Hladilni sistem z morsko vodo v obalnih elektrarnah: izbor materiala za jeklene cevi

Za hladilne tokove morske vode v obalnih elektrarnah običajna jeklena lega 316L navadno ni dovolj; topla, kloridno obremenjena in biološko zamašena morska voda zahteva višje legirane materiale, kot so duplo jeklo 2205, superavstenitne jeklene lege s 6 % molibdena, superduplo jeklo 2507 ali titan, ki se izbirajo glede na temperaturo, hitrost pretoka in način kloriranja. Glavne grožnje so kloridno povzročeno pikasto in šprančasto korozijo, mikrobiološko vplivano korozijo pod bioplenkami ter erozijsko-korozijo pri visokih hitrostih pretoka, zato mora pravilna izbira uravnotežiti odpornost proti koroziji, mehansko trdnost in stroške glede na specifično uporabo cevi za vnos vode, cevi kondenzatorjev in toplotnih izmenjevalnikov.

Izziv hladilne uporabe morske vode
Obalne toplotne in jedrske elektrarne izpuščajo ogromne količine toplote v morje, pri čemer potegnejo velike količine morske vode skozi vstopne konstrukcije, rešetke, črpalke, kondenzatorje in iztočne cevi. Morska voda je približno enako agresivna kot industrijske tekočine. Vsebuje približno 19.000 ppm kloridov, je popolnoma nasičena z kisikom in biološko aktivna ter pogosto pridobi še več toplote med prehajanjem skozi kondenzator. Vsak od teh dejavnikov napada običajno nerjavnega jekla.
Tromi mehanizmi prevladujejo. Kloridi razgradijo pasivno zaščitno plast in povzročajo pikaste korozije ter v razporedih tudi razporedno korozijo. Morski organizmi se naselijo na površinah in tvorijo bioplenke, ki ustvarjajo razlike v koncentraciji kisika v razporedih ter sprožajo mikrobiološko vplivano korozijo (MIC), ki lahko hitro perforira cevi pod usedlinami. Ker ti sistemi premikajo vodo z visoko hitrostjo, visoka hitrost odstrani zaščitne plasti in povzroča erozijsko-korozivno obrabo kovine, medtem ko se v mirujočih conah med izključitvami nabirajo usedline in se razvije MIC.

Zakaj 316L pogosto ni dovolj dober
316L, z približno 2 % molibdena in PREN približno 24, je odličen za številne aplikacije s kloridi, v topli morski vodi pa je le obmejen. Njegova kritična temperatura za nastanek jamičastega korozije v kloridih, podobnih morski vodi, je nizka; zato pri zmernih temperaturah pride do jamičastega korozije, še posebej pa je izpostavljen puklinskemu koroziji pod tesnilnimi obroči, na stičnih površinah cevi in cevnih ploščah ter pod usedlinami bioloških oblog.
Izkušnje desetletij obratovanja ob obali kažejo, da mora biti za uporabo v morski vodi specifikacija temeljena na PREN in odpornosti proti puklinskemu koroziju, ne pa na splošni izkušnji z kloridi. Uporabna referenčna vrednost: za zanesljivo odpornost proti puklinskemu koroziju v morski vodi je običajno potreben PREN približno 40 ali višji, kar je znatno več kot pri 316L.

Možnosti z višjo vsebino zlitin
Več družin materialov izpolnjuje izziv morske vode, pri čemer ima vsaka svoj lasten nihaj glede temperature, trdnosti in proračuna. Duplex 2205 z približno 3 % molibdena, dušika in PREN v sredini tridesetih ponuja približno dvakrat večjo trdnost kot avstenitne vrste ter se dobro obnese v hladnejši ali klorinacijo nadzorovani morski vodi, čeprav je za toplišne pobočne pogoje na meji. Superaustenitne vrste 6Mo z približno 6 % molibdena in 0.2 % dušika za PREN nad 40 so preizkušena in zanesljiva izbira za cevovode in toplotne izmenjevalnike za morsko vodo. Superduplex 2507 z približno 4 % molibdena, PREN nad 40 in zelo visoko trdnostjo ustrezajo za zahtevne aplikacije z morsko vodo, vključno z tankostenskimi in visokotlačnimi cevmi. Titan je praktično odporen proti kloridnemu lupljenju in ostaja tradicionalna izbira za cevke kondenzatorjev, omejena predvsem zaradi cene ter nižje trdnosti in togosti.

Ceve kondenzatorjev in hitrost pretoka
Kondenzator je srce hladilnega kroga, njegove cevke z tankimi stenami pa so najobčutljivejši del za korozijo. Titan in visoko-zlitne jeklene cevke so zgodovinsko nadomestile bakerne zlitine tam, kjer so koncentracije kloridov in onesnaževalcev visoke, saj zdržijo biološko umazanijo, hlornjenje in hitrost, ki jih kondenzator izkuša.
Hitrost pretoka mora biti znotraj določenega območja. Prepočasna povzroča usedline, mulj in bioplenko, kar spodbuja korozijo pod usedlinami in mikrobiološko vplivano korozijo; prehitra pa povzroča erozijsko korozijo, ki odstrani zaščitne plasti na ovinkih, vhodih in koncih cevi. Visoko zlitinske nerjavnike, kot sta 6Mo in super duplex, lahko izdržijo višje hitrosti kot bakerne zlitine – pogosto več metrov na sekundo – vendar oblikovalci še vedno izogibajo prekomerni turbulenci na vhodih, uporabljajo gladke prehode ter ohranjajo hitrost nad najmanjšo potrebno, da se prepreči usedanje. Za nadzor biološkega umazanja se uporablja intermitentna ali neprekinjena hloracija, izbrana zlitina pa mora biti odporna proti nastalim oksidativnim kloridnim razmeram, kar ponovno kaže na material z visoko vrednostjo PREN.

Oblikovanje in obratovalna praksa
Izbira materiala je le del zanesljivosti. Zmanjšajte špranje z varjenji s popolnim prepenjanjem, dobro nameščenimi tesnili in ustrezno obdelanimi ali zvarjenimi spoji cevi z ploščo za cevi, saj imajo celo najboljši litine omejitev temperature v špranjah. Sisteme zasnujte tako, da se med izključitvami izpraznijo in izpero z morsko vodo, da se ne more morska voda usedati in koncentrirati kloridov ter podpirati mikrobiološko povzročeno korozijo (MIC). Katodna zaščita in smiselna kloracijska shema podaljšata življenjsko dobo, različne kovinske galvanske pare pa je treba izogniti ali nadzorovati, saj lahko združitev visoko zlitinskega dela z manj plemenitim kovinskim delom v morski vodi hitro povzroči korozijo tega zadnjega.
Wenqiang dobavlja brezšivne in zvarjene cevi, cevke, priključke in prirabljene flanče iz dvojne litine 2205 ter superdvojne litine 2507/S32750 v skladu z ASTM A312, A213, A269, A790 in A928 ter z materialnimi preskusnimi potrdili EN 10204 3.1 ali 3.2. Notranji preskusi z PMI, kemični in mehanski preskusi, hidrostatični preskusi ter nedestruktivni preskusi (NDT) potrjujejo, da vsak izdelek izpolnjuje zahteve po sestavi in celovitosti za uporabo v morski vodi.

Zaključek
Hladilna morska voda s povzroča korozijo pri materialih z nizko specifikacijo. Topla, kisikona, biološko aktivna in hitro tekoča morska voda prekorači odpornost jekla 316L, zato naj elektrarne ob obali izbirajo materiale na podlagi vrednosti PREN in odpornosti proti puklinam, pri čemer naj glede na temperaturo, hitrost pretoka in stroške uporabijo dvojno jeklo 2205, superaustenitno jeklo z 6 % molibdena, super dvojno jeklo 2507 ali titan. Skupaj z načrtovanjem brez puklin, nadzorovanim pretokom, hloriranjem in izpiranjem med izpadom omogoča pravilna izbira visoko zlitinskih materialov hladilne sisteme, ki zdržijo kloride, biološko umazanijo in erozijo skozi dolgo življenjsko dobo, ki jo zahtevajo te elektrarne.

Pogosta vprašanja
V: Zakaj se 316L ne priporoča za hladilno morsko vodo?
O: Ker vsebuje le približno 2 % molibdena in ima vrednost PREN okoli 24, jeklo 316L razvija jamkasto korozijo v topli morski vodi ter je zelo občutljivo na korozijo v puklinah pod tesnilnimi obroči, pri spojih cevi in pod biološko umazanijo. Za zanesljivo odpornost proti koroziji v puklinah v morski vodi je običajno potrebna vrednost PREN približno 40 ali višja.
V: Kakšna hitrost pretoka je varna za jeklene cevi za morsko vodo?
A: Obstaja okno: hitrost mora ostati dovolj visoka, da prepreči nastanek usedlin in bioplenke, ki povzročajo korozijo pod usedlinami in mikrobiološko korozijo, hkrati pa dovolj nizka, da se izognejo erozijsko-korozijskim poškodbam. Visoko zlitinski razredi, kot so 6Mo in super duplex, zdržijo več metrov na sekundo, vendar so gladki prehodi ter nadzorovana turbulenta tokova na vhodih in ovinkih bistveni.

Določite cevi iz duploksne in super duploksne jeklene zlitine za morsko vodo pri Wenqiangu: +86 577 8922 2595 \/ https://www.chinawqsteel.com/