Meriveden jäähdytys rannikkoalueen voimalaitoksissa: ruostumattoman teräksen putkimateriaalin valinta

Rannikkoalueen voimalaitosten meriveden jäähdytyspiireissä yleensä käytetty 316L-ruostumaton teräs ei yleensä riitä; lämpimässä, kloridipitoisessa ja biologisesti saastuneessa merivedessä vaaditaan korkeammin seostettuja materiaaleja, kuten duplex-terästä 2205, 6Mo-superausteniittisia laadukkaita, superduplex-terästä 2507 tai titaania, joita valitaan lämpötilan, virtausnopeuden ja klorointirežiimin perusteella. Pääuhkina ovat kloridien aiheuttamat pistekorroosio ja rakokorroosio, mikrobien vaikutuksesta syntyvä korroosio biofilmien alla sekä kulutuskorroosio korkeassa virtausnopeudessa, joten oikea materiaalivalinta tasapainottaa korroosionkestävyyttä, mekaanista lujuutta ja kustannuksia vastaan erityisesti ottojohtojen, kondensaattoriputkien ja lämmönvaihtimien käyttöolosuhteita.

Meriveden jäähdytyksen haaste
Rannikolla sijaitsevat lämpö- ja ydinvoimalat jättävät valtavia lämpökuormia merelle, jolloin suuria määriä merivettä imetään sisäänottorakenteiden, suodattimien, pumppujen, kondensaattoreiden ja poistoputkien kautta. Merivesi on lähes yhtä aggressiivista kuin teollisuuden nesteet yleensä. Siinä on noin 19 000 ppm kloridia, se on täysin hapettunutta ja elollista, ja usein se saa lisää lämpöä kulkiessaan kondensaattorin läpi. Kaikki nuo tekijät vaikuttavat haitallisesti tavalliseen ruostumattomaan teräkseen.
Kolme mekanismia hallitsee tilannetta. Kloridit tuhoavat passiivisen kalvon, mikä aiheuttaa pistekorroosiota ja, aukkojen kohdalla, halkeamakorroosiota. Merieläimet asettuvat pintojen päälle ja muodostavat biofilmejä, jotka luovat happieroitteita sisältäviä halkeamia ja edistävät mikrobiologisesti vaikutettua korroosiota (MIC), joka voi läpäistä putket nopeasti saostumien alla. Lisäksi, koska nämä järjestelmät liikuttavat vettä nopeasti, korkea virtausnopeus poistaa suojaavat kalvot ja kuluttaa metallia eroosio-korroosiossa, kun taas seisovat vyöhykkeet huoltokatkosten aikana mahdollistavat saostumien ja MIC:n kehittymisen.

Miksi 316L usein pettää
316L, jossa on noin 2 % molybdeenia ja PREN-arvo noin 24, on erinomainen monissa kloridipalveluissa, mutta rajallinen lämpimässä merivedessä. Sen kriittinen pistoruostumislämpötila meriveden kaltaisissa klorideissa on alhainen, joten se ruostuu pistoruostumalla yli kohtalaisen lämpötilan ja se on erityisen altis rakoruostumalle tiukkujen, putken ja putkilevyn liitosten sekä elollisen saasteen muodostamien saostumien alapuolella. Virtaavassa merivedessä 316L kestää alhaisia lämpötiloja puhtaissa olosuhteissa, mutta lämpötilan nousu, pysähtyminen käyttötaukojen aikana ja saastuminen aiheuttavat yleensä vikoja.
Vuosikymmenten mittainen rannikko-operaatiokokemus opettaa, että meriveden käyttöä tulee määritellä PREN-arvon ja rakoruostumisresistenssin perusteella, ei yleisen kloridikokemuksen perusteella. Hyödyllinen vertailuarvo: luotettava resistenssi meriveden rakoruostumalle vaatii yleensä PREN-arvon noin 40 tai korkeamman, mikä on huomattavasti enemmän kuin 316L tarjoaa.

Korkeammin seostetut vaihtoehdot
Useita materiaaliperheitä täyttävät meriveden haasteen, ja kunkin niistä oma erityisala määritellään lämpötilalla, lujuudella ja budjetilla. Duplex 2205, jossa on noin 3 % molyybdeenia sekä typpeä ja PREN-arvo keskiosassa kolmikymmeniä, tarjoaa noin kaksinkertaisen lujuuden austeniittisiin laaduihin verrattuna ja kestää hyvin kylmempiä tai kloorauksella säädettyjä merivesiä, vaikka se voi olla rajallinen lämpimässä rakokohdissa käytettävänä. 6Mo-superausteniittiset laadut, joissa on noin 6 % molyybdeenia ja 0,2 % typpeä ja PREN-arvo yli 40, ovat todistettu työhevonen meriveden putkistoille ja lämmönvaihtimille. Superduplex 2507, jossa on noin 4 % molyybdeenia ja PREN-arvo yli 40 sekä erinomainen lujuus, soveltuu vaativaan merivedenkäyttöön, mukaan lukien ohutseinäiset ja korkeapaineiset putket. Titaani on käytännössä immuuni kloridipistekorroosiolle ja on perinteisesti valittu kondensaattoriputkistoihin, mutta sen käyttöä rajoittavat pääasiassa kustannukset sekä alhaisempi lujuus ja jäykkyys.

Kondensaattoriputket ja virtausnopeus
Kondensaattori on jäähdytyspiirin sydän, ja sen ohutseinäiset putket ovat korroosiolle herkimmät osat. Titaani- ja korkean seoksen ruostumattomien terästen putket ovat perinteisesti korvanneet kupariseoksia siellä, missä kloori- ja saastumistaakat ovat korkeat, koska ne kestävät eliökasvua, klorin käyttöä ja kondensaattorissa esiintyvää virtausnopeutta.
Virtausnopeuden on sijaittava tietyssä alueessa. Liian alhainen nopeus aiheuttaa saostumien, mutan ja biofilmien muodostumista, mikä edistää saostumien alla tapahtuvaa korroosiota ja mikrobiologisesti vaikutettua korroosiota; liian korkea nopeus puolestaan aiheuttaa kulutus-korroosion, joka poistaa suojakalvoja kaartoissa, sisääntuloissa ja putkien päissä. Korkean seosluisia ruostumattomia teräksiä, kuten 6Mo- ja superduplex-teräksiä, voidaan käyttää huomattavasti korkeammilla nopeuksilla kuin kupari-seoksia – usein useita metrejä sekunnissa – mutta suunnittelijat välttävät silti liiallista turbulenssia sisääntuloissa, käyttävät sileitä siirtymiä ja pitävät virtausnopeuden yllä minimiarvon, joka estää saostumien muodostumisen. Epäsäännöllinen tai jatkuva klorin lisäys hillitsee biolisatoa, mutta valittu seos on kestävä syntyvälle hapettavalle kloridiympäristölle, mikä viittaa taas korkeaan PREN-arvoon.

Suunnittelu ja käyttöpraktiikka
Materiaalin valinta on vain osa luotettavuutta. Vähennä halkeamia täysläpikuultavilla hitsauksilla, hyvin asennetuilla tiivistimillä ja oikein pyöritetyillä tai hitsattuilla putki-putkilevyliitoksilla, koska jopa parhailla seoksilla on halkeamalämpötilaraja. Suunnittele järjestelmät niin, että ne voidaan tyhjentää ja pestä makealla vedellä poikkeustilanteissa, jotta seisova merivesi ei pysty konsentroimaan klorideja ja ruokkimaan mikrobista korroosiota (MIC). Katodinen suojaus ja järkevä kloorausohjelma pidentävät elinikää, ja eri metallien galvaanisia yhdistelmiä on vältettävä tai hallittava, koska korkeasekoitteen komponentin ja vähemmän jalometallisen komponentin yhdistäminen merivedessä voi aiheuttaa nopeaa korroosiota jälkimmäiselle.
Wenqiang toimittaa duplex 2205 - ja super duplex 2507/S32750 -seamless- ja hitsattuja putkia, putkia, liittimiä ja laippuja ASTM A312-, A213-, A269-, A790- ja A928 -standardien mukaisesti sekä EN 10204 3.1- tai 3.2 -materiaalitestaustodistuksin. Sisäiset PMI-, kemialliset ja mekaaniset testit, hydrostaattiset testit ja NDT-testit varmistavat, että jokainen tuote täyttää merivedenkäytön vaatimukset kemialliselta koostumukseltaan ja rakenteelliselta eheyydeltään.

Johtopäätös
Meriveden jäähdytys rasittaa riittämättömän kestäviä materiaaleja. Lämmin, happi- ja elollisuusrikas sekä nopeasti virtaava merivesi voittaa 316L-teräksen, joten rannikkoalueen voimalaitosten tulee valita materiaalit PREN-arvon ja halkeamakorrosion kestävyyden perusteella – esimerkiksi duplex-teräs 2205, 6Mo-superausteniittinen teräs, superduplex-teräs 2507 tai titaani lämpötilan, virtausnopeuden ja kustannusten mukaan. Kun korkean seoksen teräkset yhdistetään halkeamaton suunnitteluun, virtauksen säätöön, klooraukseen ja pysäytyksien aikaiseen pesuun, ne tarjoavat jäähdytyspiirit, jotka kestävät klorideja, elollista saastumista ja kuluma-aikaa pitkäksi käyttöiäksi, jota näissä voimalaitoksissa vaaditaan.

Usein kysytyt kysymykset
K: Miksi 316L-terästä ei suositella meriveden jäähdytykseen?
V: Koska 316L-teräksessä on vain noin 2 % molibdeenia ja sen PREN-arvo on noin 24, se muodostaa kuoppia lämpimässä merivedessä ja on erityisen altis halkeamakorroosiolle tiukkujen, putkiliitosten ja elollisen saastuman alueilla. Luotettava meriveden halkeamakorroosion kestävyys edellyttää yleensä PREN-arvoa noin 40 tai korkeampaa.
K: Mikä virtausnopeus on turvallinen meriveden ruostumattomille teräsputkille?
A: On olemassa ikkuna: nopeuden on pysyttävä riittävän korkeana, jotta estetään saostumien ja biofilmien muodostuminen, jotka aiheuttavat saostumien alapuolista ja mikrobiologista korroosiota, mutta riittävän alhaana, jotta vältetään kulutuskorroosio. Korkean seoksen teräkset, kuten 6Mo ja superduplex, kestävät useita metrejä sekunnissa, mutta sileät siirtymät ja ohjattu turbulenssi tuloissa ja kaarreissa ovat olennaisia.

Määrittele merivedenlaatuinen duplex- ja superduplex-putkistot Wenqiangilta: +86 577 8922 2595 \/ https://www.chinawqsteel.com/