Ψύξη με θαλασσινό νερό σε παράκτιους ηλεκτροπαραγωγούς σταθμούς: Επιλογή υλικού για σωλήνες από ανοξείδωτο χάλυβα

Για τα κυκλώματα ψύξης με θαλασσινό νερό σε παράκτιους ηλεκτροπαραγωγικούς σταθμούς, ο τυποποιημένος ανοξείδωτος χάλυβας 316L συνήθως δεν επαρκεί· το ζεστό, πλούσιο σε χλωριόνια και υποστηριζόμενο από βιοϋποστρώματα θαλασσινό νερό απαιτεί υλικά με υψηλότερη συγκέντρωση κραμάτων, όπως διπλός ανοξείδωτος χάλυβας 2205, υπερ-αυστηνιτικοί βαθμοί με 6Mo, υπερ-διπλός ανοξείδωτος χάλυβας 2507 ή τιτάνιο, με επιλογή βάσει θερμοκρασίας, ταχύτητας ροής και καθεστώτος χλωρίωσης. Οι κύριες απειλές είναι η πιτινγκ-διάβρωση και η διάβρωση σε σχισμές που προκαλείται από χλωριόνια, η μικροβιολογικά επηρεαζόμενη διάβρωση κάτω από βιοϋμένια και η διάβρωση λόγω έντασης σε υψηλές ταχύτητες ροής· συνεπώς, η κατάλληλη επιλογή ισορροπεί την αντοχή στη διάβρωση, τη μηχανική αντοχή και το κόστος σε σχέση με τη συγκεκριμένη εφαρμογή σε γραμμές εισόδου, σωλήνες συμπυκνωτών και εναλλάκτες θερμότητας.

Η πρόκληση της ψύξης με θαλασσινό νερό
Οι θερμικές και πυρηνικές εγκαταστάσεις στις ακτές αποβάλλουν τεράστιες ποσότητες θερμότητας στη θάλασσα, ελκύοντας μεγάλους όγκους θαλασσινού νερού μέσω δομών εισροής, σχαρών, αντλιών, συμπυκνωτών και γραμμών εκροής. Το θαλασσινό νερό είναι περίπου τόσο διαβρωτικό όσο και τα βιομηχανικά υγρά. Περιέχει περίπου 19.000 ppm χλωριόντων, είναι πλήρως οξυγονωμένο, βιολογικά ενεργό και συχνά αποκτά περισσότερη θερμότητα καθώς διέρχεται από το συμπυκνωτή. Καθένα από αυτά τα παράγοντα επιτίθεται στο συνηθισμένο ανοξείδωτο χάλυβα.
Επικρατούν τρεις μηχανισμοί. Τα χλωριόντα καταστρέφουν το παθητικό φιλμ, προκαλώντας τρύπες και, σε σχισμές, διάβρωση σχισμών. Οι θαλάσσιοι οργανισμοί εγκαθίστανται στις επιφάνειες και δημιουργούν βιοφιλμ που δημιουργούν σχισμές με διαφορά οξυγόνου και προκαλούν διάβρωση που επηρεάζεται από μικροοργανισμούς (MIC), η οποία μπορεί να διαπερνά γρήγορα τους σωλήνες κάτω από αποθέσεις. Επιπλέον, επειδή αυτά τα συστήματα μετακινούν το νερό με μεγάλη ταχύτητα, η υψηλή ταχύτητα αφαιρεί τα προστατευτικά φιλμ και προκαλεί διάβρωση-διάβρωση με φθορά του μετάλλου, ενώ οι στάσιμες ζώνες κατά τις διακοπές λειτουργίας επιτρέπουν την εναπόθεση υλικών και την εγκατάσταση της MIC.

Γιατί το 316L συχνά αποτυγχάνει
το 316L, με περίπου 2% μολυβδένιο και PREN κοντά στο 24, είναι εξαιρετικό σε πολλές εφαρμογές με χλωριούχα, αλλά οριακό σε ζεστό θαλασσινό νερό. Η κρίσιμη θερμοκρασία για την εμφάνιση πιτινγκ σε χλωριούχα παρόμοια με το θαλασσινό νερό είναι χαμηλή, οπότε σε θερμοκρασίες πάνω από μέτριες εμφανίζει πιτινγκ· επιπλέον, είναι ιδιαίτερα εκτεθειμένο σε διάβρωση σε σχισμές κάτω από παρεμβύσματα, στις ενώσεις σωλήνα–πλάκας σωλήνων και σε αποθέσεις βιο-επικάλυψης. Σε ρέον θαλασσινό νερό, το 316L μπορεί να επιβιώσει σε χαμηλές θερμοκρασίες και καθαρές συνθήκες, αλλά ο συνδυασμός θερμότητας, ακινησίας κατά τις στάσεις λειτουργίας και επικάλυψης οδηγεί συστηματικά σε αστοχίες.
Το δίδαγμα από δεκαετίες λειτουργίας σε παράκτιες περιοχές είναι να καθορίζεται η καταλληλότητα για θαλασσινό νερό με βάση το PREN και την αντίσταση σε διάβρωση σε σχισμές, όχι με βάση τη γενική εμπειρία με χλωριούχα. Ένα χρήσιμο πρότυπο: η αξιόπιστη αντίσταση σε διάβρωση σε σχισμές από θαλασσινό νερό απαιτεί συνήθως PREN περίπου 40 ή υψηλότερο, πολύ πέρα από το PREN του 316L.

Επιλογές με υψηλότερη περιεκτικότητα σε κράμα
Πολλές οικογένειες υλικών ανταποκρίνονται στην πρόκληση του θαλασσινού νερού, με καθεμία να κατέχει τη δική της εξειδικευμένη εφαρμογή βάσει θερμοκρασίας, αντοχής και προϋπολογισμού. Το διπλό ανοξείδωτο χάλυβα 2205, με περίπου 3% μολυβδένιο, άζωτο και δείκτη PREN στα μέσα της τριακοντάδας, προσφέρει περίπου διπλάσια αντοχή σε σύγκριση με τους αυστηνιτικούς βαθμούς και λειτουργεί καλά σε ψυχρότερο ή χλωριούχο-ελεγχόμενο θαλασσινό νερό, αν και μπορεί να είναι οριακό για χρήση σε ζεστά περιβάλλοντα με ρωγμές. Οι υπερ-αυστηνιτικοί βαθμοί 6Mo, με περίπου 6% μολυβδένιο και 0,2% άζωτο, προσφέρουν δείκτη PREN πάνω από 40 και αποτελούν αποδεδειγμένα αξιόπιστα υλικά για σωληνώσεις και εναλλάκτες θερμότητας θαλασσινού νερού. Το υπερ-διπλό ανοξείδωτο χάλυβα 2507, με περίπου 4% μολυβδένιο, δείκτη PREN πάνω από 40 και πολύ υψηλή αντοχή, κατάλληλο για απαιτητικές εφαρμογές θαλασσινού νερού, συμπεριλαμβανομένων λεπτών τοίχων και υψηλής πίεσης σωληνώσεων. Το τιτάνιο είναι ουσιαστικά ανεπηρέαστο από την πιτινγκ-διάβρωση λόγω χλωριδίων και παραμένει η παραδοσιακή επιλογή για σωλήνες συμπυκνωτών, με τον κύριο περιορισμό να είναι το κόστος, καθώς και η χαμηλότερη αντοχή και σκληρότητα.

Σωλήνες συμπυκνωτών και ταχύτητα ροής
Ο συμπυκνωτής είναι η καρδιά του κυκλώματος ψύξης, και οι λεπτότοιχοι σωλήνες του είναι τα πιο ευαίσθητα σημεία σε διάβρωση. Οι σωλήνες από τιτάνιο και υψηλοσύνθετα ανοξείδωτα κράματα έχουν ιστορικά αντικαταστήσει τα χάλκινα κράματα σε περιπτώσεις υψηλών φορτίων χλωριόντων και ρύπανσης, επειδή ανέχονται τη βιοεπικάλυψη, τη χλωρίωση και τις ταχύτητες ροής που εμφανίζονται σε έναν συμπυκνωτή.
Η ταχύτητα ροής πρέπει να βρίσκεται εντός ενός συγκεκριμένου εύρους. Αν είναι πολύ χαμηλή, κατακρημνίζονται αποθέσεις, ιλύς και βιοφιλμ, προωθώντας διάβρωση υπό αποθέσεις και μικροβιολογικά επηρεαζόμενη διάβρωση· αν είναι πολύ υψηλή, η διάβρωση λόγω εργοδυναμικής φθοράς αφαιρεί τα προστατευτικά φιλμ σε καμπύλες, εισόδους και άκρα σωλήνων. Τα υψηλής συγκέντρωσης ανοξείδωτα χάλυβα, όπως τα 6Mo και τα super duplex, ανέχονται υψηλότερες ταχύτητες από τα κράματα χαλκού, συχνά αρκετά μέτρα ανά δευτερόλεπτο, αλλά οι μηχανικοί σχεδιασμού εξακολουθούν να αποφεύγουν υπερβολική τυρβώδη ροή στις εισόδους, χρησιμοποιούν ομαλές μεταβάσεις και διατηρούν την ταχύτητα πάνω από το ελάχιστο επίπεδο που απαιτείται για να αποτραπεί η κατακρήμνιση. Η περιοδική ή συνεχής χλωρίωση ελέγχει τη βιοεπιβάρυνση, αλλά το επιλεγμένο κράμα πρέπει να αντέχει τις προκύπτουσες οξειδωτικές συνθήκες χλωριδίων, γεγονός που επαναφέρει την προσοχή σε υλικά με υψηλή τιμή PREN.

Σχεδιασμός και πρακτική λειτουργία
Η επιλογή του υλικού αποτελεί μόνο ένα μέρος της αξιοπιστίας. Ελαχιστοποιήστε τις ρωγμές με συγκολλήσεις πλήρους διείσδυσης, καλά τοποθετημένα γασκέτ και σωστά κυλινδρωμένες ή συγκολλημένες ενώσεις σωλήνα-πλάκας, διότι ακόμη και οι καλύτερες κράματα έχουν όριο θερμοκρασίας για ρωγμές. Σχεδιάστε τα συστήματα έτσι ώστε να αδειάζουν και να εκπλένονται με γλυκό νερό κατά τις διακοπές λειτουργίας, ώστε το στάσιμο θαλασσινό νερό να μην συγκεντρώνει χλωριόντα και να τροφοδοτεί την MIC. Η καθοδική προστασία και ένα λογικό πρόγραμμα χλωρίωσης επεκτείνουν τη διάρκεια ζωής, ενώ οι γαλβανικές ενώσεις διαφορετικών μετάλλων πρέπει να αποφεύγονται ή να διαχειρίζονται με προσοχή, διότι η σύνδεση ενός υψηλού κράματος με ένα λιγότερο ευγενές μέταλλο σε θαλασσινό νερό μπορεί να προκαλέσει γρήγορη διάβρωση του τελευταίου.
Η Wenqiang προμηθεύει δίκλινα κράματα 2205 και υπερδίκλινα κράματα 2507/S32750, χωρίς αρμούς και συγκολλημένους σωλήνες, σωλήνες, εξαρτήματα και φλάντζες σύμφωνα με τα πρότυπα ASTM A312, A213, A269, A790 και A928, με πιστοποιητικά δοκιμής υλικού EN 10204 3.1 ή 3.2. Εσωτερικές δοκιμές PMI, χημικές και μηχανικές δοκιμές, υδροστατικές δοκιμές και μη καταστρεπτικές δοκιμές (NDT) επιβεβαιώνουν ότι κάθε είδος πληροί τις απαιτήσεις χημικής σύνθεσης και ακεραιότητας για χρήση σε θαλασσινό νερό.

Συμπέρασμα
Η ψύξη με θαλασσινό νερό βλάπτει υλικά με ανεπαρκή προδιαγραφές. Το ζεστό, οξυγονούχο, βιολογικά ενεργό και ταχύρυθμο θαλασσινό νερό υπερτονίζει τον κράμα 316L, συνεπώς οι παράκτιες εγκαταστάσεις παραγωγής ενέργειας θα πρέπει να επιλέγουν υλικά βάσει του δείκτη PREN και της αντοχής τους σε διάβρωση σε σχισμές, επιλέγοντας διπλό κράμα 2205, υπερ-αυστηνιτικό 6Mo, υπερ-διπλό 2507 ή τιτάνιο, ανάλογα με τη θερμοκρασία, την ταχύτητα ροής και το κόστος. Σε συνδυασμό με σχεδιασμό χωρίς σχισμές, ελεγχόμενη ροή, χλωρίωση και εκκένωση κατά τις διακοπές λειτουργίας, η κατάλληλη επιλογή υψηλού κράματος παρέχει κυκλώματα ψύξης που αντέχουν στα χλωριόντα, στη βιοεπικάλυψη και στη διάβρωση από ερωσιόν, για τα μακροχρόνια χρονικά διαστήματα λειτουργίας που απαιτούνται από αυτές τις εγκαταστάσεις.

Συχνές Ερωτήσεις
Ε: Γιατί το 316L δεν συνιστάται για ψύξη με θαλασσινό νερό;
Α: Με μόλις περίπου 2% μολυβδένιο και δείκτη PREN κοντά στο 24, το 316L υφίσταται πιτινγκ σε ζεστό θαλασσινό νερό και είναι εξαιρετικά ευάλωτο σε διάβρωση σε σχισμές κάτω από παρεμβύσματα, συνδέσεις σωλήνων και βιοεπικάλυψη. Για αξιόπιστη αντοχή σε διάβρωση σε σχισμές με θαλασσινό νερό, απαιτείται συνήθως δείκτης PREN περίπου 40 ή υψηλότερος.
Ε: Ποια ταχύτητα ροής είναι ασφαλής για σωληνώσεις από ανοξείδωτο χάλυβα με θαλασσινό νερό;
Α: Υπάρχει ένα παράθυρο: η ταχύτητα πρέπει να διατηρείται αρκετά υψηλή για να αποτρέπει τις εναπόθεσεις και τη βιομεμβράνη που προκαλούν διάβρωση κάτω από εναπόθεση και μικροβιολογική διάβρωση, αλλά αρκετά χαμηλή για να αποφεύγεται η διάβρωση λόγω έκπλυσης. Οι υψηλής συγκέντρωσης κράματα, όπως τα 6Mo και τα super duplex, ανέχονται αρκετά μέτρα ανά δευτερόλεπτο, αλλά είναι απαραίτητες ομαλές μεταβάσεις και ελεγχόμενη τυρβώδης ροή στις εισόδους και τις καμπύλες.

Προδιαγράψτε σωληνώσεις duplex και super duplex για θαλασσινό νερό με τον Wenqiang: +86 577 8922 2595 \/ https://www.chinawqsteel.com/