Autoriai ne kartą peržiūrėjo naujas energetikos projektų specifikacijas, kuriose gamyklų projektuotojai kondensatoriaus ir pagalbinio šilumokaičio vamzdžiams paprastai renkasi 304 arba 316 nerūdijantį plieną. Daugeliui terminas „nerūdijantis plienas“ sukelia nenugalimos korozijos aurą, nors iš tikrųjų nerūdijantis plienas kartais gali būti blogiausias pasirinkimas, nes jis yra jautrus lokalizuotai korozijai. Be to, šiuo metu, kai sumažėja gėlo vandens tiekimui aušinimo vandeniui prieinamumas, o aušinimo bokštai veikia didelės koncentracijos ciklais, galimi nerūdijančio plieno gedimo mechanizmai išauga. Kai kuriais atvejais 300 serijos nerūdijantis plienas gali išlikti tik mėnesius, kartais tik savaites, kol sugenda. Šiame straipsnyje daugiausia dėmesio skiriama bent tiems klausimams, į kuriuos reikėtų atsižvelgti renkantis kondensatoriaus vamzdžių medžiagas vandens valymo požiūriu. Kiti veiksniai, kurie šiame straipsnyje neaptarti, bet kurie vaidina svarbų vaidmenį renkantis medžiagą, yra medžiagos stiprumas, šilumos perdavimo savybės ir atsparumas mechaninėms jėgoms, įskaitant nuovargį ir erozinę koroziją.
Pridėjus prie plieno 12 % ar daugiau chromo, lydinys suformuoja ištisinį oksido sluoksnį, kuris apsaugo po juo esantį pagrindinį metalą. Todėl ir vartojamas terminas „nerūdijantis plienas“. Nesant kitų legiruojančių medžiagų (ypač nikelio), anglinis plienas priklauso feritų grupei, o jo elementarioji gardelė turi kūno centre esančią kubinę (BCC) struktūrą.
Kai į lydinio mišinį pridedama 8 % ar didesnės koncentracijos nikelio, net ir kambario temperatūroje ląstelė įgaus centruotos kubinės (FCC) struktūros pavidalą.
Kaip parodyta 1 lentelėje, 300 serijos nerūdijantys plienai ir kiti nerūdijantys plienai turi nikelio kiekį, kuris sukuria austenitinę struktūrą.
Austenitiniai plienai pasirodė esą labai vertingi daugelyje sričių, įskaitant kaip medžiagą aukštos temperatūros perkaitintuvų ir pakartotinio šildytuvo vamzdžiams elektriniuose katiluose. Ypač 300 serija dažnai naudojama kaip medžiaga žemos temperatūros šilumokaičio vamzdžiams, įskaitant garo paviršiaus kondensatorius. Tačiau būtent šiose srityse daugelis nepastebi galimų gedimo mechanizmų.
Pagrindinis nerūdijančio plieno, ypač populiarių 304 ir 316 medžiagų, sunkumas yra tas, kad apsauginį oksido sluoksnį dažnai sunaikina aušinimo vandenyje esančios priemaišos ir įtrūkimai bei nuosėdos, kurios padeda koncentruoti priemaišas. Be to, esant išjungtai sistemai, stovintis vanduo gali sukelti mikrobų augimą, kurių metaboliniai šalutiniai produktai gali būti labai žalingi metalams.
Dažna aušinimo vandens priemaiša ir viena iš sunkiausiai ekonomiškai pašalinamų yra chloridas. Šis jonas gali sukelti daug problemų garo generatoriuose, tačiau kondensatoriuose ir pagalbiniuose šilumokaičiuose pagrindinis sunkumas yra tas, kad pakankamos koncentracijos chloridai gali prasiskverbti ir sunaikinti apsauginį oksido sluoksnį ant nerūdijančio plieno, sukeldami lokalizuotą koroziją, t. y. taškinę koroziją.
Duobinė korozija yra viena iš klastingiausių formų, nes ji gali sukelti sienų įsiskverbimą ir įrangos gedimą, o metalo nuostoliai nedideli.
Chloridų koncentracijos nebūtinai turi būti labai didelės, kad 304 ir 316 nerūdijančiame pliene atsirastų taškinė korozija, o švariems paviršiams be jokių nuosėdų ar įtrūkimų rekomenduojama maksimali chloridų koncentracija dabar laikoma:
Keletas veiksnių gali lengvai sukelti chloridų koncentracijas, viršijančias šias gaires, tiek bendrai, tiek lokalizuotose vietose. Naujose elektrinėse labai retai pirmiausia svarstoma vienkartinio aušinimo galimybė. Dauguma jų statomos su aušinimo bokštais arba kai kuriais atvejais su oru aušinamais kondensatoriais (ACC). Tose, kuriose yra aušinimo bokštai, kosmetikos priemaišų koncentracija gali „cikliškai kilti aukštyn“. Pavyzdžiui, kolonėlė, kurioje chloridų koncentracija yra 50 mg/l papildomo vandens, veikia su penkiais koncentracijos ciklais, o cirkuliuojančio vandens chloridų kiekis yra 250 mg/l. Vien tai paprastai turėtų atmesti 304 SS. Be to, naujose ir esamose jėgainėse vis labiau reikia pakeisti gėlą vandenį jėgainės papildymui. Įprasta alternatyva yra komunalinės nuotekos. 2 lentelėje palyginama keturių gėlo vandens tiekimo šaltinių analizė su keturiais nuotekų tiekimo šaltiniais.
Stebėkite padidėjusį chloridų kiekį (ir kitas priemaišas, tokias kaip azotas ir fosforas, kurios gali labai padidinti mikrobų užterštumą aušinimo sistemose). Iš esmės visų pilkųjų nuotekų cirkuliacija aušinimo bokšte viršys 316 SS rekomenduojamą chloridų ribą.
Ankstesnė diskusija pagrįsta įprastų metalinių paviršių korozijos potencialu. Įtrūkimai ir nuosėdos dramatiškai pakeičia situaciją, nes abiejuose yra vietos, kur gali kauptis priemaišos. Tipiška mechaninių įtrūkimų vieta kondensatoriuose ir panašiuose šilumokaičiuose yra vamzdžių plokščių jungtys. Vamzdžio viduje esančios nuosėdos gali sukelti įtrūkimus nuosėdų sandūroje, o pačios nuosėdos gali būti užteršimo vieta. Be to, kadangi nerūdijantis plienas yra apsaugotas nuo ištisinio oksido sluoksnio, nuosėdos gali sudaryti deguonies neturtingas vietas, kurios likusį plieno paviršių paverčia anodu.
Aukščiau pateiktame aptarime išdėstyti klausimai, į kuriuos gamyklų projektuotojai paprastai neatsižvelgia, nurodydami kondensatorių ir pagalbinių šilumokaičių vamzdžių medžiagas naujiems projektams. Kartais vis dar atrodo, kad 304 ir 316 SS atveju vyrauja nuomonė „taip mes visada darėme“, neatsižvelgiant į tokių veiksmų pasekmes. Yra alternatyvių medžiagų, kurios gali atlaikyti atšiauresnes aušinimo vandens sąlygas, su kuriomis dabar susiduria daugelis gamyklų.
Prieš aptariant alternatyvius metalus, reikia trumpai paminėti dar vieną dalyką. Daugeliu atvejų 316 nerūdijančio plieno arba net 304 nerūdijančio plieno plienas normaliai eksploatuodamas veikė gerai, tačiau sugedo nutrūkus elektros tiekimui. Daugeliu atvejų gedimas atsiranda dėl prasto kondensatoriaus arba šilumokaičio drenažo, dėl kurio vamzdžiuose užsistovi vanduo. Tokia aplinka sudaro idealias sąlygas mikroorganizmams augti. Savo ruožtu mikrobų kolonijos gamina korozinius junginius, kurie tiesiogiai korozuoja vamzdinį metalą.
Šis mechanizmas, žinomas kaip mikrobų sukelta korozija (MIC), per kelias savaites sunaikina nerūdijančio plieno vamzdžius ir kitus metalus. Jei šilumokaičio negalima išleisti, reikėtų rimtai apsvarstyti galimybę periodiškai cirkuliuoti vandenį per šilumokaitį ir proceso metu įpilti biocido. (Daugiau informacijos apie tinkamas sluoksniavimo procedūras žr. D. Janikowski straipsnyje „Kondensatoriaus ir BOP keitiklių sluoksniavimas – svarstymai“, vykusiame 2019 m. birželio 4–6 d. Champaign mieste, Ilinojaus valstijoje, pristatytame 39-ajame elektros tiekimo chemijos simpoziume.)
Aukščiau nurodytoms atšiaurioms aplinkoms, taip pat atšiauresnėms aplinkoms, tokioms kaip sūrokas ar jūros vanduo, priemaišoms apsaugoti galima naudoti alternatyvius metalus. Sėkmingos pasirodė esančios trys lydinių grupės: komerciškai grynas titanas, 6 % molibdeno austenitinis nerūdijantis plienas ir superferitinis nerūdijantis plienas. Šie lydiniai taip pat yra atsparūs minimaliam slopinimui (MIC). Nors titanas laikomas labai atspariu korozijai, jo šešiakampė tanki kristalinė struktūra ir itin mažas elastingumo modulis daro jį jautrų mechaniniams pažeidimams. Šis lydinys geriausiai tinka naujoms instaliacijoms su tvirtomis vamzdžių atraminėmis konstrukcijomis. Puiki alternatyva yra superferitinis nerūdijantis plienas „Sea-Cure®“. Šios medžiagos sudėtis parodyta žemiau.
Plienas turi daug chromo, bet mažai nikelio, todėl tai yra feritinis, o ne austenitinis nerūdijantis plienas. Dėl mažo nikelio kiekio jis kainuoja daug mažiau nei kiti lydiniai. Dėl didelio „Sea-Cure“ stiprumo ir elastingumo modulio sienelės yra plonesnės nei kitų medžiagų, todėl pagerėja šilumos perdavimas.
Pagerintos šių metalų savybės parodytos „Pitting Resistance Equivalent Number“ lentelėje, kuri, kaip rodo pavadinimas, yra bandymo procedūra, naudojama įvairių metalų atsparumui taškinei korozijai nustatyti.
Vienas iš dažniausiai užduodamų klausimų yra „Koks yra didžiausias chloridų kiekis, kurį gali toleruoti konkreti nerūdijančio plieno rūšis?“. Atsakymai yra labai įvairūs. Į veiksnius įeina pH, temperatūra, įtrūkimų buvimas ir tipas bei aktyvių biologinių rūšių potencialas. 5 paveikslo dešinėje ašyje pridėta priemonė, padedanti priimti šį sprendimą. Jis pagrįstas neutraliu pH, 35 °C tekančiu vandeniu, dažniausiai randamu daugelyje BOP ir kondensacijos sričių (siekiant išvengti nuosėdų ir įtrūkimų susidarymo). Pasirinkus lydinį su konkrečia chemine sudėtimi, galima nustatyti PREn ir tada perbraukti atitinkamu brūkšniu. Rekomenduojamą maksimalų chloridų kiekį galima nustatyti nubrėžiant horizontalią liniją dešinėje ašyje. Apskritai, jei lydinį reikia naudoti sūrokame arba jūros vandenyje, jo CCT turi būti didesnis nei 25 laipsniai Celsijaus, išmatuoto G 48 bandymu.
Akivaizdu, kad „Sea-Cure®“ atstovaujami superferitiniai lydiniai paprastai tinka naudoti net ir jūros vandenyje. Reikia pabrėžti dar vieną šių medžiagų privalumą. Jau daugelį metų stebimos 304 ir 316 nerūdijančio plieno mangano korozijos problemos, įskaitant gamyklas prie Ohajo upės. Neseniai buvo pažeisti šilumokaičiai gamyklose prie Misisipės ir Misūrio upių. Mangano korozija taip pat yra dažna problema šulinių vandens papildymo sistemose. Nustatyta, kad korozijos mechanizmas yra mangano dioksidas (MnO2), reaguojantis su oksiduojančiu biocidu, ir po nuosėdomis susidaro druskos rūgštis. Būtent HCl iš tikrųjų pažeidžia metalus. [WH Dickinson ir RW ​​Pick, „Mangano priklausoma korozija elektros energijos pramonėje“; pristatyta 2002 m. NACE metinėje korozijos konferencijoje Denveryje, Kolorade.] Feritiniai plienai yra atsparūs šiam korozijos mechanizmui.
Aukštesnės kokybės medžiagų pasirinkimas kondensatorių ir šilumokaičių vamzdžiams vis dar negali pakeisti tinkamos vandens valymo chemijos kontrolės. Kaip autorius Bueckeris nurodė ankstesniame energetikos inžinerijos straipsnyje, tinkamai suprojektuota ir vykdoma cheminio valymo programa yra būtina norint sumažinti apnašų, korozijos ir užsiteršimo tikimybę. Polimerų chemija tampa galinga alternatyva senesnei fosfatų/fosfonatų chemijai, siekiant kontroliuoti koroziją ir apnašų susidarymą aušinimo bokštų sistemose. Mikrobinės taršos kontrolė buvo ir toliau bus kritinė problema. Nors oksidacinė chemija su chloru, balikliu ar panašiais junginiais yra mikrobų kontrolės pagrindas, papildomas apdorojimas dažnai gali pagerinti valymo programų efektyvumą. Vienas iš tokių pavyzdžių yra stabilizavimo chemija, kuri padeda padidinti chloro pagrindu pagamintų oksiduojančių biocidų išsiskyrimo greitį ir efektyvumą, neįvedant į vandenį jokių kenksmingų junginių. Be to, papildomas tręšimas neoksiduojančiais fungicidais gali būti labai naudingas kontroliuojant mikrobų vystymąsi. Dėl to yra daug būdų, kaip pagerinti elektrinių šilumokaičių tvarumą ir patikimumą, tačiau kiekviena sistema yra skirtinga, todėl renkantis medžiagas ir chemines procedūras svarbu kruopščiai planuoti ir konsultuotis su pramonės ekspertais. Didžioji šio straipsnio dalis parašyta vandens valymo požiūriu, mes... nedalyvauja priimant sprendimus dėl medžiagų, tačiau mūsų prašoma padėti valdyti šių sprendimų poveikį, kai įranga bus paruošta naudoti. Galutinį sprendimą dėl medžiagų pasirinkimo turi priimti gamyklos personalas, remdamasis daugybe kiekvienai taikymo sričiai nurodytų veiksnių.
Apie autorių: Bradas Bueckeris yra vyresnysis techninis publicistas „ChemTreat“. Jis turi 36 metų patirtį energetikos pramonėje arba yra su ja susijęs, daugiausia garų gamybos chemijos, vandens valymo, oro kokybės kontrolės srityse ir dirba „City Water, Light & Power“ (Springfildas, Ilinojus), o „Kansas City Power & Light Company“ yra įsikūrusi La Cygne stotyje, Kanzase. Jis taip pat dvejus metus dirbo chemijos gamykloje vandens/nuotekų tvarkymo vadovu. Bueckeris turi chemijos bakalauro laipsnį, įgytą Ajovos valstijos universitete, ir papildomus kursus studijavo skysčių mechaniką, energijos ir medžiagų pusiausvyrą bei pažangiąją neorganinę chemiją.
Danas Janikowskis yra „Plymouth Tube“ technikos vadovas. 35 metus jis dirbo metalų kūrimo, vamzdinių gaminių, įskaitant vario lydinius, nerūdijantį plieną, nikelio lydinius, titaną ir anglinį plieną, gamybos ir bandymų srityje. Nuo 2005 m. dirbęs „Plymouth Metro“, Janikowskis ėjo įvairias vadovaujančias pareigas, o 2010 m. tapo technikos vadovu.