קירור במים מלוחים בתחנות כח חוף: בחירת חומר לצינורות נירוסטה

במעגלי קירור במים מלוחים בתחנות כח חוף, נירוסטה סטנדרטית מסוג 316L בדרך כלל אינה מספיקה; מים מלוחים חמים, עתירי כלורידים ובעלי הצטברות ביולוגית דורשים חומרים בעלי יסוד מתקדם יותר, כגון נירוסטה דו-גונית מסוג 2205, דרגות סופר אוסטניטיות עם 6% מוליבדנום, נירוסטה דו-גונית מתקדמת מסוג 2507 או טיטניום, אשר נבחרים בהתאם לטמפרטורה, למהירות הזרימה ולשיטה שבה מתבצעת הכלורציה. האיום העיקרי נובע מקורוזיה נקודתית ומקורוזיה בחריצים שגורמתה כלורידים, מקורוזיה המושפעת מחיידקים תחת סרטים ביולוגיים, וכן מקורוזיה-חישול במהירויות זרימה גבוהות; לכן, הבחירה הנכונה מאוזנת בין התנגדות לקורוזיה, חוזק מכני והעלות, בהתאם לתפקיד הספציפי של צינורות הקליטה, צינורות המאגד, ומחליפים חום.

האתגר של קירור במים מלוחים
תחנות תרמיות וגרעיניות חוף מפרישות כמויות עצומות של חום לים, ומשתמשות בכמויות גדולות של מים ימיים דרך מבני קבלה, מסננים, משאבות, מחליקים וקווים להזרקה. מים ימיים הם חומציים כמעט כמו נוזלים תעשייתיים. הם מכילים כ-19,000 חלקים למיליון של כלורידים, רווים בחמצן לחלוטין, חיים ביולוגית, ולעיתים קרובות מתחממים עוד יותר כשעוברים דרך המחליק. כל אחד מהגורמים האלה פוגע בפלדת אלחוט סטנדרטית.
שלושה מנגנונים שולטים: כלורידים מפרקים את השכבה הפסיבית וגורמים לקיזוז, וכן לקורוזיה בפערים (Crevice corrosion). אורגניזמים ימיים נושרים על פני השטח ויוצרים סרטים ביולוגיים (biofilms) שיוצרים פערים עם הפרש חמצן, ומעוררים קורוזיה מושפעת מחיידקים (MIC), שעלולה לחפור באבזרים במהירות רבה מתחת לשכבות סדiments. ובנוסף, מאחר שהמערכות האלה מזיזות מים במהירות גבוהה, זרימה מהירה זו מסירה את השכבות המגינות וגורמת לקליטה (erosion-corrosion), בעוד ששטחים עמדתיים בזמן עצירות מאפשרים הצטברות של סדiments ופיתוח קורוזיה מושפעת מחיידקים.

למה 316L בדרך כלל לא מספקת
316L, עם כ־2% מוליבדנום וערך PREN של כ־24, מצוין בשירותי כלורידים רבים, אך הוא בדרגה שולית במימי ים חמים. טמפרטורת החשיפה הקריטית שלו לחדירה במקלחת דומה למלוחות מימי הים נמוכה, ולכן מעל טמפרטורות מתונות הוא נפגע מהחדירה, והוא חשוף במיוחד לקורוזיה בפערים תחת אטמים, חיבורים בין צינורות ללוחות-צינורות, ושקעים של זיהום ביולוגי. במימי ים זורמים, 316L יכול לשרוד בטמפרטורות נמוכות בתנאים נקיים, אך שילוב של חום, עמידה (סטגנציה) במהלך עצירות, וזיהום גורם באופן שגרתי לתקלות.
הלקח משנות רבות של פעילות בחופים הוא לספק את הדרישות לשירות במימי ים על סמך ערך PREN והתנגדות לקורוזיה בפערים — ולא על סמך ניסיון כללי עם כלורידים. סף שימושי: התנגדות אמינה לקורוזיה בפערים במימי ים דורשת בדרך כלל ערך PREN של כ־40 או יותר, כלומר הרבה מעבר למה ש־316L מספק.

אפשרויות בעלי מיזוג גבוה יותר
משפחות חומרים רבות עונות על את האתגר של מים מלוחים, כאשר לכל אחת מהן יש תחום ייחודי שנקבע על ידי טמפרטורה, חוזק ותקציב. דו-פלקסי 2205, עם כ־3% מוליבדנום, חנקן וערך PREN באיזור ה-30-הראשונים, מציע כפליים את החוזק של דרגות אוסטניטיות ועומד היטב במים מלוחים קרים או מבוקרת כלורינציה, למרות שהוא עלול להיות בקצוות עבור שירות סדקים בטמפרטורות גבוהות. דרגות הסופר-אוסטניטיות מסוג 6Mo, עם כ־6% מוליבדנום ו-0.2% חנקן וערך PREN מעל 40, הן נ proven כחומר אמין לצלבוני מים מלוחים ולמחממים. דו-פלקסי סופר 2507, עם כ־4% מוליבדנום, ערך PREN מעל 40 וחוזק גבוה מאוד, מתאים לשימוש demanding במים מלוחים, כולל צינורות דקיקי קיר וקווי לחץ גבוה. הטיטניום כמעט שאינו רגיש לפגיעות פיטינג של כלורידים ונותר הבחירה המסורתי לצלבוני מקררים, כשהמגבלה העיקרית היא עלותו, וכן החוזק והקשיחות הנמוכים שלו.

צלקות מקרר ומהירות זרימה
המקרר הוא הלב של מעגל הקירור, וצלקותיו הדק-דפנות הן החלקים הרגישים ביותר לחומצה. טיטניום וצלקות נירוסטה מתקדמות החליפו מסורתית סגסוגות נחושת באזורים עם עומס גבוה של כלורידים וזיהום, כיוון שהם סופגים את הצמיחה הביולוגית, הכלורציה והמהירות הנצפית במקרר.
מהירות הזרימה חייבת להיות בתוך טווח מסוים. אם היא נמוכה מדי, יישרפו שאריות, חרסית וקרום ביולוגי, מה שיעודד קורוזיה תחת השאריות וקורוזיה המושפעת מחיידקים; אם היא גבוהה מדי, קורוזיה-חפיפה תסיר את הקרומים במקומי כיפוף, פתחי קליטה וקצות הצינורות. פלדות אל חלד עתירות יסודות כמו 6Mo וסופר דאבלקס סובלות מהירויות גבוהות יותר מאשר אloys נחושת, לעתים קרובות מספר מטרים לשנייה, אך מעצבים עדיין ממנעים טורבולנציה מוגזמת בפתחי הקליטה, משתמשים בעשיות חלקות ומשמרים את המהירות מעל למינימום הנדרש כדי למנוע ישורף. כלורינציה מחזורית או מתמדת מבקרת צמיחת אורגניזמים ביולוגיים, אך האלוי שנבחר חייב לספק התנגדות לתנאי הכלוריד המאكسדים הנוצרים, מה שמעיד שוב על חומרים בעלי ערך PREN גבוה.

עיצוב ונהלי הפעלה
בחירת החומר היא רק חלק אחד מהאמינות. יש למזער חריצים בעזרת ריתוך מלא, אטמים מושבים היטב וצמתים של צינורות למישור הצינורות שנקבעו או נרתחו כראוי, משום שגם האליאז'ים הטובים ביותר יש להם גבול טמפרטורה לחריצים. יש לעצב מערכות שיאפשרו דренאז' ושטיפה במים מתוקים במהלך עצירות, כדי שמימי הים העומדים לא יתרכזו בכלורידים ולא יאכילים את הקורוזיה המיקרוביאלית. הגנה קתודית ומערכת כלורינה סבירה מאריכות את תקופת החיים, וצריך להימנע מצירופי מתכות שונות (גלווניות) או לנהל אותן בקפידה, משום שצירוף של רכיב בעל אליאז' גבוה עם מתכת פחות אצילית במימי ים עלול לגרום לקורוזיה מהירה של המתכת הפחות אצילית.
וֶנְצִיאנְג מספקת צינורות וצינורות חלולים, חיבורים ופלנגות מסוג דו-פазיים 2205 ודו-פازיים מתקדמים 2507/S32750, ללא פיסות (סימלס) ובצורת ריתוך, בהתאם לתקנים ASTM A312, A213, A269, A790 ו-A928, עם אישורי בדיקת חומר לפי EN 10204 3.1 או 3.2. בדיקות פנימיות: זיהוי חומרי (PMI), בדיקות כימיות ומיכניות, בדיקת לחץ הידרוסטטי ובדיקות לא פוגענות (NDT) מאשרות שכל פריט עומד בדרישות הכימיה והשלמות הנדרשות לשירות במימי ים.

מסקנות
קירור מים מלוחים מטיל עונש על חומרים לא מוגדרים כראוי. מים מלוחים חמים, מוגנים בחמצן, פעילים ביולוגית וזרימה מהירה מוצפים את 316L, ולכן תחנות כח חופיות צריכות לבחור לפי PREN ותResistance to crevice corrosion, תוך שימוש בדופלקס 2205, 6Mo סופר-אוסטניטי, סופר-דופלקס 2507 או טיטניום בהתאם לטמפרטורה, מהירות ומחיר. בשילוב עם עיצוב חסין לחורים, זרימה מבוקרת, כלורינציה ושטיפה בתקופות השבתה, בחירת סגסוגת מתקדמת נכונה מספקת מעגלי קירור העומדים בפני כלורידים, צמיחה ביולוגית ובליה לאורך תוחלת החיים הארוכה הנדרשת בתחנות אלו.

שאלות נפוצות
שאלה: מדוע 316L אינו מומלץ לקירור מים מלוחים?
תשובה: עם כ-2% מוליבדנום בלבד ו-PREN של כ-24, 316L נפגע מחורצים במים מלוחים חמים ורגיש מאוד לבליה בפינות תחת החתמות, חיבורי צינורות וצמיחה ביולוגית. עמידות אמינה לחורים במים מלוחים דורשת בדרך כלל PREN של כ-40 או גבוה יותר.
שאלה: מה מהירות הזרימה הבטוחה לצנרת נירוסטה במים מלוחים?
א: קיימת חלון: המהירות חייבת להישאר גבוהה מספיק כדי למנוע הצטברויות וקליפות ביולוגיות שגורמות לקורוזיה תחת הצטברות וקורוזיה מיקרוביאלית, אך נמוכה מספיק כדי להימנע מקורוזיה-חפיפה. דרגות סגסוגת גבוהות כמו 6Mo ודופלקס על-עוצמתי מסוגלות לסבול מספר מטרים לשנייה, אך מעברים חלקים וטורבולנציה מבוקרת בכניסות ובמקומות עקומים הם חיוניים.

ציין צינורות דופלקס וدופלקס על-עוצמתי למים מלוחים עם ונקיאנג: +86 577 8922 2595 \/ https://www.chinawqsteel.com/