पॉवरजेन इंटरनॅशनलची कंटेंटसाठीची मागणी आता खुली झाली आहे! आम्ही युटिलिटीज आणि वीज निर्मिती उद्योगांमधील वक्त्यांच्या शोधात आहोत. विषयांमध्ये पारंपरिक आणि नवीकरणीय वीज निर्मिती, वीज प्रकल्पांचे डिजिटल रूपांतरण, ऊर्जा साठवण, मायक्रोग्रिड्स, प्लांट ऑप्टिमायझेशन, ऑन-साइट पॉवर आणि बरेच काही समाविष्ट आहे.
लेखकांनी नवीन ऊर्जा प्रकल्पांच्या तपशिलांचा वारंवार आढावा घेतला आहे, ज्यामध्ये संयंत्र डिझाइनर सामान्यतः कंडेन्सर आणि सहाय्यक उष्णता विनिमयक नळ्यांसाठी ३०४ किंवा ३१६ स्टेनलेस स्टीलची निवड करतात. अनेकांसाठी, 'स्टेनलेस स्टील' हा शब्द अभेद्य गंज-प्रतिरोधकतेची कल्पना निर्माण करतो, पण प्रत्यक्षात, स्टेनलेस स्टील कधीकधी सर्वात वाईट पर्याय ठरू शकतो कारण त्याला स्थानिक गंज लागण्याची शक्यता असते. आणि, शीतकरणासाठी लागणाऱ्या पाण्याच्या पुरवठ्यासाठी ताज्या पाण्याची उपलब्धता कमी होण्याच्या या काळात, तसेच उच्च सांद्रता चक्रांवर चालणाऱ्या कूलिंग टॉवर्समुळे, स्टेनलेस स्टीलच्या संभाव्य बिघाडाची कारणे अधिक तीव्र होतात. काही उपयोगांमध्ये, ३०० सिरीजचे स्टेनलेस स्टील निकामी होण्यापूर्वी केवळ काही महिने, कधीकधी फक्त काही आठवडेच टिकते. हा लेख जलशुद्धीकरणाच्या दृष्टिकोनातून कंडेन्सर ट्यूबसाठी सामग्री निवडताना विचारात घ्यावयाच्या मुद्द्यांवर लक्ष केंद्रित करतो. या शोधनिबंधात चर्चा न केलेले, परंतु सामग्री निवडीत भूमिका बजावणारे इतर घटक म्हणजे सामग्रीची मजबुती, उष्णता हस्तांतरण गुणधर्म आणि थकवा व क्षरण गंज यांसारख्या यांत्रिक शक्तींना असलेला प्रतिकार.
स्टीलमध्ये १२% किंवा त्याहून अधिक क्रोमियम मिसळल्याने मिश्रधातूवर एक सलग ऑक्साईड थर तयार होतो, जो त्याखालील मूळ धातूचे संरक्षण करतो. म्हणूनच याला स्टेनलेस स्टील म्हटले जाते. इतर मिश्रधातू पदार्थांच्या (विशेषतः निकेलच्या) अनुपस्थितीत, कार्बन स्टील हा फेराइट गटाचा भाग आहे आणि त्याच्या युनिट सेलची रचना बॉडी-सेंटर्ड क्यूबिक (BCC) असते.
जेव्हा मिश्रधातूच्या मिश्रणात 8% किंवा त्याहून अधिक प्रमाणात निकेल मिसळले जाते, तेव्हा सामान्य तापमानात सुद्धा, पेशी ऑस्टेनाइट नावाच्या फेस-सेंटर्ड क्यूबिक (FCC) संरचनेत अस्तित्वात असते.
तक्ता 1 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, 300 मालिका स्टेनलेस स्टील आणि इतर स्टेनलेस स्टीलमध्ये निकेलचे प्रमाण असते ज्यामुळे ऑस्टेनिटिक संरचना तयार होते.
ऑस्टेनिटिक स्टील अनेक उपयोगांमध्ये अत्यंत मौल्यवान ठरले आहे, ज्यात पॉवर बॉयलरमधील उच्च तापमान सुपरहीटर आणि रिहीटर ट्यूबसाठीच्या सामग्रीचा समावेश आहे. विशेषतः ३०० सिरीजचा वापर अनेकदा कमी तापमान हीट एक्सचेंजर ट्यूबसाठी केला जातो, ज्यात स्टीम सरफेस कंडेन्सरचा समावेश आहे. तथापि, याच उपयोगांमध्ये अनेकजण संभाव्य बिघाडाच्या यंत्रणांकडे दुर्लक्ष करतात.
स्टेनलेस स्टील, विशेषतः लोकप्रिय 304 आणि 316 मटेरिअल्समधील मुख्य अडचण ही आहे की, कूलिंग वॉटरमधील अशुद्धतेमुळे आणि अशुद्धता सांद्रित होण्यास मदत करणाऱ्या भेगा व साठ्यांमुळे त्याचा संरक्षक ऑक्साईड थर अनेकदा नष्ट होतो. याव्यतिरिक्त, शटडाउनच्या परिस्थितीत, साचलेल्या पाण्यामुळे सूक्ष्मजीवांची वाढ होऊ शकते, ज्यांचे चयापचयात्मक उप-उत्पादने धातूंसाठी अत्यंत हानिकारक ठरू शकतात.
शीतकरण पाण्यातील एक सामान्य अशुद्धी, आणि जी किफायतशीरपणे काढून टाकणे सर्वात कठीण आहे, ती म्हणजे क्लोराईड. हा आयन स्टीम जनरेटरमध्ये अनेक समस्या निर्माण करू शकतो, परंतु कंडेन्सर आणि सहाय्यक उष्णता विनिमयकांमध्ये मुख्य अडचण ही आहे की पुरेशा प्रमाणात असलेले क्लोराईड स्टेनलेस स्टीलवरील संरक्षक ऑक्साईड थरात शिरून तो नष्ट करू शकतात, ज्यामुळे स्थानिक क्षरण, म्हणजेच पिटिंग (खड्डे पडणे) होते.
पिटिंग हा गंजण्याचा एक अत्यंत घातक प्रकार आहे, कारण त्यामुळे धातूची फारशी झीज न होता भिंतींना छिद्रे पडू शकतात आणि उपकरणे निकामी होऊ शकतात.
304 आणि 316 स्टेनलेस स्टीलमध्ये पिटिंग गंज (pitting corrosion) होण्यासाठी क्लोराईडची सांद्रता खूप जास्त असण्याची गरज नसते, आणि कोणताही थर किंवा भेगा नसलेल्या स्वच्छ पृष्ठभागांसाठी, क्लोराईडची शिफारस केलेली कमाल सांद्रता आता खालीलप्रमाणे मानली जाते:
सर्वसाधारणपणे आणि स्थानिक ठिकाणी, अनेक घटकांमुळे क्लोराईडची सांद्रता या मार्गदर्शक तत्त्वांपेक्षा जास्त होऊ शकते. नवीन ऊर्जा प्रकल्पांसाठी प्रथम एकदा-वापरल्या जाणाऱ्या शीतकरणाचा (once-through cooling) विचार करणे आता खूप दुर्मिळ झाले आहे. बहुतेक प्रकल्प कूलिंग टॉवर्ससह किंवा काही प्रकरणांमध्ये, एअर-कूल्ड कंडेन्सर्ससह (ACC) बांधले जातात. ज्या प्रकल्पांमध्ये कूलिंग टॉवर्स आहेत, तिथे सौंदर्यप्रसाधनांमधील अशुद्धींची सांद्रता "चक्रीयरित्या वाढू" शकते. उदाहरणार्थ, ५० मिग्रॅ/लि. मेक-अप वॉटरमधील क्लोराईड सांद्रता असलेला एक कॉलम पाच सांद्रता चक्रांसह चालतो आणि फिरणाऱ्या पाण्यातील क्लोराईडचे प्रमाण २५० मिग्रॅ/लि. असते. केवळ यावरूनच साधारणपणे ३०४ एसएस (304 SS) चा पर्याय वगळला पाहिजे. याव्यतिरिक्त, नवीन आणि विद्यमान प्रकल्पांमध्ये, प्लांट रिचार्जसाठी ताज्या पाण्याची जागा घेण्याची गरज वाढत आहे. एक सामान्य पर्याय म्हणजे महानगरपालिकेचे सांडपाणी. तक्ता २ मध्ये चार ताज्या पाण्याच्या पुरवठ्यांच्या विश्लेषणाची तुलना चार सांडपाण्याच्या पुरवठ्यांशी केली आहे.
वाढलेल्या क्लोराईडच्या पातळीकडे (आणि नायट्रोजन व फॉस्फरस सारख्या इतर अशुद्धींकडे, ज्यामुळे कूलिंग सिस्टीममध्ये सूक्ष्मजैविक प्रदूषण मोठ्या प्रमाणात वाढू शकते) लक्ष द्या. मूलतः सर्व ग्रे वॉटरसाठी, कूलिंग टॉवरमधील कोणतेही अभिसरण 316 SS द्वारे शिफारस केलेल्या क्लोराईड मर्यादेपेक्षा जास्त असेल.
मागील चर्चा सामान्य धातूंच्या पृष्ठभागांच्या क्षरण क्षमतेवर आधारित आहे. भेगा आणि गाळामुळे परिस्थिती पूर्णपणे बदलते, कारण या दोन्ही ठिकाणी अशुद्धी जमा होऊ शकते. कंडेनसर आणि तत्सम उष्णता विनिमयकांमध्ये यांत्रिक भेगा पडण्याचे एक सामान्य ठिकाण म्हणजे ट्यूब-टू-ट्यूब शीट जंक्शन होय. ट्यूबमधील गाळामुळे गाळाच्या सीमेवर भेगा पडू शकतात आणि तो गाळ स्वतःच प्रदूषणाचे ठिकाण बनू शकतो. शिवाय, स्टेनलेस स्टील संरक्षणासाठी एका अखंड ऑक्साईड थरावर अवलंबून असल्यामुळे, जमा झालेल्या गाळामुळे ऑक्सिजन-विरहित जागा तयार होऊ शकतात, ज्यामुळे उर्वरित स्टीलचा पृष्ठभाग ॲनोड बनतो.
वरील चर्चेत अशा समस्या मांडल्या आहेत, ज्यांचा विचार प्लांट डिझाइनर नवीन प्रकल्पांसाठी कंडेन्सर आणि ऑक्झिलरी हीट एक्सचेंजर ट्यूबचे साहित्य निश्चित करताना सहसा करत नाहीत. ३०४ आणि ३१६ एसएसच्या बाबतीत, अशा कृतींच्या परिणामांचा विचार न करता, “आम्ही नेहमी हेच करत आलो आहोत” अशी मानसिकता अजूनही दिसून येते. अनेक प्लांट्सना आता सामोरे जाव्या लागणाऱ्या अधिक कठोर कूलिंग वॉटरच्या परिस्थितीला हाताळण्यासाठी पर्यायी साहित्य उपलब्ध आहे.
पर्यायी धातूंवर चर्चा करण्यापूर्वी, आणखी एक मुद्दा थोडक्यात मांडला पाहिजे. बऱ्याच प्रकरणांमध्ये, 316 SS किंवा अगदी 304 SS सामान्य वापरादरम्यान चांगली कामगिरी करतात, परंतु वीजपुरवठा खंडित झाल्यावर निकामी होतात. बहुतेक प्रकरणांमध्ये, कंडेन्सर किंवा हीट एक्सचेंजरमधील पाण्याचा निचरा नीट न झाल्यामुळे नळ्यांमध्ये पाणी साचते, हे या बिघाडाचे कारण असते. हे वातावरण सूक्ष्मजीवांच्या वाढीसाठी आदर्श परिस्थिती निर्माण करते. सूक्ष्मजीवांच्या वसाहती पुढे क्षरणकारी संयुगे तयार करतात, जी थेट नळीच्या धातूचे क्षरण करतात.
सूक्ष्मजीवांमुळे होणारे क्षरण (MIC) म्हणून ओळखली जाणारी ही प्रक्रिया, स्टेनलेस स्टीलच्या पाईप्स आणि इतर धातूंना काही आठवड्यांतच नष्ट करते. जर हीट एक्सचेंजरमधील पाणी काढता येत नसेल, तर त्यामधून ठराविक काळाने पाणी फिरवण्याचा आणि त्या प्रक्रियेदरम्यान बायोसाइड टाकण्याचा गंभीरपणे विचार केला पाहिजे. (योग्य ले-अप प्रक्रियेबद्दल अधिक माहितीसाठी, डी. जानिकोव्स्की यांचा "लेअरिंग अप कंडेन्सर अँड बीओपी एक्सचेंजर्स – कन्सिडरेशन्स" हा शोधनिबंध पाहा; जो ४-६ जून, २०१९ रोजी चॅम्पियन, आयएल येथे ३९ व्या इलेक्ट्रिक युटिलिटी केमिस्ट्री सिम्पोझियममध्ये सादर करण्यात आला होता.)
वर नमूद केलेल्या कठोर वातावरणांसाठी, तसेच खारे पाणी किंवा समुद्राचे पाणी यांसारख्या अधिक कठोर वातावरणांसाठी, अशुद्धता दूर करण्यासाठी पर्यायी धातू वापरले जाऊ शकतात. तीन मिश्रधातू गट यशस्वी ठरले आहेत: व्यावसायिकदृष्ट्या शुद्ध टायटॅनियम, ६% मॉलिब्डेनम ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील आणि सुपरफेरिटिक स्टेनलेस स्टील. हे मिश्रधातू एमआयसी (MIC) प्रतिरोधक देखील आहेत. टायटॅनियम गंजण्यास अत्यंत प्रतिरोधक मानले जात असले तरी, त्याची षटकोनी घट्ट-पॅक केलेली स्फटिक रचना आणि अत्यंत कमी लवचिक मापांक यामुळे ते यांत्रिक नुकसानीस बळी पडते. हा मिश्रधातू मजबूत ट्यूब सपोर्ट स्ट्रक्चर्स असलेल्या नवीन प्रतिष्ठापनांसाठी सर्वोत्तम आहे. सुपरफेरिटिक स्टेनलेस स्टील सी-क्युअर® (Sea-Cure®) हा एक उत्कृष्ट पर्याय आहे. या सामग्रीची रचना खाली दर्शविली आहे.
या स्टीलमध्ये क्रोमियमचे प्रमाण जास्त आणि निकेलचे प्रमाण कमी असते, त्यामुळे हे ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील नसून फेरिटिक स्टेनलेस स्टील आहे. निकेलचे प्रमाण कमी असल्यामुळे, त्याची किंमत इतर मिश्रधातूंपेक्षा खूपच कमी असते. सी-क्योरच्या उच्च सामर्थ्यामुळे आणि लवचिक मापांकामुळे इतर सामग्रीच्या तुलनेत पातळ भिंती शक्य होतात, परिणामी उष्णता हस्तांतरण सुधारते.
या धातूंचे वर्धित गुणधर्म “पिटिंग रेझिस्टन्स इक्विव्हॅलेंट नंबर” चार्टवर दाखवले आहेत, जो नावाप्रमाणेच, विविध धातूंचा पिटिंग क्षरणाला असलेला प्रतिकार निश्चित करण्यासाठी वापरली जाणारी एक चाचणी प्रक्रिया आहे.
सर्वात सामान्य प्रश्नांपैकी एक म्हणजे, "स्टेनलेस स्टीलचा एखादा विशिष्ट ग्रेड जास्तीत जास्त किती क्लोराईडचे प्रमाण सहन करू शकतो?" याची उत्तरे खूप वेगवेगळी असतात. यामध्ये pH, तापमान, भेगांची उपस्थिती आणि प्रकार, आणि सक्रिय जैविक प्रजातींची शक्यता या घटकांचा समावेश होतो. हा निर्णय घेण्यास मदत करण्यासाठी आकृती ५ च्या उजव्या अक्षावर एक साधन जोडले आहे. हे तटस्थ pH, ३५°C तापमानाच्या वाहत्या पाण्यावर आधारित आहे, जे अनेक BOP आणि संघनन अनुप्रयोगांमध्ये (ठेव आणि तडे तयार होण्यापासून रोखण्यासाठी) सामान्यतः आढळते. एकदा विशिष्ट रासायनिक रचनेचा मिश्रधातू निवडला की, PREn निश्चित करून त्याला योग्य स्लॅशने छेदता येते. त्यानंतर उजव्या अक्षावर एक आडवी रेषा काढून शिफारस केलेली कमाल क्लोराईड पातळी निश्चित केली जाऊ शकते. सर्वसाधारणपणे, जर एखादा मिश्रधातू खाऱ्या किंवा समुद्राच्या पाण्याच्या अनुप्रयोगांसाठी विचारात घ्यायचा असेल, तर G 48 चाचणीनुसार त्याचे CCT २५ अंश सेल्सिअसपेक्षा जास्त असणे आवश्यक आहे.
हे स्पष्ट आहे की सी-क्युअर® द्वारे दर्शविलेले सुपर फेरिटिक मिश्रधातू सामान्यतः समुद्राच्या पाण्यातील अनुप्रयोगांसाठी देखील योग्य आहेत. या सामग्रीचा आणखी एक फायदा आहे ज्यावर जोर देणे आवश्यक आहे. ओहायो नदीच्या काठावरील प्रकल्पांसह, ३०४ आणि ३१६ एसएसमध्ये मॅंगनीज गंजण्याच्या समस्या अनेक वर्षांपासून दिसून आल्या आहेत. अलीकडे, मिसिसिपी आणि मिसूरी नद्यांच्या काठावरील प्रकल्पांमधील उष्णता विनिमयकांवर (हीट एक्सचेंजर्स) हल्ला झाला आहे. विहिरीच्या पाण्याच्या मेक-अप सिस्टीममध्ये देखील मॅंगनीज गंजणे ही एक सामान्य समस्या आहे. गंजण्याची यंत्रणा अशी ओळखली गेली आहे की मॅंगनीज डायऑक्साइड (MnO2) एका ऑक्सिडायझिंग बायोसाइडशी प्रतिक्रिया करून साठलेल्या थराखाली हायड्रोक्लोरिक ऍसिड तयार करतो. HCl हेच धातूंवर खरा हल्ला करते. [डब्ल्यूएच डिकिन्सन आणि आरडब्ल्यू पिक, "विद्युत ऊर्जा उद्योगातील मॅंगनीज-आधारित गंज"; २००२ NACE वार्षिक गंज परिषद, डेन्व्हर, CO येथे सादर केले.] फेरिटिक स्टील या गंजण्याच्या यंत्रणेला प्रतिरोधक असतात.
कंडेन्सर आणि हीट एक्सचेंजर ट्यूबसाठी उच्च दर्जाच्या सामग्रीची निवड करणे हे योग्य जलशुद्धीकरण रसायनशास्त्र नियंत्रणाला पर्याय ठरू शकत नाही. लेखक ब्यूकर यांनी पूर्वीच्या पॉवर इंजिनिअरिंग लेखात नमूद केल्याप्रमाणे, स्केलिंग, क्षरण आणि फाउलिंगची शक्यता कमी करण्यासाठी योग्यरित्या डिझाइन केलेला आणि चालवलेला रासायनिक उपचार कार्यक्रम आवश्यक आहे. कूलिंग टॉवर सिस्टीममधील क्षरण आणि स्केलिंग नियंत्रित करण्यासाठी जुन्या फॉस्फेट/फॉस्फोनेट रसायनशास्त्राला एक शक्तिशाली पर्याय म्हणून पॉलिमर रसायनशास्त्र उदयास येत आहे. सूक्ष्मजैविक दूषण नियंत्रित करणे हा एक गंभीर मुद्दा राहिला आहे आणि पुढेही राहील. क्लोरीन, ब्लीच किंवा तत्सम संयुगांसह ऑक्सिडेटिव्ह रसायनशास्त्र हे सूक्ष्मजैविक नियंत्रणाचा आधारस्तंभ असले तरी, पूरक उपचारांमुळे अनेकदा उपचार कार्यक्रमांची कार्यक्षमता सुधारू शकते. याचे एक उदाहरण म्हणजे स्थिरीकरण रसायनशास्त्र, जे पाण्यात कोणतेही हानिकारक संयुगे न सोडता क्लोरीन-आधारित ऑक्सिडायझिंग बायोसाइड्सचा उत्सर्जन दर आणि कार्यक्षमता वाढविण्यात मदत करते. याव्यतिरिक्त, नॉन-ऑक्सिडायझिंग बुरशीनाशकांसह पूरक फीड सूक्ष्मजैविक विकास नियंत्रित करण्यासाठी खूप फायदेशीर ठरू शकते. याचा परिणाम असा आहे की पॉवर प्लांट हीट एक्सचेंजर्सची टिकाऊपणा आणि विश्वसनीयता सुधारण्याचे अनेक मार्ग आहेत, परंतु प्रत्येक प्रणाली वेगळी असते, म्हणून काळजीपूर्वक नियोजन आणि सल्लामसलत करणे आवश्यक आहे. सामग्री आणि रासायनिक प्रक्रियांच्या निवडीसाठी उद्योग तज्ञ महत्त्वाचे आहेत. या लेखाचा बराचसा भाग जलशुद्धीकरणाच्या दृष्टिकोनातून लिहिलेला आहे, आम्ही सामग्रीच्या निर्णयात सहभागी नसतो, परंतु एकदा उपकरणे कार्यान्वित झाल्यावर त्या निर्णयांच्या परिणामांचे व्यवस्थापन करण्यास आम्हाला मदत करण्यास सांगितले जाते. सामग्री निवडीचा अंतिम निर्णय प्रत्येक वापरासाठी निर्दिष्ट केलेल्या अनेक घटकांच्या आधारावर संयंत्र कर्मचाऱ्यांनी घेतला पाहिजे.
लेखकाबद्दल: ब्रॅड ब्यूकर हे केमट्रीट येथे वरिष्ठ तांत्रिक प्रसिद्धी अधिकारी आहेत. त्यांना ऊर्जा उद्योगात किंवा त्याच्याशी संबंधित क्षेत्रात ३६ वर्षांचा अनुभव आहे. यातील बराचसा अनुभव वाफ निर्मिती रसायनशास्त्र, जलशुद्धीकरण, वायू गुणवत्ता नियंत्रण या क्षेत्रांतील असून, त्यांनी सिटी वॉटर, लाईट अँड पॉवर (स्प्रिंगफील्ड, आयएल) आणि कॅन्सस सिटी पॉवर अँड लाईट कंपनी (ला सायग्न स्टेशन, कॅन्सस येथे स्थित) येथे काम केले आहे. त्यांनी एका रासायनिक कारखान्यात दोन वर्षे प्रभारी पाणी/सांडपाणी पर्यवेक्षक म्हणूनही काम केले आहे. ब्यूकर यांनी आयोवा स्टेट युनिव्हर्सिटीमधून रसायनशास्त्रात बी.एस. पदवी मिळवली असून, द्रव यांत्रिकी, ऊर्जा आणि पदार्थ संतुलन, आणि प्रगत अजैविक रसायनशास्त्र या विषयांचा अतिरिक्त अभ्यासक्रम पूर्ण केला आहे.
डॅन जानिकोव्स्की हे प्लायमाउथ ट्यूब येथे तांत्रिक व्यवस्थापक आहेत. गेल्या ३५ वर्षांपासून ते धातूंचा विकास, तांबे मिश्रधातू, स्टेनलेस स्टील, निकेल मिश्रधातू, टायटॅनियम आणि कार्बन स्टीलसह नळीच्या आकाराच्या उत्पादनांचे उत्पादन आणि चाचणी या कामात गुंतलेले आहेत. २००५ पासून प्लायमाउथ मेट्रोमध्ये कार्यरत असलेल्या जानिकोव्स्की यांनी २०१० मध्ये तांत्रिक व्यवस्थापक होण्यापूर्वी विविध वरिष्ठ पदांवर काम केले.