური ხაზის გავლებით. ზოგადად, თუ შენადნობი განიხილება მლაშე ან ზღვის წყლის აპლიკაციებისთვის, მას უნდა ჰქონდეს CCT 25 გრადუს ცელსიუსზე მეტი, რაც იზომება G 48 ტესტით.
ცხადია, რომ Sea-Cure®-ის მიერ წარმოდგენილი სუპერფერიტული შენადნობები ზოგადად შესაფერისია ზღვის წყალში გამოსაყენებლადაც კი. ამ მასალებს კიდევ ერთი უპირატესობა აქვთ, რომელიც ხაზგასმით უნდა აღინიშნოს. მანგანუმის კოროზიის პრობლემები 304 და 316 SS-ისთვის მრავალი წლის განმავლობაში შეინიშნებოდა, მათ შორის ოჰაიოს მდინარის გასწვრივ მდებარე ქარხნებში. ბოლო დროს, მისისიპისა და მისურის მდინარეების გასწვრივ მდებარე ქარხნებში სითბოს გადამცვლელები დაზარალდნენ. მანგანუმის კოროზია ასევე გავრცელებული პრობლემაა ჭაბურღილების წყლის შემავსებელ სისტემებში. კოროზიის მექანიზმი იდენტიფიცირებულია, როგორც მანგანუმის დიოქსიდის (MnO2) რეაქცია დამჟანგავ ბიოციდთან, რაც წარმოქმნის მარილმჟავას ნალექის ქვეშ. HCl არის ის, რაც რეალურად აზიანებს ლითონებს. [WH Dickinson და RW Pick, "მანგანუმზე დამოკიდებული კოროზია ელექტროენერგიის ინდუსტრიაში"; წარმოდგენილია 2002 წლის NACE-ის ყოველწლიურ კოროზიის კონფერენციაზე, დენვერი, კოლორადო]. ფერიტული ფოლადები მდგრადია ამ კოროზიის მექანიზმის მიმართ.
კონდენსატორისა და სითბოს გადამცვლელი მილებისთვის მაღალი ხარისხის მასალების შერჩევა ჯერ კიდევ ვერ ცვლის წყლის დამუშავების სათანადო ქიმიურ კონტროლს. როგორც ავტორმა ბუეკერმა აღნიშნა ენერგეტიკის შესახებ წინა სტატიაში, ქიმიური დამუშავების სწორად შემუშავებული და მართული პროგრამა აუცილებელია ნადების, კოროზიისა და დაბინძურების პოტენციალის მინიმიზაციისთვის. პოლიმერული ქიმია ჩნდება, როგორც ძველი ფოსფატის/ფოსფონატის ქიმიის ძლიერი ალტერნატივა გამაგრილებელი კოშკების სისტემებში კოროზიისა და ნადების კონტროლისთვის. მიკრობული დაბინძურების კონტროლი იყო და კვლავაც კრიტიკულ საკითხად დარჩება. მიუხედავად იმისა, რომ ქლორით, მათეთრებლით ან მსგავსი ნაერთებით ჟანგვითი ქიმია მიკრობული კონტროლის ქვაკუთხედია, დამატებით დამუშავებას ხშირად შეუძლია გააუმჯობესოს დამუშავების პროგრამების ეფექტურობა. ერთ-ერთი ასეთი მაგალითია სტაბილიზაციის ქიმია, რომელიც ხელს უწყობს ქლორზე დაფუძნებული ჟანგვითი ბიოციდების გამოყოფის სიჩქარისა და ეფექტურობის გაზრდას წყალში მავნე ნაერთების შეყვანის გარეშე. გარდა ამისა, არაჟანგვითი ფუნგიციდებით დამატებითი კვება შეიძლება ძალიან სასარგებლო იყოს მიკრობების განვითარების კონტროლისთვის. შედეგად, ელექტროსადგურის სითბოს გადამცვლელების მდგრადობისა და საიმედოობის გასაუმჯობესებლად მრავალი გზა არსებობს, მაგრამ ყველა სისტემა განსხვავებულია, ამიტომ მასალებისა და ქიმიური პროცედურების არჩევისთვის მნიშვნელოვანია ინდუსტრიის ექსპერტებთან ფრთხილად დაგეგმვა და კონსულტაცია. ამ სტატიის დიდი ნაწილი დაწერილია წყლის დამუშავების პერსპექტივიდან გამომდინარე, ჩვენ არ ვართ ჩართულნი მატერიალურ გადაწყვეტილებებში, თუმცა, აღჭურვილობის ამოქმედების შემდეგ, ჩვენ გვთხოვენ, დავეხმაროთ ამ გადაწყვეტილებების გავლენის მართვაში. მასალის შერჩევასთან დაკავშირებით საბოლოო გადაწყვეტილება ქარხნის პერსონალმა უნდა მიიღოს თითოეული გამოყენებისთვის მითითებული რიგი ფაქტორების საფუძველზე.
ავტორის შესახებ: ბრედ ბუკერი ChemTreat-ის უფროსი ტექნიკური პუბლიცისტია. მას 36 წლიანი გამოცდილება აქვს ენერგეტიკის ინდუსტრიაში ან მასთან დაკავშირებულ სფეროში, რომლის დიდი ნაწილი ორთქლის გენერაციის ქიმიაში, წყლის დამუშავებაში, ჰაერის ხარისხის კონტროლსა და City Water, Light & Power-ში (სპრინგფილდი, ილინოისი) მუშაობს, ხოლო Kansas City Power & Light Company მდებარეობს La Cygne Station-ში, კანზასი. მან ასევე ორი წელი გაატარა ქიმიურ ქარხანაში წყლის/ჩამდინარე წყლების მოვალეობის შემსრულებლად. ბუკერს აქვს ქიმიის ბაკალავრის ხარისხი აიოვას სახელმწიფო უნივერსიტეტიდან, დამატებითი კურსებით სითხის მექანიკის, ენერგიისა და მასალების წონასწორობის და მოწინავე არაორგანული ქიმიის მიმართულებით.
დენ იანიკოვსკი Plymouth Tube-ის ტექნიკური მენეჯერია. 35 წლის განმავლობაში ის მონაწილეობდა ლითონების შემუშავებაში, მილისებური პროდუქტების, მათ შორის სპილენძის შენადნობების, უჟანგავი ფოლადის, ნიკელის შენადნობების, ტიტანის და ნახშირბადოვანი ფოლადის წარმოებასა და ტესტირებაში. 2005 წლიდან Plymouth Metro-ში მუშაობის შემდეგ, 2010 წელს ტექნიკური მენეჯერის თანამდებობამდე, იანიკოვსკი სხვადასხვა მაღალ თანამდებობას იკავებდა.