Chladenie morskou vodou v pobrehových elektrárňach: Výber materiálu pre oceľové rúry

Pre obvody chladenia morskou vodou v pobrehových elektrárňach sa štandardná nehrdzavejúca oceľ triedy 316L zvyčajne nepovažuje za dostatočnú; teplá morská voda s vysokým obsahom chloridov a biologickým znečistením vyžaduje materiály s vyšším obsahom zliatin, napríklad duplexnú oceľ 2205, superaustenitické zliatiny s 6 % molibdénu, superduplexnú oceľ 2507 alebo titán. Výber sa uskutočňuje na základe teploty, rýchlosti prietoku a režimu chlorovania. Hlavnými hrozbami sú puklinová korózia a štrbinová korózia spôsobená chloridmi, mikrobiologicky ovplyvnená korózia pod biologickými filmami a erózno-korózne poškodenie pri vysokých rýchlostiach prietoku. Preto je správny výber založený na vyváženom posúdení odolnosti voči korózii, mechanickej pevnosti a nákladov vzhľadom na konkrétne použitie – vstupné potrubia, kondenzačné trubice a výmenníky tepla.

Výzva chladenia morskou vodou
Pobrežné tepelné a jadrové elektrárne vypúšťajú obrovské množstvá tepla do mora, pričom cez prívodné konštrukcie, mriežky, čerpadlá, kondenzátory a výtokové potrubia prečerpávajú veľké objemy morskej vody. Morská voda je takmer rovnako agresívna ako priemyselné kvapaliny. Obsahuje približne 19 000 ppm chloridov, je úplne nasýtená kyslíkom a je biologicky aktívna; často navyše získa viac tepla pri prechode kondenzátorom. Každý z týchto faktorov napáda bežnú nehrdzavejúcu oceľ.
Prevládajú tri mechanizmy. Chloridy rozkladajú pasívnu vrstvu a spôsobujú bodovú koróziu a v medzerách aj štrbinovú koróziu. Morské organizmy sa usádzajú na povrchoch a tvoria biologické fólie, ktoré vytvárajú štrbiny s rozdielom kyslíka a podporujú mikrobiologicky ovplyvnenú koróziu (MIC), ktorá môže rýchlo prebíjať rúrky pod usadeninami. A keďže tieto systémy premiestňujú vodu rýchlo, vysoká rýchlosť odstraňuje ochranné vrstvy a spôsobuje erózno-korózne poškodenie kovu, zatiaľ čo stojaté zóny počas výpadkov umožňujú usadzovanie a rozvoj MIC.

Prečo sa 316L často ukazuje ako nedostatočná
316L, s približne 2 % molybdénom a PREN okolo 24, je vynikajúci pri mnohých aplikáciách s chloridmi, avšak len hranične vhodný pre teplú morskú vodu. Jeho kritická teplota vzniku bodových korózií v chloridoch podobných morskej vode je nízka, preto sa nad miernymi teplotami začínajú tvoriť bodové korózie a je obzvlášť náchylný na štrbinovú koróziu pod tesniacimi páskami, v spojoch rúr s doskovými doskami a pod usadeninami biologického znečistenia. V prúdiacej morskej vode môže 316L prežiť pri nízkych teplotách za čistých podmienok, avšak kombinácia tepla, státia počas vypnutí a znečistenia bežne spôsobuje poruchy.
Skúsenosti z desaťročí prevádzky v pobrežných oblastiach ukazujú, že pre použitie v morskej vode je potrebné špecifikovať materiál na základe hodnoty PREN a odolnosti voči štrbinovej korózii, nie na základe všeobecných skúseností s chloridmi. Užitočný orientačný parameter: spoľahlivá odolnosť voči štrbinovej korózii v morskej vode zvyčajne vyžaduje PREN približne 40 alebo vyššiu – hodnotu výrazne vyššiu, než ponúka 316L.

Možnosti s vyšším obsahom zliatin
Niekoľko rodín materiálov spĺňa výzvu morskej vody, pričom každá z nich má svoju špecifickú oblasť uplatnenia určenú teplotou, pevnosťou a rozpočtom. Duplexná oceľ 2205 s približne 3 % molibdénu, dusíkom a hodnotou PREN v strednej tridsiatke ponúka približne dvojnásobnú pevnosť oproti austenitickým triedam a dobre odoláva morskej vode pri nižších teplotách alebo pri kontrolovanej chlorácii, hoci jej výkon môže byť na hranici možností pri teplejšej vode v tesniacich medzerách. Superaustenitické triedy 6Mo s približne 6 % molibdénu a 0,2 % dusíka, ktoré dosahujú hodnotu PREN vyššiu ako 40, sa osvedčili ako spoľahlivé materiály pre potrubia a výmenníky tepla v morskej vode. Superduplexná oceľ 2507 s približne 4 % molibdénu, hodnotou PREN vyššou ako 40 a veľmi vysokou pevnosťou je vhodná pre náročné aplikácie v morskej vode, vrátane tenkostenných a vysokotlakových potrubí. Titan je v podstate imúnny voči chloridovej korózii typu pitting a tradične sa používa pre trubkové výmeníky kondenzátorov, pričom jeho využitie je obmedzené predovšetkým vysokou cenou, nižšou pevnosťou a nižšou tuhosťou.

Kondenzačné trubice a rýchlosť toku
Kondenzátor je srdcom chladiaceho okruhu a jeho tenkostenné rúry sú najviac citlivé na koróziu. Titan a vysoko zliatinové nehrdzavejúce rúry sa tradične používajú namiesto medi, keď je zaťaženie chloridmi a znečistením vysoké, pretože vydržia biologické znečistenie, chlorovanie a rýchlosť, ktorú kondenzátor vystavuje.
Rýchlosť toku musí byť v rámci určeného rozsahu. Ak je príliš nízka, usadzujú sa usadeniny, íl a biologická vrstva (biofilm), čo podporuje koróziu pod usadeninami a mikrobiologicky ovplyvnenú koróziu; ak je príliš vysoká, dochádza k erózno-korózii, pri ktorej sa ochranné vrstvy oddeľujú v oblúkoch, vstupoch a koncoch trubiek. Vysoko zliatinové nehrdzavejúce ocele, ako napríklad 6Mo a super duplex, vydržiavajú vyššie rýchlosti ako meďové zliatiny – často niekoľko metrov za sekundu. Avšak navrhovatelia stále vyhýbajú nadmernému turbulencii na vstupoch, používajú hladké prechody a udržiavajú rýchlosť nad minimálnou hodnotou potrebnou na zabránenie usadzovania. Prerušovaná alebo nepretržitá chlorácia kontroluje biologické znečistenie (biofouling), avšak zvolená zliatina musí odolávať vzniknutým oxidujúcim chloridovým podmienkam – čo opäť smeruje k materiálom s vysokou hodnotou PREN.

Návrh a prevádzková prax
Voľba materiálu je len jednou súčasťou spoľahlivosti. Minimalizujte štrbiny pomocou zváraných švíkov s úplným prienikom, dobre uložených tesniacich podložiek a správne stočených alebo zváraných spojov medzi rúrkami a doskou s otvormi, pretože aj najlepšie zliatiny majú limitnú teplotu pre vznik štrbín. Navrhujte systémy tak, aby sa počas prestávok dali vyprázdniť a opláchnuť čerstvou vodou, aby sa nezostávala stojatá morská voda, ktorá by mohla koncentrovať chloridy a podporovať mikrobiologicky indukovanú koróziu (MIC). Katódová ochrana a rozumne nastavený režim chlórovanie predĺžia životnosť, a galvanické spojenia rôznych kovov je potrebné vyhýbať sa alebo riadiť, pretože spárovanie komponentu z vysoko zliatinového materiálu s menej vzácny kovom v morskej vode môže spôsobiť rýchlu koróziu tohto menej vzácneho kovu.
Wenqiang dodáva bezšvíkové a zvárané rúry, rúrky, tvarovky a príruby z duplexnej zliatiny 2205 a superduplexnej zliatiny 2507/S32750 v súlade so štandardmi ASTM A312, A213, A269, A790 a A928, vrátane certifikátov materiálových skúšok EN 10204 3.1 alebo 3.2. Vlastné kontroly PMI, chemické a mechanické skúšky, hydrostatické skúšky a nedestruktívne skúšky (NDT) potvrdzujú, že každá položka spĺňa požiadavky na zloženie a celistvosť pre použitie v morskej vode.

Záver
Chladenie morskou vodou poškodzuje materiály s nedostatočnou špecifikáciou. Teplá, okysličená, biologicky aktívna a rýchlo prúdiaca morská voda prekonáva odolnosť ocele 316L, preto by elektrárne nachádzajúce sa v pobrežných oblastiach mali vyberať materiály na základe indexu PREN a odolnosti voči korozií v štrbinách, pričom podľa teploty, rýchlosti prúdenia a nákladov sa orientujú na dvojfázovú oceľ 2205, superaustenitickú oceľ s obsahom 6 % molýbdenu, superdvojfázovú oceľ 2507 alebo titán. Spolu s konštrukciou bez štrbín, regulovaným prietokom, chlorovaním a odstávkovým oplachom je správna voľba vysoko zliatinovej ocele schopná zabezpečiť chladiace obvody, ktoré vydržia pôsobenie chloridov, biologického znečistenia a erózie po celú dobu prevádzky, akú tieto elektrárne vyžadujú.

Často kladené otázky
Otázka: Prečo sa oceľ 316L neodporúča na chladenie morskou vodou?
Odpoveď: Vzhľadom na obsah molybdénu len približne 2 % a index PREN približne 24 sa oceľ 316L v teplej morskej vode začína bodovo kaziť a je veľmi náchylná na koroziu v štrbinách pod tesniacimi pásmi, spojmi rúrok a biologickým znečistením. Spoľahlivá odolnosť voči korozií v štrbinách v morskej vode zvyčajne vyžaduje index PREN približne 40 alebo vyšší.
Otázka: Aká rýchlosť prietoku je bezpečná pre nerezové potrubie na chladenie morskou vodou?
A: Existuje okno: rýchlosť musí byť dostatočne vysoká na zabránenie usadenín a biologických filmov, ktoré spôsobujú koróziu pod usadeninami a mikrobiologickú koróziu, ale zároveň dostatočne nízka na zabránenie eróznej korózii. Zliatiny s vysokým obsahom zliatinových prvkov, ako napríklad 6Mo a super duplex, vydržia niekoľko metrov za sekundu, avšak hladké prechody a kontrolovaná turbulencia na vstupoch a ohyboch sú nevyhnutné.

Špecifikujte potrubie z morskovodnej triedy duplex a super duplex u spoločnosti Wenqiang: +86 577 8922 2595 \/ https://www.chinawqsteel.com/