염화물은 얼마입니까?: 발전소 열교환기 재료 선택

저자들은 플랜트 설계자가 응축기 및 보조 열교환기용 튜브 재료로 304 또는 316 스테인리스강을 일상적으로 선택하는 새로운 전력 프로젝트 사양을 검토해 왔습니다. 많은 사람들에게 스테인리스강이라는 용어는 부식에 대한 무적의 기운을 불러일으키지만 실제로는 국부적인 공격에 취약하기 때문에 스테인리스강이 때때로 최악의 선택이 될 수 있습니다. 그리고 냉각수 보충을 위한 담수 가용성이 감소하는 이 시대에는 높은 농도 주기로 작동하는 냉각탑과 결합되어 잠재적인 스테인리스강 고장 메커니즘이 확대됩니다. 일부 응용 분야에서는 300 시리즈 스테인리스강이 단 몇 달 동안, 때로는 몇 주만 살아남다가 고장이 나기도 합니다. 이 기사에서는 응축기 튜브 재료를 선택할 때 적어도 고려해야 하는 수처리 관점에서 문제를 강조합니다. 이 기사에서 논의되지는 않았지만 재료 선택에 영향을 미치는 다른 요소에는 재료 강도, 열 전달 특성, 피로 및 침식 부식을 포함한 기계적 힘에 대한 저항이 포함됩니다.

일부 정의

강철에 12% 이상의 크롬을 첨가하면 합금이 기본 모재를 보호하는 연속 산화물 층을 형성하도록 유도됩니다. 따라서 스테인레스라는 용어가 사용됩니다. 다른 합금 재료, 특히 니켈이 없는 경우 탄소강은 페라이트 그룹의 일부이며 단위 셀은 체심 입방체(BCC) 구조를 갖습니다.

8% 이상의 농도로 니켈이 합금 혼합물에 첨가되면 단위 셀은 주변 온도에서도 오스테나이트로 알려진 면심 입방체(FCC) 구조로 존재합니다.

표 1에서 알 수 있듯이 300계 스테인리스강 및 기타 강재에는 오스테나이트 조직을 생성하는 니켈 함량이 있습니다.

오스테나이트강은 동력 보일러의 고온 과열기 및 재가열기 튜브용 재료를 포함하여 많은 응용 분야에서 매우 가치 있는 것으로 입증되었습니다. 특히 300 시리즈는 일반적으로 증기 표면 응축기를 포함한 저온 열 교환기 튜브의 재료로 사용되었습니다. 그러나 많은 사람들이 잠재적인 실패 메커니즘을 간과하는 것은 이러한 애플리케이션에서입니다.

300 시리즈 문제

스테인리스강, 특히 널리 사용되는 304 및 316 재료의 가장 큰 문제점은 보호 산화물 층이 냉각수의 불순물과 불순물을 농축하는 데 도움이 되는 틈새 및 침전물의 존재로 인해 종종 파괴될 수 있다는 것입니다. 더욱이 가동 중단 상태에서 고여 있는 물은 미생물 성장을 가능하게 하며, 미생물의 대사 부산물은 금속에 큰 손상을 줄 수 있습니다.

염화물 — 방 안의 800파운드짜리 고릴라

경제적으로 가장 제거하기 어려운 일반적인 냉각수 불순물은 염화물입니다. 이 이온은 증기 발생기에서 많은 문제를 일으킬 수 있지만 응축기 및 보조 열 교환기에서 가장 큰 어려움은 충분한 농도에서 염화물이 스테인리스 강의 보호 산화물 층에 침투하여 파괴하여 국부적인 부식, 즉 공식을 유발한다는 것입니다.

구멍은 금속 손실이 거의 없이 벽 관통 및 장비 고장을 일으킬 수 있기 때문에 가장 교활한 부식 형태 중 하나입니다.

염화물 농도는 304 및 316 스테인리스강의 구멍을 유발하기 위해 높을 필요는 없으며 침전물이나 틈이 없는 깨끗한 표면에 권장되는 최대 염화물 농도는 이제 다음과 같이 간주됩니다.

일반적으로 또는 국지적인 지점에서 이러한 지침을 초과하는 염화물 농도를 쉽게 생성할 수 있는 여러 요인이 있습니다. 우선 새로운 발전소에 대한 일회성 냉각이 매우 드물어졌다는 점을 고려하십시오. 대부분은 냉각탑을 사용하거나 어떤 경우에는 공냉식 응축기(ACC)를 사용하여 건설되고 있습니다. 냉각탑을 사용하는 경우 메이크업의 불순물이 농도에 따라 "순환"됩니다. 예를 들어, 5회 농도 주기로 작동하는 보충수염화물 농도가 50mg/l인 탑은 순환수에 250mg/l의 염화물을 함유하게 됩니다. 그것만으로도 일반적으로 304 SS를 고려 대상에서 제외해야 합니다. 더욱이, 신규 공장과 기존 공장 모두에서 식물 구성을 위한 담수에 대한 대안이 점점 더 요구되고 있습니다. 하나의 일반적인 대안은 도시 폐수 유출입니다. 표 2는 4개의 담수 공급원과 4개의 폐수 공급원의 분석을 비교한 것입니다.