Autorët kanë shqyrtuar specifikimet e projekteve të reja të energjisë herë pas here, në të cilat projektuesit e centraleve zakonisht zgjedhin çelik inox 304 ose 316 për tubat e kondensatorit dhe shkëmbyesit ndihmës të nxehtësisë. Për shumë njerëz, termi çelik inox sjell në mendje një aurë korrozioni të pamposhtur, kur në fakt, çelikët inox ndonjëherë mund të jenë zgjedhja më e keqe sepse janë të ndjeshëm ndaj korrozionit të lokalizuar. Dhe, në këtë epokë të disponueshmërisë së reduktuar të ujit të freskët për përgatitjen e ujit ftohës, së bashku me kullat ftohëse që veprojnë në cikle përqendrimi të lartë, mekanizmat e mundshëm të dështimit të çelikut inox zmadhohen. Në disa aplikime, çeliku inox i serisë 300 do të mbijetojë vetëm për muaj, ndonjëherë vetëm javë, para se të dështojë. Ky artikull përqendrohet të paktën në çështjet që duhet të merren në konsideratë kur zgjidhni materialet e tubave të kondensatorit nga një perspektivë e trajtimit të ujit. Faktorë të tjerë që nuk diskutohen në këtë punim, por që luajnë një rol në përzgjedhjen e materialit përfshijnë forcën e materialit, vetitë e transferimit të nxehtësisë dhe rezistencën ndaj forcave mekanike, duke përfshirë lodhjen dhe korrozionin nga erozioni.
Shtimi i 12% ose më shumë kromit në çelik bën që lidhja të formojë një shtresë të vazhdueshme oksidi që mbron metalin bazë poshtë saj. Prandaj termi çelik inox. Në mungesë të materialeve të tjera lidhëse (veçanërisht nikelit), çeliku i karbonit është pjesë e grupit të ferritit, dhe qeliza e tij njësi ka një strukturë kubike të përqendruar në trup (BCC).
Kur nikeli shtohet në përzierjen e aliazhit në një përqendrim prej 8% ose më të lartë, qeliza do të ekzistojë në një strukturë kubike të përqendruar në sipërfaqe (FCC) të quajtur austenit, madje edhe në temperaturë ambienti.
Siç tregohet në Tabelën 1, çelikët inox të serisë 300 dhe çelikët e tjerë inox kanë një përmbajtje nikeli që prodhon një strukturë austenitike.
Çeliqet austenitike kanë provuar të jenë shumë të vlefshme në shumë aplikime, duke përfshirë si material për tubat e mbingrohjes dhe ringrohjes me temperaturë të lartë në kaldajat me energji elektrike. Seria 300 në veçanti përdoret shpesh si material për tubat e shkëmbyesit të nxehtësisë me temperaturë të ulët, duke përfshirë kondensatorët sipërfaqësorë të avullit. Megjithatë, është në këto aplikime që shumë njerëz i anashkalojnë mekanizmat e mundshëm të dështimit.
Vështirësia kryesore me çelikun inox, veçanërisht materialet e njohura 304 dhe 316, është se shtresa mbrojtëse e oksidit shpesh shkatërrohet nga papastërtitë në ujin ftohës dhe nga çarjet dhe depozitat që ndihmojnë në përqendrimin e papastërtive. Përveç kësaj, në kushte mbylljeje, uji i ndenjur mund të çojë në rritjen e mikrobeve, nënproduktet metabolike të të cilave mund të jenë shumë të dëmshme për metalet.
Një papastërti e zakonshme e ujit ftohës, dhe një nga më të vështirat për t'u hequr ekonomikisht, është kloruri. Ky jon mund të shkaktojë shumë probleme në gjeneratorët e avullit, por në kondensatorët dhe shkëmbyesit ndihmës të nxehtësisë, vështirësia kryesore është se kloruret në përqendrime të mjaftueshme mund të depërtojnë dhe të shkatërrojnë shtresën mbrojtëse të oksidit në çelik inox, duke shkaktuar korrozion të lokalizuar, pra gropëzim.
Gropëzimi është një nga format më të fshehta të korrozionit sepse mund të shkaktojë depërtime në mure dhe dështim të pajisjeve me humbje të vogël të metalit.
Përqendrimet e klorurit nuk duhet të jenë shumë të larta për të shkaktuar korrozion me gropëza në çelikun inox 304 dhe 316, dhe për sipërfaqe të pastra pa depozita ose çarje, përqendrimet maksimale të rekomanduara të klorurit tani konsiderohen të jenë:
Disa faktorë mund të prodhojnë lehtësisht përqendrime kloruri që i tejkalojnë këto udhëzime, si në përgjithësi ashtu edhe në vende të lokalizuara. Është bërë shumë e rrallë të merret në konsideratë fillimisht ftohja një herëshe për termocentralet e reja. Shumica janë ndërtuar me kulla ftohjeje, ose në disa raste, kondensatorë të ftohur me ajër (ACC). Për ato me kulla ftohjeje, përqendrimi i papastërtive në kozmetikë mund të "ripërtërihet". Për shembull, një kolonë me një përqendrim kloruri në ujin plotësues prej 50 mg/l funksionon me pesë cikle përqendrimi, dhe përmbajtja e klorurit në ujin qarkullues është 250 mg/l. Vetëm kjo duhet të përjashtojë përgjithësisht 304 SS. Përveç kësaj, në termocentralet e reja dhe ekzistuese, ekziston një nevojë në rritje për të zëvendësuar ujin e freskët për rimbushjen e termocentralit. Një alternativë e zakonshme janë ujërat e zeza komunale. Tabela 2 krahason analizën e katër furnizimeve me ujë të ëmbël me katër furnizimet me ujë të ndotur.
Kini kujdes për nivelet e rritura të klorurit (dhe papastërtitë e tjera, të tilla si azoti dhe fosfori, të cilat mund të rrisin shumë ndotjen mikrobike në sistemet e ftohjes). Për praktikisht të gjithë ujin gri, çdo qarkullim në kullën e ftohjes do të tejkalojë limitin e klorurit të rekomanduar nga 316 SS.
Diskutimi paraprak bazohet në potencialin e korrozionit të sipërfaqeve të zakonshme metalike. Thyerjet dhe sedimentet e ndryshojnë në mënyrë dramatike historinë, pasi të dyja ofrojnë vende ku papastërtitë mund të përqendrohen. Një vendndodhje tipike për çarje mekanike në kondensatorë dhe shkëmbyes të ngjashëm të nxehtësisë është në kryqëzimet e fletës tub me tub. Sedimenti brenda tubit mund të krijojë çarje në kufirin e sedimentit, dhe vetë sedimenti mund të shërbejë si një vend për kontaminim. Për më tepër, për shkak se çeliku inox mbështetet në një shtresë të vazhdueshme oksidi për mbrojtje, depozitat mund të formojnë vende të varfra nga oksigjeni që e kthejnë sipërfaqen e mbetur të çelikut në një anodë.
Diskutimi i mësipërm përshkruan çështjet që projektuesit e centraleve zakonisht nuk i marrin në konsideratë kur specifikojnë materialet e tubave të kondensatorit dhe shkëmbyesit ndihmës të nxehtësisë për projekte të reja. Mentaliteti në lidhje me SS 304 dhe 316 nganjëherë duket ende të jetë "kjo është ajo që kemi bërë gjithmonë" pa marrë parasysh pasojat e veprimeve të tilla. Materiale alternative janë në dispozicion për të përballuar kushtet më të ashpra të ujit ftohës me të cilat përballen shumë centrale tani.
Para se të diskutojmë metalet alternative, duhet të deklarohet shkurtimisht një pikë tjetër. Në shumë raste, një SS 316 ose edhe një SS 304 performoi mirë gjatë funksionimit normal, por dështoi gjatë një ndërprerjeje të energjisë. Në shumicën e rasteve, dështimi është për shkak të kullimit të dobët të kondensatorit ose shkëmbyesit të nxehtësisë që shkakton ujë të ndenjur në tuba. Ky mjedis ofron kushte ideale për rritjen e mikroorganizmave. Kolonitë mikrobike nga ana tjetër prodhojnë komponime korrozive që korrodojnë drejtpërdrejt metalin tubular.
Ky mekanizëm, i njohur si korrozioni i shkaktuar nga mikrobet (MIC), dihet se shkatërron tubat prej çeliku inox dhe metale të tjera brenda disa javësh. Nëse shkëmbyesi i nxehtësisë nuk mund të kullohet, duhet t'i kushtohet vëmendje serioze qarkullimit periodik të ujit përmes shkëmbyesit të nxehtësisë dhe shtimit të biocidit gjatë procesit. (Për më shumë detaje mbi procedurat e duhura të vendosjes, shih D. Janikowski, "Vendosja e Kondensatorit dhe Shkëmbyesve BOP - Konsiderata"; mbajtur më 4-6 qershor 2019 në Champaign, IL. Prezantuar në Simpoziumin e 39-të të Kimisë së Shërbimeve Elektrike.)
Për mjediset e ashpra të theksuara më sipër, si dhe mjediset më të ashpra si uji i kripur ose uji i detit, metalet alternative mund të përdoren për të larguar papastërtitë. Tre grupe aliazhesh kanë rezultuar të suksesshme, titani i pastër komercialisht, çeliku inox austenitik 6% molibden dhe çeliku inox superferritik. Këto aliazhe janë gjithashtu rezistente ndaj MIC. Megjithëse titani konsiderohet shumë rezistent ndaj korrozionit, struktura e tij kristalore gjashtëkëndore e paketuar ngushtë dhe moduli jashtëzakonisht i ulët elastik e bëjnë atë të ndjeshëm ndaj dëmtimeve mekanike. Ky aliazh është më i përshtatshmi për instalime të reja me struktura të forta mbështetëse të tubave. Një alternativë e shkëlqyer është çeliku inox superferritik Sea-Cure®. Përbërja e këtij materiali tregohet më poshtë.
Çeliku ka përmbajtje të lartë kromi, por të ulët nikel, kështu që është çelik inox feritik dhe jo çelik inox austenitik. Për shkak të përmbajtjes së ulët të nikelit, kushton shumë më pak se lidhjet e tjera. Fortësia e lartë dhe moduli elastik i Sea-Cure lejojnë mure më të holla se materialet e tjera, duke rezultuar në transferim të përmirësuar të nxehtësisë.
Vetitë e përmirësuara të këtyre metaleve tregohen në tabelën "Numri Ekuivalent i Rezistencës ndaj Gropëzimit", e cila, siç sugjeron edhe emri, është një procedurë testimi e përdorur për të përcaktuar rezistencën e metaleve të ndryshme ndaj korrozionit të gropëzuar.
Një nga pyetjet më të zakonshme është "Cila është përmbajtja maksimale e klorurit që një gradë e caktuar çeliku inox mund të tolerojë?" Përgjigjet ndryshojnë shumë. Faktorët përfshijnë pH-in, temperaturën, praninë dhe llojin e thyerjeve, si dhe potencialin për specie biologjike aktive. Një mjet është shtuar në boshtin e djathtë të Figurës 5 për të ndihmuar me këtë vendim. Ai bazohet në pH neutral, ujë të rrjedhshëm 35°C që gjendet zakonisht në shumë aplikime BOP dhe kondensimi (për të parandaluar formimin e depozitave dhe formimin e çarjeve). Pasi të jetë zgjedhur një aliazh me një përbërje kimike specifike, PREn mund të përcaktohet dhe më pas të kryqëzohet me vijën e duhur. Niveli maksimal i rekomanduar i klorurit mund të përcaktohet duke vizatuar një vijë horizontale në boshtin e djathtë. Në përgjithësi, nëse një aliazh do të merret në konsideratë për aplikime në ujë të kripur ose deti, ai duhet të ketë një CCT mbi 25 gradë Celsius siç matet nga testi G 48.
Është e qartë se lidhjet superferritike të përfaqësuara nga Sea-Cure® janë përgjithësisht të përshtatshme edhe për aplikime në ujë deti. Ka një përfitim tjetër për këto materiale që duhet theksuar. Problemet e korrozionit të manganit janë vërejtur për 304 dhe 316 SS për shumë vite, duke përfshirë edhe në impiantet përgjatë lumit Ohio. Kohët e fundit, shkëmbyesit e nxehtësisë në impiantet përgjatë lumenjve Misisipi dhe Misuri janë sulmuar. Korrozioni i manganit është gjithashtu një problem i zakonshëm në sistemet e përgatitjes së ujit të puseve. Mekanizmi i korrozionit është identifikuar si dioksid mangani (MnO2) që reagon me një biocid oksidues për të gjeneruar acid klorhidrik nën depozitë. HCl është ajo që sulmon vërtet metalet. [WH Dickinson dhe RW Pick, "Korrozioni i Varur nga Mangani në Industrinë e Energjisë Elektrike"; prezantuar në Konferencën Vjetore të Korrozionit NACE 2002, Denver, CO.] Çeliqet feritike janë rezistente ndaj këtij mekanizmi korrozioni.
Përzgjedhja e materialeve të cilësisë më të lartë për tubat e kondensatorit dhe shkëmbyesit të nxehtësisë ende nuk është zëvendësim për kontrollin e duhur të kimisë së trajtimit të ujit. Siç e ka përshkruar autori Buecker në një artikull të mëparshëm të inxhinierisë së energjisë, një program trajtimi kimik i projektuar dhe i operuar siç duhet është i nevojshëm për të minimizuar potencialin për gëlqere, korrozion dhe ndotje. Kimia e polimerëve po shfaqet si një alternativë e fuqishme ndaj kimisë së vjetër të fosfatit/fosfonatit për të kontrolluar korrozionin dhe gëlqeren në sistemet e kullave të ftohjes. Kontrollimi i ndotjes mikrobike ka qenë dhe do të vazhdojë të jetë një çështje kritike. Ndërsa kimia oksidative me klor, zbardhues ose komponime të ngjashme është gurthemeli i kontrollit mikrobik, trajtimet plotësuese shpesh mund të përmirësojnë efikasitetin e programeve të trajtimit. Një shembull i tillë është kimia e stabilizimit, e cila ndihmon në rritjen e shkallës së lëshimit dhe efikasitetit të biocideve oksiduese me bazë klori pa futur ndonjë komponim të dëmshëm në ujë. Përveç kësaj, ushqimi plotësues me fungicide jo-oksiduese mund të jetë shumë i dobishëm në kontrollin e zhvillimit mikrobik. Rezultati është se ka shumë mënyra për të përmirësuar qëndrueshmërinë dhe besueshmërinë e shkëmbyesve të nxehtësisë së termocentralit, por çdo sistem është i ndryshëm, kështu që planifikimi dhe konsultimi i kujdesshëm me ekspertët e industrisë është i rëndësishëm për zgjedhjen e materialeve dhe procedurave kimike. Pjesa më e madhe e këtij artikulli është shkruar nga një Nga perspektiva e trajtimit të ujit, ne nuk jemi të përfshirë në vendimet për materialet, por na kërkohet të ndihmojmë në menaxhimin e ndikimit të këtyre vendimeve pasi pajisjet të jenë vënë në punë. Vendimi përfundimtar për përzgjedhjen e materialit duhet të merret nga personeli i impiantit bazuar në një numër faktorësh të specifikuar për secilin aplikim.
Rreth Autorit: Brad Buecker është Publicist i Lartë Teknik në ChemTreat. Ai ka 36 vjet përvojë në ose të lidhur me industrinë e energjisë, pjesën më të madhe të së cilës në kiminë e gjenerimit të avullit, trajtimin e ujit, kontrollin e cilësisë së ajrit dhe në City Water, Light & Power (Springfield, IL) dhe Kansas City Power & Light Company ndodhet në Stacionin La Cygne, Kansas. Ai gjithashtu kaloi dy vjet si mbikëqyrës i përkohshëm i ujit/ujërave të zeza në një uzinë kimike. Buecker ka një diplomë Bachelor në Kimi nga Universiteti Shtetëror i Ajovës me punë shtesë në Mekanikën e Fluideve, Ekuilibrin e Energjisë dhe Materialeve, dhe Kiminë e Avancuar Inorganike.
Dan Janikowski është Menaxher Teknik në Plymouth Tube. Për 35 vjet, ai ka qenë i përfshirë në zhvillimin e metaleve, prodhimin dhe testimin e produkteve tubulare, duke përfshirë lidhjet e bakrit, çelikun inox, lidhjet e nikelit, çelikun e titanit dhe karbonit. Duke qenë me Plymouth Metro që nga viti 2005, Janikowski mbajti pozicione të ndryshme të larta përpara se të bëhej Menaxher Teknik në vitin 2010.