Chlazení mořskou vodou v pobřežních elektrárnách: výběr materiálu pro ocelové trubky

Pro obvody chlazení mořskou vodou v pobřežních elektrárnách obvykle nestačí standardní nerezová ocel 316L; teplá mořská voda s vysokým obsahem chloridů a tendencí k biofoulingu vyžaduje materiály s vyšším obsahem slitin, jako jsou duplexní oceli 2205, superaustenitické třídy s 6 % molibdenu, superduplexní ocel 2507 nebo titan – výběr se provádí na základě teploty, rychlosti proudění a režimu chlorace. Hlavními hrozbami jsou pittingová a štěrbinová koroze vyvolaná chloridy, mikrobiologicky ovlivněná koroze pod biologickými povlaky (biofilmem) a erozní koroze při vysoké rychlosti proudění, proto správný výběr vyvažuje odolnost vůči korozi, mechanickou pevnost a náklady vzhledem ke konkrétnímu použití – nasávací potrubí, trubky kondenzátorů a výměníky tepla.

Výzva chlazení mořskou vodou
Pobřežní tepelné a jaderné elektrárny odvádějí obrovské množství tepla do moře, čímž nasávají velké objemy mořské vody prostřednictvím přívodních konstrukcí, mříží, čerpadel, kondenzátorů a výtokových potrubí. Mořská voda je téměř stejně agresivní jako průmyslové kapaliny. Obsahuje přibližně 19 000 ppm chloridů, je plně nasycená kyslíkem, je biologicky aktivní a často získává další teplo při průchodu kondenzátorem. Každý z těchto faktorů napadá běžnou nerezovou ocel.
Převládají tři mechanismy. Chloridy ničí pasivní vrstvu a způsobují bodovou korozi a v štěrbinách štěrbinovou korozi. Mořské organismy se usazují na povrchu a vytvářejí biofilm, který vytváří štěrbiny s rozdílným obsahem kyslíku a podporuje mikrobiologicky ovlivněnou korozi (MIC), jež může rychle perforovat trubky pod usazeninami. A protože tyto systémy přesouvají vodu rychle, vysoká rychlost odstraňuje ochranné vrstvy a způsobuje erozní korozi, zatímco stojaté zóny během výpadků umožňují usazování a rozvoj MIC.

Proč 316L často nestačí
316L, s přibližně 2 % molybdenu a hodnotou PREN kolem 24, je vynikající pro mnoho aplikací s chloridy, avšak jen hraničně vhodný pro teplou mořskou vodu. Jeho kritická teplota pro vznik bodové koroze v chloridových roztocích podobných mořské vodě je nízká, takže nad mírnými teplotami dochází k bodové korozi; navíc je zvláště náchylný na korozi v štěrbinách pod těsněními, v místech spojení trubek s tubulární deskou a pod usazeninami biologického znečištění. V tekoucí mořské vodě může 316L za čistých podmínek přežít při nízkých teplotách, avšak kombinace tepla, zastavení toku během výpadků a znečištění pravidelně způsobuje poruchy.
Zkušenosti z desetiletí provozu v pobřežních oblastech ukazují, že pro aplikace s mořskou vodou je nutné specifikovat materiál na základě hodnoty PREN a odolnosti proti korozi v štěrbinách, nikoli na základě obecné odolnosti vůči chloridům. Užitečný orientační údaj: spolehlivá odolnost proti korozi v štěrbinách v mořské vodě obvykle vyžaduje hodnotu PREN přibližně 40 nebo vyšší – což je výrazně více, než nabízí 316L.

Možnosti s vyšším obsahem slitin
Několik rodin materiálů splňuje výzvu mořské vody, přičemž každá z nich má svou specifickou oblast uplatnění určenou teplotou, pevností a rozpočtem. Duplexní ocel 2205 s přibližně 3 % molybdenu, dusíkem a hodnotou PREN v prostředních 30 letech nabízí přibližně dvojnásobnou pevnost oproti austenitickým třídám a dobře odolává chladnější nebo chlorováním kontrolované mořské vodě, avšak její výkon může být hranicní u teplých štěrbin. Superaustenitické třídy 6Mo s přibližně 6 % molybdenu a 0,2 % dusíku a hodnotou PREN nad 40 jsou osvědčeným řešením pro potrubí a výměníky tepla používané s mořskou vodou. Superduplexní ocel 2507 s přibližně 4 % molybdenu, hodnotou PREN nad 40 a velmi vysokou pevností je vhodná pro náročné aplikace s mořskou vodou, včetně tenkostěnných a vysokotlakých potrubí. Titan je prakticky imunní vůči pittingu způsobenému chloridy a tradičně se používá pro trubkové části kondenzátorů; jeho využití je omezeno především cenou, nižší pevností a nižší tuhostí.

Kondenzátorové trubky a proudění
Kondenzátor je srdcem chladicího okruhu a jeho tenkostěnné trubky jsou nejcitlivější částí z hlediska koroze. Titan a vysoce legované nerezové oceli se historicky používají místo měděných slitin v prostředích s vysokým obsahem chloridů a znečištění, protože snášejí biologické usazování, chloraci a proudění, kterému jsou v kondenzátoru vystaveny.
Rychlost proudění musí ležet v určitém rozmezí. Pokud je příliš nízká, usazují se usazeniny, štěrk a biofilm, čímž se podporuje korozní poškození pod usazeninami a mikrobiologicky ovlivněná koroze; pokud je příliš vysoká, způsobuje erozní koroze odtrhování ochranných vrstev na obloucích, vstupních otvorech a koncích trubek. Vysokolegované nerezové oceli, jako jsou třídy 6Mo a super duplex, vydrží vyšší rychlosti než měděné slitiny – často několik metrů za sekundu – avšak konstruktéři stále vyhýbají nadměrné turbulenci na vstupech, používají hladké přechody a udržují rychlost nad minimem nutným k zabránění usazování. Pravidelná nebo nepřetržitá chlorace potlačuje biofouling, avšak zvolená slitina musí odolávat vzniklým oxidačním podmínkám s obsahem chloridů, což opět ukazuje na materiály s vysokou hodnotou PREN.

Návrh a provozní postupy
Výběr materiálu je jen jednou součástí spolehlivosti. Minimalizujte štěrbiny pomocí svarů s plným průnikem, dobře uložených těsnění a správně zvářených nebo zválených spojů mezi trubkami a tubulárními deskami, protože i nejlepší slitiny mají limitní teplotu pro vznik štěrbin. Navrhujte systémy tak, aby se během odstávek daly vyprázdnit a propláchnout čerstvou vodou, aby se ve stojaté mořské vodě nemohly koncentrovat chloridy a podporovat mikrobiálně indukovanou korozi (MIC). Katodická ochrana a rozumný režim chlorace prodlužují životnost; galvanické dvojice různých kovů je nutné vyhnout se nebo řídit, protože spojení komponenty z vysoce slitinového materiálu s méně ušlechtilým kovem v mořské vodě může způsobit rychlou korozí druhého kovu.
Wenqiang dodává bezšvé a svařované trubky, trubice, tvarovky a příruby z duplexní oceli 2205 a superduplexní oceli 2507/S32750 podle norem ASTM A312, A213, A269, A790 a A928 s certifikáty materiálových zkoušek EN 10204 3.1 nebo 3.2. Vlastní PMI, chemické a mechanické zkoušky, hydrostatické zkoušky a nedestruktivní zkoušky (NDT) potvrzují, že každá položka splňuje požadavky na chemické složení a celistvost pro provoz v mořské vodě.

Závěr
Chlazení mořskou vodou poškozuje materiály s nedostatečnou specifikací. Teplá, okysličená, biologicky aktivní a rychle proudící mořská voda přemáhá ocel 316L, proto by elektrárny na pobřeží měly vybírat materiály podle hodnoty PREN a odolnosti proti korozi v štěrbinách – vhodné jsou například duplexní ocel 2205, superaustenitické oceli s 6 % molibdenu, superduplexní ocel 2507 nebo titan, a to v závislosti na teplotě, rychlosti proudění a nákladech. V kombinaci s konstrukcí bez štěrbin, řízeným prouděním, chlorací a pravidelným proplachováním za provozu mimo provoz poskytuje správně zvolená vysoce legovaná ocel chladicí obvody odolné vůči chloridům, biofoulingu a erozi po celou dobu provozu, kterou tyto elektrárny vyžadují.

Nejčastější dotazy
Otázka: Proč není ocel 316L doporučena pro chlazení mořskou vodou?
Odpověď: Ocel 316L obsahuje pouze přibližně 2 % molibdenu a její hodnota PREN je kolem 24; v teplé mořské vodě se tedy vytvářejí pískové jamky a je velmi náchylná ke korozi v štěrbinách pod těsněními, spoji trubek a vrstvami biofoulingu. Spolehlivá odolnost proti korozi v štěrbinách v mořské vodě obvykle vyžaduje hodnotu PREN přibližně 40 nebo vyšší.
Otázka: Jaká rychlost proudění je bezpečná pro nerezové potrubí pro mořskou vodu?
A: Existuje okno: rychlost musí zůstat dostatečně vysoká, aby se zabránilo usazování a biofilmu, které způsobují korozí pod usazeninami a mikrobiologickou korozí, ale zároveň dostatečně nízká, aby se předešlo erozní korozi. Vysoce legované třídy, jako jsou 6Mo a super duplex, vydrží několik metrů za sekundu, avšak hladké přechody a řízená turbulence na vstupech a ohybech jsou nezbytné.

Uveďte potrubí ze slitin duplex a super duplex pro mořskou vodu u společnosti Wenqiang: +86 577 8922 2595 \/ https://www.chinawqsteel.com/