Авторлар жаңа энергетикалық жобаның сипаттамаларын бірнеше рет қарастырды, онда зауыт дизайнерлері әдетте конденсатор мен қосалқы жылу алмастырғыш түтіктері үшін 304 немесе 316 тот баспайтын болатты таңдайды. Көпшілік үшін тот баспайтын болат термині жеңілмейтін коррозия аурасын тудырады, ал шын мәнінде тот баспайтын болаттар кейде ең нашар таңдау болуы мүмкін, себебі олар жергілікті коррозияға бейім. Ал салқындатқыш суды дайындау үшін тұщы судың қолжетімділігінің азаюы дәуірінде, жоғары концентрациялы циклдарда жұмыс істейтін салқындату мұнараларымен бірге тот баспайтын болаттың істен шығу механизмдері күшейеді. Кейбір қолданбаларда 300 сериялы тот баспайтын болат істен шыққанға дейін бірнеше ай, кейде бірнеше апта ғана шыдайды. Бұл мақалада конденсатор түтігінің материалдарын суды тазарту тұрғысынан таңдаған кезде ескеру қажет мәселелерге назар аударылады. Бұл мақалада талқыланбаған, бірақ материалды таңдауда рөл атқаратын басқа факторларға материалдың беріктігі, жылу беру қасиеттері және механикалық күштерге төзімділік, соның ішінде шаршау және эрозия коррозиясы жатады.
Болатқа 12% немесе одан да көп хром қосу қорытпаның астындағы негізгі металды қорғайтын үздіксіз оксид қабатын түзуіне әкеледі. Сондықтан тот баспайтын болат термині пайда болды. Басқа қорытпа материалдары (әсіресе никель) болмаған кезде, көміртекті болат феррит тобының құрамына кіреді, ал оның бірлік ұяшығы денеге бағытталған кубтық (BCC) құрылымға ие.
Қорытпа қоспасына никель 8% немесе одан жоғары концентрацияда қосылған кезде, ұяшық қоршаған орта температурасында да аустенит деп аталатын бет-орталықтандырылған кубтық (FCC) құрылымда болады.
1-кестеде көрсетілгендей, 300 сериялы тот баспайтын болаттар мен басқа да тот баспайтын болаттарда аустениттік құрылымды тудыратын никель мөлшері бар.
Аустениттік болаттар көптеген қолданбаларда, соның ішінде қуат қазандықтарындағы жоғары температуралы қыздырғыштар мен қайта қыздырғыш түтіктерге арналған материал ретінде өте құнды болып шықты. Атап айтқанда, 300 сериясы бу бетінің конденсаторларын қоса алғанда, төмен температуралы жылу алмастырғыш түтіктерге арналған материал ретінде жиі қолданылады. Дегенмен, дәл осы қолданбаларда көптеген адамдар ықтимал ақаулық механизмдерін елемейді.
Тот баспайтын болаттың, әсіресе танымал 304 және 316 материалдарының негізгі қиындығы - қорғаныш оксиді қабаты салқындатқыш судағы қоспалармен және қоспалардың шоғырлануына көмектесетін жарықтар мен шөгінділермен жиі бұзылады. Сонымен қатар, өшіру жағдайында тұрған су микробтардың өсуіне әкелуі мүмкін, олардың метаболикалық өнімдері металдарға өте зиянды болуы мүмкін.
Салқындатқыш судың кең таралған қоспасы және экономикалық тұрғыдан алып тастау ең қиын қоспалардың бірі - хлорид. Бұл ион бу генераторларында көптеген мәселелер тудыруы мүмкін, бірақ конденсаторлар мен қосалқы жылу алмастырғыштарда негізгі қиындық - хлоридтер жеткілікті концентрацияда тот баспайтын болаттың қорғаныш оксиді қабатына еніп, оны бұзып, жергілікті коррозияны, яғни шұңқырлардың пайда болуын тудыруы мүмкін.
Шұңқырлардың пайда болуы коррозияның ең қауіпті түрлерінің бірі болып табылады, себебі ол қабырғалардың тесілуіне және металлдың аз шығынымен жабдықтың істен шығуына әкелуі мүмкін.
304 және 316 тот баспайтын болаттарда шұңқыр коррозиясын тудыру үшін хлорид концентрациясы өте жоғары болуы міндетті емес, ал шөгінділер немесе жарықтар жоқ таза беттер үшін ұсынылған ең жоғары хлорид концентрациясы келесідей деп саналады:
Бірнеше факторлар хлорид концентрациясын жалпы алғанда да, жергілікті жерлерде де осы нұсқаулардан асып түсетіндей етіп оңай тудыруы мүмкін. Жаңа электр станциялары үшін бір реттік салқындатуды алғаш рет қарастыру өте сирек кездеседі. Көпшілігі салқындату мұнараларымен немесе кейбір жағдайларда ауамен салқындатылатын конденсаторлармен (ACC) салынған. Салқындату мұнаралары барлар үшін косметикадағы қоспалардың концентрациясы «айналымда» болуы мүмкін. Мысалы, құрамындағы су хлоридінің концентрациясы 50 мг/л болатын баған бес концентрация циклімен жұмыс істейді, ал айналымдағы судағы хлорид мөлшері 250 мг/л құрайды. Тек осының өзі 304 SS-ті алып тастауы керек. Сонымен қатар, жаңа және қолданыстағы зауыттарда зауытты қайта зарядтау үшін тұщы суды ауыстыру қажеттілігі артып келеді. Жалпы балама - қалалық ағынды сулар. 2-кестеде төрт тұщы су қорының талдауы төрт ағынды су қорымен салыстырылады.
Хлорид деңгейінің жоғарылауына (және салқындату жүйелеріндегі микробтық ластануды айтарлықтай арттыруы мүмкін азот пен фосфор сияқты басқа қоспаларға) назар аударыңыз. Барлық сұр су үшін салқындату мұнарасындағы кез келген айналым 316 SS ұсынған хлорид шегінен асады.
Алдыңғы талқылау кең таралған металл беттерінің коррозия әлеуетіне негізделген. Сынықтар мен шөгінділер оқиғаны күрт өзгертеді, себебі екеуі де қоспалардың шоғырлануы мүмкін орындарды қамтамасыз етеді. Конденсаторлар мен осыған ұқсас жылу алмастырғыштардағы механикалық жарықтардың әдеттегі орны - түтіктер арасындағы парақтардың түйіспелері. Түтік ішіндегі шөгінді шөгінді шекарасында жарықтар тудыруы мүмкін, ал шөгіндінің өзі ластану орны ретінде қызмет ете алады. Сонымен қатар, тот баспайтын болат қорғаныс үшін үздіксіз оксид қабатына сүйенетіндіктен, шөгінділер қалған болат бетін анодқа айналдыратын оттегіге тапшы орындарды түзуі мүмкін.
Жоғарыдағы талқылауда зауыт дизайнерлері жаңа жобаларға арналған конденсатор мен қосалқы жылу алмастырғыш түтік материалдарын көрсеткен кезде әдетте ескермейтін мәселелер көрсетілген. 304 және 316 SS-ке қатысты ойлау кейде мұндай әрекеттердің салдарын ескермей, «біз әрқашан солай істедік» сияқты болып көрінеді. Көптеген зауыттар қазіргі кезде кездесетін салқындату суының қатал жағдайларын жеңу үшін балама материалдар қолжетімді.
Балама металдарды талқыламас бұрын, тағы бір мәселені қысқаша айту керек. Көптеген жағдайларда 316 SS немесе тіпті 304 SS қалыпты жұмыс кезінде жақсы жұмыс істеді, бірақ электр қуаты өшкен кезде істен шықты. Көп жағдайда істен шығу конденсатордың немесе жылу алмастырғыштың нашар дренажына байланысты, бұл түтіктерде судың тоқырауына әкеледі. Бұл орта микроорганизмдердің өсуі үшін тамаша жағдайларды қамтамасыз етеді. Микробтық колониялар өз кезегінде түтікшелі металды тікелей коррозиялайтын коррозиялық қосылыстар түзеді.
Микробтық коррозия (MIC) деп аталатын бұл механизм тот баспайтын болаттан жасалған құбырлар мен басқа да металдарды бірнеше апта ішінде бұзатыны белгілі. Егер жылу алмастырғышты ағызып алу мүмкін болмаса, жылу алмастырғыш арқылы суды мезгіл-мезгіл айналдыруға және процесс барысында биоцид қосуға байыпты қарау керек. (Тиісті төсеу процедуралары туралы қосымша ақпарат алу үшін Д. Яниковскидің «Конденсатор мен BOP алмастырғыштарын қабаттастыру – ескеретін жайттар» мақаласын қараңыз; 2019 жылдың 4-6 маусымында Шампейн қаласында (Иллинойс штаты) өткен, 39-шы электрлік коммуналдық химия симпозиумында ұсынылған.)
Жоғарыда көрсетілген қатал орталар үшін, сондай-ақ тұзды су немесе теңіз суы сияқты қатал орталар үшін қоспаларды кетіру үшін балама металдарды пайдалануға болады. Үш қорытпа тобы сәтті болды, коммерциялық таза титан, 6% молибден аустениттік тот баспайтын болат және суперферриттік тот баспайтын болат. Бұл қорытпалар сонымен қатар MIC төзімді. Титан коррозияға өте төзімді деп саналғанымен, оның алтыбұрышты тығыз орналасқан кристалды құрылымы және өте төмен серпімділік модулі оны механикалық зақымдануға сезімтал етеді. Бұл қорытпа берік түтік тірек құрылымдары бар жаңа қондырғылар үшін ең қолайлы. Тамаша балама - суперферриттік тот баспайтын болат Sea-Cure®. Бұл материалдың құрамы төменде көрсетілген.
Болат хромға бай, бірақ никельге аз, сондықтан ол аустениттік тот баспайтын болат емес, ферриттік тот баспайтын болат болып табылады. Никель мөлшерінің төмен болуына байланысты ол басқа қорытпаларға қарағанда әлдеқайда арзан. Sea-Cure жоғары беріктігі мен серпімділік модулі басқа материалдарға қарағанда жұқа қабырғаларға мүмкіндік береді, бұл жылу өткізгіштікті жақсартады.
Бұл металдардың жақсартылған қасиеттері «Шұңқырға төзімділіктің эквиваленттік саны» кестесінде көрсетілген, бұл, атауынан көрініп тұрғандай, әртүрлі металдардың шұңқырға төзімділігін анықтау үшін қолданылатын сынақ процедурасы болып табылады.
Ең көп таралған сұрақтардың бірі - «Тот баспайтын болаттың белгілі бір түрі көтере алатын хлоридтің максималды мөлшері қандай?» Жауаптар әртүрлі. Факторларға рН, температура, сынықтардың болуы және түрі, сондай-ақ белсенді биологиялық түрлердің болу мүмкіндігі жатады. Бұл шешімді қабылдауға көмектесу үшін 5-суреттің оң жақ осіне құрал қосылды. Ол көптеген BOP және конденсация қолданбаларында жиі кездесетін бейтарап рН, 35°C ағынды суға негізделген (шөгінділердің пайда болуы мен жарықтардың пайда болуын болдырмау үшін). Белгілі бір химиялық құрамы бар қорытпа таңдалғаннан кейін, PREn анықтауға және тиісті қиғаш сызықпен қиылысуға болады. Ұсынылған хлоридтің максималды деңгейін оң жақ оське көлденең сызық салу арқылы анықтауға болады. Жалпы, егер қорытпа тұзды немесе теңіз суын қолдану үшін қарастырылатын болса, оның G 48 сынағымен өлшенгендей 25 градус Цельсийден жоғары CCT болуы керек.
Sea-Cure® ұсынатын суперферриттік қорытпалардың теңіз суын қолдануға да жарамды екені анық. Бұл материалдардың тағы бір артықшылығы бар, оны атап өту керек. Марганец коррозиясы мәселелері 304 және 316 SS үшін көптеген жылдар бойы, соның ішінде Огайо өзенінің бойындағы зауыттарда байқалды. Жақында Миссисипи және Миссури өзендерінің бойындағы зауыттардағы жылу алмастырғыштарға шабуыл жасалды. Марганец коррозиясы ұңғыма суының құрамы жүйелерінде де жиі кездесетін мәселе болып табылады. Коррозия механизмі марганец диоксидінің (MnO2) тотықтырғыш биоцидпен әрекеттесіп, шөгінді астында тұз қышқылын түзуі ретінде анықталды. HCl - металдарға шынымен шабуыл жасайтын нәрсе. [В.Х. Дикинсон және Р.В. Пик, "Электр энергетикасы саласындағы марганецке тәуелді коррозия"; 2002 жылы Денверде өткен NACE жылдық коррозия конференциясында ұсынылған.] Ферриттік болаттар бұл коррозия механизміне төзімді.
Конденсатор мен жылу алмастырғыш түтіктері үшін жоғары сапалы материалдарды таңдау әлі де суды тазарту химиясын дұрыс бақылаудың орнын баса алмайды. Автор Бьюкер алдыңғы энергетикалық мақаласында атап өткендей, қабыршақтану, коррозия және ластану мүмкіндігін азайту үшін дұрыс жобаланған және жұмыс істейтін химиялық тазарту бағдарламасы қажет. Полимер химиясы салқындату мұнара жүйелеріндегі коррозия мен қабыршақтануды бақылау үшін ескі фосфат/фосфонат химиясына қуатты балама ретінде пайда болуда. Микробтық ластануды бақылау маңызды мәселе болды және болып қала береді. Хлор, ағартқыш немесе осыған ұқсас қосылыстармен тотығу химиясы микробтық бақылаудың негізі болғанымен, қосымша өңдеу көбінесе тазарту бағдарламаларының тиімділігін арттыра алады. Мұндай мысалдардың бірі - тұрақтандыру химиясы, ол суға зиянды қосылыстар енгізбестен хлор негізіндегі тотығу биоцидтерінің бөліну жылдамдығын және тиімділігін арттыруға көмектеседі. Сонымен қатар, тотығуды тудырмайтын фунгицидтері бар қосымша жем микробтық дамуды бақылауда өте пайдалы болуы мүмкін. Нәтижесінде электр станциясының жылу алмастырғыштарының тұрақтылығы мен сенімділігін арттырудың көптеген жолдары бар, бірақ әр жүйе әртүрлі, сондықтан материалдарды және химиялық процедураларды таңдау үшін сала мамандарымен мұқият жоспарлау және кеңес алу маңызды. Мұның көп бөлігі Мақала суды тазарту тұрғысынан жазылғандықтан, біз материалдық шешімдерге қатыспаймыз, бірақ жабдық іске қосылғаннан кейін сол шешімдердің әсерін басқаруға көмектесуіміз сұралады. Материалды таңдау бойынша соңғы шешімді зауыт қызметкерлері әрбір қолдану үшін көрсетілген бірқатар факторларға сүйене отырып қабылдауы керек.
Автор туралы: Брэд Бьюкер - ChemTreat компаниясының аға техникалық публицисі. Оның энергетика саласында немесе онымен байланысты 36 жылдық тәжірибесі бар, оның көп бөлігі бу генерациясы химиясы, суды тазарту, ауа сапасын бақылау салаларында және City Water, Light & Power (Спрингфилд, Иллинойс) компаниясында жұмыс істеген, ал Kansas City Power & Light Company компаниясы Канзас штатындағы Ла Сигне станциясында орналасқан. Ол сондай-ақ екі жыл бойы химиялық зауытта су/ағынды сулар жөніндегі супервайзердің міндетін атқарушы болып жұмыс істеді. Бьюкер Айова штатының университетінде химия мамандығы бойынша бакалавр дәрежесіне ие, сонымен қатар сұйықтық механикасы, энергия және материалдар тепе-теңдігі және озық бейорганикалық химия бойынша қосымша курстармен жұмыс істейді.
Дэн Яниковски - Plymouth Tube компаниясының техникалық менеджері. 35 жыл бойы ол металдарды әзірлеумен, мыс қорытпаларын, тот баспайтын болатты, никель қорытпаларын, титанды және көміртекті болатты қоса алғанда, құбырлы өнімдерді өндірумен және сынаумен айналысты. 2005 жылдан бері Plymouth Metro компаниясында жұмыс істеп келе жатқан Яниковски 2010 жылы техникалық менеджер болғанға дейін әртүрлі басшылық лауазымдарды атқарды.