Refredament amb aigua de mar en centrals elèctriques costaneres: selecció del material per a tuberies d'acer inoxidable

Per als circuits de refredament amb aigua de mar en centrals elèctriques costaneres, l'acer inoxidable 316L estàndard normalment no és suficient; l'aigua de mar càlida, rica en clorurs i propensa a la bioincrustació exigeix materials amb major aliatge, com ara l'acer duplex 2205, les grades superaustenítiques 6Mo, l'acer superduplex 2507 o el titani, seleccionats segons la temperatura, la velocitat de flux i el règim de cloració. Les principals amenaces són la corrosió per picades i la corrosió per escletxes induïdes pels clorurs, la corrosió influenciada microbiològicament sota biofilms i la corrosió per erosió a altes velocitats de flux; per tant, la tria adequada ha d’equilibrar la resistència a la corrosió, la resistència mecànica i el cost en funció de la funció específica de les canonades d’entrada, els tubs de condensadors i els intercanviadors de calor.

El repte del refredament amb aigua de mar
Les centrals tèrmiques i nuclears costaneres descarreguen enormes quantitats de calor al mar, extraient grans volums d’aigua de mar mitjançant estructures d’aspiració, reixes, bombes, condensadors i canonades de descàrrega. L’aigua de mar és gairebé tan agressiva com els fluids industrials. Conté aproximadament 19.000 ppm de clorurs, està totalment oxigenada i és biològicament activa; a més, sovint absorbeix més calor en passar pel condensador. Cadascun d’aquests factors ataca l’acer inoxidable convencional.
Tres mecanismes predominen. Els clorurs degraden la pel·lícula passiva i provoquen corrosió per picades i, en espais estrets, corrosió per fissures. Els organismes marins es deposaten sobre les superfícies i formen biofilms que creen fissures amb diferencial d’oxigen i impulsen la corrosió influïda per microorganismes (MIC), la qual pot perforar ràpidament els tubs sota els sediments. A més, com que aquests sistemes mouen l’aigua a gran velocitat, l’alta velocitat elimina les pel·lícules protectores i desgasta el metall mitjançant la corrosió per erosió, mentre que les zones estagnades durant les parades permeten que es dipositin sediment i es desenvolupi la MIC.

Per què el 316L sovint no és suficient
l'acer inoxidable 316L, amb uns volts del 2 % de molibdè i un PREN proper a 24, és excel·lent en nombrosos serveis amb clorurs, però només marginal en aigua de mar tèbia. La seva temperatura crítica de picadura en clorurs semblants als de l'aigua de mar és baixa; per tant, pica a temperatures modestes i és especialment sensible a la corrosió per escletxes sota juntes d'embotellat, unions entre tubs i xapes tubulars i dipòsits de bioincrustacions. En aigua de mar en circulació, el 316L pot resistir a baixes temperatures en condicions netes, però la combinació de calor, estancament durant les parades i incrustacions provoca habitualment fallades.
La lliçó extreta de dècades d'operació a la costa és especificar els materials per a serveis amb aigua de mar segons el PREN i la resistència a la corrosió per escletxes, no segons l'experiència general amb clorurs. Un punt de referència útil: per assolir una resistència fiable a la corrosió per escletxes en aigua de mar, normalment cal un PREN d'uns 40 o superior, molt per sobre del que ofereix el 316L.

Opcions d'aliatges més elevats
Diverses famílies de materials afronten amb èxit el repte de l’aigua de mar, cadascuna amb la seva pròpia especialització segons la temperatura, la resistència i el pressupost. El duplex 2205, amb uns 3 % de molibdè, nitrogen i un PREN a la franja dels 30, ofereix aproximadament el doble de resistència que les classes austenítiques i suporta bé l’aigua de mar més freda o aquella sotmesa a un control de cloració, tot i que pot resultar just a la vora del límit en serveis amb escletxes a temperatures elevades. Les classes superaustenítiques 6Mo, amb uns 6 % de molibdè i 0,2 % de nitrogen, assolint un PREN superior a 40, són una opció contrastada per a canonades i intercanviadors de calor d’aigua de mar. El superduplex 2507, amb uns 4 % de molibdè, un PREN superior a 40 i una resistència molt elevada, és adequat per a serveis exigents d’aigua de mar, incloent-hi canonades de paret prima i alta pressió. El titani és pràcticament immune a la corrosió per picadures i per escletxes provocada pels clorurs i continua sent l’elecció tradicional per a tubs de condensadors, limitat principalment pel seu cost i per la seva menor resistència i rigidesa.

Tubs de condensador i velocitat de flux
El condensador és el cor del circuit de refrigeració, i els seus tubs de paret prima són les parts més sensibles a la corrosió. Històricament, els tubs de titani i d’acer inoxidable altament aliats han substituït les aleacions de coure en zones on les càrregues de clorurs i de contaminació són elevades, perquè suporten l’incrustació biològica, la cloració i la velocitat a què està sotmès un condensador.
La velocitat del flux ha d’estar dins d’una franja determinada. Si és massa baixa, es dipositen sediments, fang i biofilms, el que pot provocar corrosió per sota dels dipòsits i corrosió influenciada per microorganismes; si és massa alta, la corrosió per erosió elimina les pel·lícules en les corbes, les entrades i els extrems dels tubs. L’acer inoxidable altament aliat, com ara les classes 6Mo i superduplex, suporta velocitats més elevades que les aleacions de coure, sovint diversos metres per segon, però els dissenyadors encara eviten la turbulència excessiva a les entrades, utilitzen transicions suaus i mantenen la velocitat per sobre del mínim necessari per evitar la sedimentació. La cloració intermitent o contínua controla la bioincrustació, però l’aleació escollida ha de resistir les condicions oxidants amb clorurs que en resulten, fet que torna a indicar l’ús de materials amb un valor PREN elevat.

Disseny i pràctica operativa
La selecció del material és només una part de la fiabilitat. Minimitzeu les escletxes mitjançant soldadures de penetració total, juntes d’empalmes ben assegurades i unions de tub a xapa tubular prou enrotllades o soldades, ja que fins i tot les millors aleacions tenen un límit de temperatura per a les escletxes. Dissenyi sistemes que es buidin i es netegin amb aigua dolça durant les aturades, perquè l’aigua de mar estancada no pugui concentrar clorurs i alimentar la corrosió microbiològica (MIC). La protecció catòdica i un règim de cloració raonable allarguen la vida útil, i cal evitar o gestionar les parelles galvàniques de metalls diferents, ja que combinar un component d’alta aleació amb un metall menys noble en aigua de mar pot corroir ràpidament aquest últim.
Wenqiang subministra tubs i pipes sense costura i soldats, accessoris i brides de doble fase 2205 i superdoble fase 2507/S32750 segons les normes ASTM A312, A213, A269, A790 i A928, amb certificats de proves materials EN 10204 tipus 3.1 o 3.2. Les proves internes de identificació per espectrometria de raigs X (PMI), d’anàlisi química i mecànica, d’assaig hidrostàtic i d’ensajos no destructius (NDT) confirmen que cada element compleix els requisits químics i d’integritat per a serveis en aigua de mar.

Conclusió
El refredament amb aigua de mar castiga els materials subespecificats. L'aigua de mar càlida, oxigenada, biològicament activa i de ràpida circulació supera el 316L; per tant, les centrals elèctriques costaneres han d'escollir segons el PREN i la resistència a la corrosió per esquerdes, optant pel duplex 2205, l'acera inoxidable superaustenítica 6Mo, el duplex super 2507 o el titani, segons la temperatura, la velocitat i el cost. Acompanyat d'un disseny lliure d'esquerdes, un flux controlat, la cloració i la neteja durant les aturades, la tria adequada d'acer inoxidable d'alta aliatge permet obtenir circuits de refredament que resisteixen els clorurs, l'incrustació biològica i l'erosió durant les llargues vides útils exigides per aquestes centrals.

Preguntes freqüents
P: Per què no es recomana l'ús del 316L per al refredament amb aigua de mar?
R: Amb només uns 2 % de molibdè i un PREN d'aproximadament 24, el 316L pateix picades en aigua de mar càlida i és molt sensible a la corrosió per esquerdes sota juntes d'estanquitat, unions de tubs i incrustacions biològiques. Per aconseguir una resistència fiable a la corrosió per esquerdes en aigua de mar, generalment cal un PREN d'uns 40 o superior.
P: Quina velocitat de flux és segura per a les canonades d'acer inoxidable per a aigua de mar?
A: Hi ha una finestra: la velocitat ha de romandre prou elevada per evitar sediments i biofilms que provoquen corrosió per sota dels sediments i corrosió microbiològica, però prou baixa per evitar la corrosió per erosió. Les classes d’alta aliatge com el 6Mo i el duplex super resisten diversos metres per segon, però és essencial disposar de transicions suaus i turbulència controlada a les entrades i els canvis de direcció.

Especifiqueu tuberies de grau per a aigua de mar en duplex i duplex super amb Wenqiang: +86 577 8922 2595 \/ https://www.chinawqsteel.com/