Авторите постојано ги разгледуваат спецификациите за нови проекти за електрична енергија, во кои дизајнерите на постројки обично избираат нерѓосувачки челик 304 или 316 за цевки на кондензаторот и помошниот разменувач на топлина. За многумина, терминот нерѓосувачки челик предизвикува аура на непобедлива корозија, кога всушност, нерѓосувачките челици понекогаш можат да бидат најлошиот избор бидејќи се подложни на локализирана корозија. И, во оваа ера на намалена достапност на свежа вода за дополнување на водата за ладење, заедно со ладилните кули кои работат со циклуси на висока концентрација, потенцијалните механизми за дефект на нерѓосувачкиот челик се зголемуваат. Во некои апликации, нерѓосувачкиот челик од серијата 300 ќе преживее само со месеци, понекогаш само со недели, пред да се расипе. Оваа статија се фокусира барем на прашањата што треба да се земат предвид при изборот на материјали за цевки на кондензаторот од перспектива на третман на вода. Други фактори што не се дискутирани во овој труд, но кои играат улога во изборот на материјал вклучуваат цврстина на материјалот, својства на пренос на топлина и отпорност на механички сили, вклучувајќи замор и ерозивна корозија.
Додавањето на 12% или повеќе хром во челикот предизвикува легурата да формира континуиран оксиден слој што го штити основниот метал под него. Оттука и терминот не'рѓосувачки челик. Во отсуство на други легирачки материјали (особено никел), јаглеродниот челик е дел од феритната група, а неговата единична ќелија има кубна структура центрирана на телото (BCC).
Кога никелот се додава во смесата од легурата со концентрација од 8% или повисока, дури и на собна температура, ќелијата ќе постои во кубна структура со центар на лицето (FCC) наречена аустенит.
Како што е прикажано во Табела 1, нерѓосувачките челици од серијата 300 и другите нерѓосувачки челици имаат содржина на никел што произведува аустенитна структура.
Аустенитските челици се покажаа како многу вредни во многу апликации, вклучително и како материјал за цевки за прегревање и повторно загревање на висока температура во котли за електрична енергија. Серијата 300, особено, често се користи како материјал за цевки за размена на топлина на ниска температура, вклучително и кондензатори на пареа. Сепак, токму во овие апликации многумина ги занемаруваат потенцијалните механизми на дефект.
Главната тешкотија со не'рѓосувачкиот челик, особено популарните материјали 304 и 316, е тоа што заштитниот оксиден слој често е уништен од нечистотии во водата за ладење и од пукнатини и наслаги што помагаат во концентрирањето на нечистотиите. Дополнително, во услови на исклучување, стоечката вода може да доведе до раст на микроби, чии метаболички нуспроизводи можат да бидат многу штетни за металите.
Честа нечистотија од водата за ладење, и една од најтешките за економично отстранување, е хлоридот. Овој јон може да предизвика многу проблеми кај генераторите на пареа, но кај кондензаторите и помошните разменувачи на топлина, главната тешкотија е што хлоридите во доволни концентрации можат да навлезат и да го уништат заштитниот оксиден слој на не'рѓосувачкиот челик, предизвикувајќи локализирана корозија, т.е. вдлабнатини.
Јамчестото создавање дупки е една од најподмолните форми на корозија бидејќи може да предизвика пробивање на ѕидовите и дефект на опремата со мала загуба на метал.
Концентрациите на хлориди не мора да бидат многу високи за да предизвикаат вдлабната корозија кај нерѓосувачкиот челик 304 и 316, а за чисти површини без никакви наслаги или пукнатини, препорачаните максимални концентрации на хлориди сега се сметаат за:
Неколку фактори лесно можат да создадат концентрации на хлориди што ги надминуваат овие упатства, и генерално и на локализирани локации. Стана многу ретко прво да се разгледа еднократното ладење за нови електрани. Повеќето се изградени со ладилни кули, или во некои случаи, кондензатори со воздушно ладење (ACC). За оние со ладилни кули, концентрацијата на нечистотии во козметиката може да „циклира нагоре“. На пример, колона со концентрација на хлориди во водата за полнење од 50 mg/l работи со пет циклуси на концентрација, а содржината на хлориди во циркулирачката вода е 250 mg/l. Само ова генерално треба да го исклучи 304 SS. Покрај тоа, во новите и постојните електрани, постои зголемена потреба за замена на свежата вода за полнење на електраната. Честа алтернатива е комуналната отпадна вода. Табела 2 ја споредува анализата на четирите резерви на слатка вода со четирите резерви на отпадни води.
Внимавајте на зголемените нивоа на хлорид (и други нечистотии, како што се азот и фосфор, кои можат значително да ја зголемат микробната контаминација во системите за ладење). За практично целата сива вода, секоја циркулација во ладилната кула ќе ја надмине границата на хлорид препорачана од 316 SS.
Претходната дискусија се базира на потенцијалот за корозија на вообичаените метални површини. Фрактурите и седиментите драматично ја менуваат приказната, бидејќи и двете обезбедуваат места каде што можат да се концентрираат нечистотии. Типична локација за механички пукнатини во кондензаторите и слични разменувачи на топлина е на споевите на лимовите од цевка до цевка. Седиментот во цевката може да создаде пукнатини на границата на седиментот, а самиот седимент може да послужи како место за контаминација. Понатаму, бидејќи не'рѓосувачкиот челик се потпира на континуиран оксиден слој за заштита, наслагите можат да формираат места сиромашни со кислород што ја претвораат преостанатата површина на челикот во анода.
Горенаведената дискусија ги истакнува проблемите што дизајнерите на постројки обично не ги земаат предвид при специфицирање на материјали за цевки за кондензатор и помошен разменувач на топлина за нови проекти. Менталитетот во врска со SS 304 и 316 понекогаш сè уште се чини дека е „тоа е она што отсекогаш сме го правеле“ без да се земат предвид последиците од таквите дејствија. Достапни се алтернативни материјали за справување со потешките услови на вода за ладење со кои се соочуваат многу постројки сега.
Пред да се дискутираат алтернативните метали, накратко мора да се наведе уште една работа. Во многу случаи, 316 SS или дури и 304 SS работел добро за време на нормално работење, но откажал за време на прекин на електричната енергија. Во повеќето случаи, дефектот се должи на лоша дренажа на кондензаторот или разменувачот на топлина што предизвикува стагнација на вода во цевките. Оваа средина обезбедува идеални услови за раст на микроорганизми. Микробните колонии, пак, произведуваат корозивни соединенија кои директно го кородираат металот на цевката.
Овој механизам, познат како микробно предизвикана корозија (MIC), е познато дека ги уништува цевките од не'рѓосувачки челик и другите метали во рок од неколку недели. Доколку разменувачот на топлина не може да се испразни, треба сериозно да се размисли за периодично циркулирање на вода низ разменувачот на топлина и додавање биоцид за време на процесот. (За повеќе детали за соодветните процедури за поставување, видете Д. Јаниковски, „Слоење на кондензатор и BOP разменувачи – Размислувања“; одржан од 4 до 6 јуни 2019 година во Шампејн, Илиноис, презентиран на 39-тиот Симпозиум за хемија на електрични комунални услуги.)
За суровите средини наведени погоре, како и за посувите средини како што се соленкаста вода или морска вода, може да се користат алтернативни метали за отстранување на нечистотии. Три групи легури се покажаа како успешни, комерцијално чист титаниум, 6% молибден аустенитен не'рѓосувачки челик и суперферитен не'рѓосувачки челик. Овие легури се исто така отпорни на микро-индустриски флуороза (MIC). Иако титаниумот се смета за многу отпорен на корозија, неговата хексагонална кристална структура со тесно пакување и екстремно нискиот модул на еластичност го прават подложен на механичко оштетување. Оваа легура е најсоодветна за нови инсталации со силни потпорни структури на цевки. Одлична алтернатива е суперферитниот не'рѓосувачки челик Sea-Cure®. Составот на овој материјал е прикажан подолу.
Челикот е богат со хром, но сиромашен со никел, па затоа е феритен не'рѓосувачки челик, а не аустенитен. Поради ниската содржина на никел, чини многу помалку од другите легури. Високата цврстина и модулот на еластичност на Sea-Cure овозможуваат потенки ѕидови од другите материјали, што резултира со подобрен пренос на топлина.
Подобрените својства на овие метали се прикажани на табелата „Еквивалентен број на отпорност на јамки“, што, како што сугерира името, е постапка на тестирање што се користи за да се утврди отпорноста на различни метали на јамкистачка корозија.
Едно од најчестите прашања е „Која е максималната содржина на хлориди што може да ја толерира одреден степен на не'рѓосувачки челик?“ Одговорите варираат во голема мера. Факторите вклучуваат pH вредност, температура, присуство и вид на фрактури и потенцијал за активни биолошки видови. Додадена е алатка на десната оска на Слика 5 за да помогне во оваа одлука. Таа се базира на неутрална pH вредност, течна вода од 35°C што најчесто се наоѓа во многу апликации за BOP и кондензација (за да се спречи формирање на наслаги и формирање пукнатини). Откако ќе се избере легура со специфичен хемиски состав, PREn може да се одреди, а потоа да се пресече со соодветната коса црта. Препорачаното максимално ниво на хлориди потоа може да се одреди со цртање хоризонтална линија на десната оска. Општо земено, ако легура треба да се земе предвид за апликации со соленкаста или морска вода, таа треба да има CCT над 25 степени Целзиусови, мерено со тестот G 48.
Јасно е дека суперферитните легури претставени од Sea-Cure® се генерално погодни дури и за апликации во морска вода. Постои уште една предност на овие материјали што мора да се нагласи. Проблеми со корозија на манган се забележани кај 304 и 316 SS со години, вклучително и во фабриките покрај реката Охајо. Неодамна, разменувачите на топлина во фабриките покрај реките Мисисипи и Мисури беа нападнати. Корозијата на манган е исто така чест проблем во системите за дополнување на вода од бунари. Механизмот на корозија е идентификуван како реакција на манган диоксид (MnO2) со оксидирачки биоцид за да се генерира хлороводородна киселина под талогот. HCl е она што навистина ги напаѓа металите. [WH Dickinson и RW Pick, „Корозија зависна од манган во електроенергетската индустрија“; презентирано на годишната конференција за корозија на NACE во 2002 година, Денвер, Колорадо]. Феритните челици се отпорни на овој механизам на корозија.
Изборот на материјали од повисок квалитет за кондензаторските и топлинските цевки сè уште не е замена за соодветна контрола на хемијата за третман на вода. Како што авторот Букер нагласи во претходна статија за енергетика, неопходна е правилно дизајнирана и управувана програма за хемиски третман за да се минимизира потенцијалот за создавање бигор, корозија и загадување. Полимерната хемија се појавува како моќна алтернатива на постарата фосфатна/фосфонатна хемија за контрола на корозијата и создавање бигор во системите за ладење. Контролирањето на микробната контаминација беше и ќе продолжи да биде критично прашање. Додека оксидативната хемија со хлор, белило или слични соединенија е камен-темелник на микробната контрола, дополнителните третмани често можат да ја подобрат ефикасноста на програмите за третман. Еден таков пример е хемијата за стабилизација, која помага да се зголеми стапката на ослободување и ефикасноста на оксидирачките биоциди базирани на хлор без внесување штетни соединенија во водата. Покрај тоа, дополнителното хранење со неоксидирачки фунгициди може да биде многу корисно во контролата на развојот на микробите. Резултатот е дека постојат многу начини за подобрување на одржливоста и сигурноста на топлинските разменувачи на електрани, но секој систем е различен, па затоа внимателното планирање и консултациите со индустриски експерти се важни за изборот на материјали и хемиски процедури. Голем дел од оваа статија е напишан од Од перспектива на третман на вода, ние не сме вклучени во одлуките за материјалите, но од нас се бара да помогнеме во управувањето со влијанието на тие одлуки откако опремата ќе биде пуштена во употреба. Конечната одлука за избор на материјал мора да ја донесе персоналот на фабриката врз основа на голем број фактори наведени за секоја апликација.
За авторот: Бред Букер е виш технички публицист во ChemTreat. Тој има 36 години искуство во или поврзано со енергетската индустрија, од кои поголемиот дел во хемијата за производство на пареа, третманот на вода, контролата на квалитетот на воздухот и во City Water, Light & Power (Спрингфилд, Илиноис), а компанијата Kansas City Power & Light се наоѓа на станицата La Cygne, Канзас. Тој, исто така, помина две години како вршител на должноста надзорник за вода/отпадни води во хемиска фабрика. Букер има диплома по хемија од Државниот универзитет во Ајова со дополнителна работа по механика на флуиди, рамнотежа на енергија и материјали и напредна неорганска хемија.
Ден Јаниковски е технички менаџер во „Плимут туб“. Веќе 35 години е вклучен во развојот на метали, производството и тестирањето на цевчести производи, вклучувајќи бакарни легури, не'рѓосувачки челик, легури на никел, титаниум и јаглероден челик. Во „Плимут метро“ работи од 2005 година, а Јаниковски имал разни високи позиции пред да стане технички менаџер во 2010 година.