1. در تجزیه و تحلیل هزینههای چرخه عمر برای یک نیروگاه جدید ساحلی، انتخاب لولههای کندانسور نیکل 201 نسبت به تیتانیوم (درجه 2) چگونه بر طراحی، نگهداری و اقتصاد عملیاتی کلی تأثیر میگذارد؟
انتخاب بین نیکل 201 و تیتانیوم یک تصمیم اساسی است که در کل طراحی و اقتصاد کارخانه موج می زند. این فقط یک مقایسه هزینه مواد نیست.
| عامل | لوله های نیکل 201 (UNS N02201). | تیتانیوم (Gr 2) لوله | تاثیر بر طراحی و اقتصاد گیاهان |
|---|---|---|---|
| هزینه مواد و نصب | پایین تر. مواد ارزان تر است و نصب (نورد) از ابزارها و تکنیک های استاندارد استفاده می کند. | بسیار بالا. هزینه مواد تیتانیوم 3-5 برابر بیشتر است. به ابزارهای تخصصی و سخت شده برای غلتیدن و تمیزی دقیق تر برای جلوگیری از گند زدگی نیاز دارد. | CAPEX بالاتر برای تیتانیوم. این قابل مشاهده ترین تفاوت هزینه است. |
| مقاومت در برابر خوردگی در آب دریا | عالی است، اما مصون نیست. در صورت تشکیل رسوبات یا در شرایط جریان کم، ممکن است دچار خوردگی حفره ای/شکافی شود. به آب تمیز و احتمالاً حفاظت کاتدی نیاز دارد. | اساساً ایمنی فیلم اکسید غیرفعال بسیار پایدار است. آب دریای آلوده،-کلرید و کم{3}}بدون خوردگی را کنترل می کند. | تیتانیوم به سیستمهای تصفیه آب سادهتر اجازه میدهد و کیفیت آب ضعیفتری را تحمل میکند و OPEX بالادست را کاهش میدهد. |
| رسوب و چسبندگی بیوفیلم | متوسط. رسوب زیستی ممکن است رخ دهد که نیاز به تمیز کردن مکانیکی یا شیمیایی دوره ای دارد. | خیلی کم. چسبندگی بیوفیلم ضعیف است و میزان رسوب را کاهش می دهد. | تیتانیوم زمان خرابی تمیز کردن را کاهش می دهد و راندمان انتقال حرارت را برای مدت طولانی تری حفظ می کند و زمان و کارایی آنلاین را افزایش می دهد. |
| سازگاری گالوانیکی | کاتدیک (نجیب). اگر با مواد کمتر نجیب (به عنوان مثال، لوله فولادی کربنی، جعبه آب آلیاژ مس) همراه شود، خوردگی آنها را تسریع می کند. نیاز به جداسازی دقیق یا طراحی حفاظت کاتدی دارد. | آندیک (فعال). در همان مدار خودش را قربانی می کرد. بنابراین، برای جلوگیری از هدر رفتن سریع، تیتانیوم باید از نظر الکتریکی ایزوله شود (به عنوان مثال، با آستینهای غیرفلزی در صفحه لوله). | Nickel 201 به طراحی سیستم CP پیچیدگی می بخشد. تیتانیوم به طراحی جداسازی مکانیکی پیچیدگی می بخشد. هر دو هزینه ادغام دارند. |
| هدایت حرارتی | ~70 W/m·K | ~17 W/m·K | نیکل 201 4 برابر رساناتر است. برای همین کار، لولههای نیکل 201 میتوانند نازکتر یا کوتاهتر باشند، که باعث صرفهجویی بالقوه در تعداد لوله، اندازه کندانسور و ساختار پشتیبانی میشود. |
| حالت شکست | خوردگی قابل پیش بینی و بازرسی به تدریج از کار میافتد و امکان اتصال مبتنی بر شرایط را فراهم میکند. | ناگهانی، شکننده. شکست نادر است، اما می تواند ناشی از هیدریدینگ (اگر به صورت کاتدی بیش از-حفاظت شده باشد) یا فرسایش در انتهای ورودی باشد. | نیکل 201 از استراتژی "وصل و نظارت" پشتیبانی می کند. تیتانیوم به "نصب عالی" نیاز دارد، اما پس از آن تعمیر و نگهداری تقریباً-صفر را ارائه می دهد. |
حکم اقتصادی: در حالی که تیتانیوم دارای CAPEX بالاتری است، OPEX تقریباً-خوردگی و رسوبزدگی آن، همراه با در دسترس بودن بالاتر، اغلب هزینه کل عمر-چرخه کمتری را در طول عمر کارخانه ۴۰-سال، بهویژه برای نیروگاههای پایه- به همراه دارد. نیکل 201 انتخابی مقرون به صرفه و با کارایی بالا برای گیاهانی است که دارای کنترل کیفیت آب عالی، برنامههای بیوساید مؤثر، و جایی که میتوان از هدایت حرارتی بالاتر در طراحی استفاده کرد.
2. برای پروژه لوله گذاری مجدد، چه آنالیز متالورژیک قانونی باید بر روی لوله های اصلی شکست خورده انجام شود تا به طور قطع تایید شود که نیکل 201 ماده ارتقاء صحیح است؟
صرفاً جایگزینی «لایک برای لایک» یا ارتقاء بر اساس حکایت خطرناک است. تجزیه و تحلیل صحیح شکست (FA) انتخاب بهینه مواد را هدایت می کند.
مرحله 1: معاینه بصری و ماکروسکوپی:
نقشه مکان های خرابی: انتهای ورودی؟ زیر بافل؟ در تیوب شیت؟ یکنواخت؟
به دنبال الگوها باشید: سوراخ شدن، نازک شدن عمومی، ترک خوردگی، علائم سایش.
مرحله 2: تجزیه و تحلیل سپرده:
رسوبات را از سطوح داخلی/خارجی خراش دهید.
برای تعیین ترکیب، -پراش پرتو ایکس (XRD) و طیفسنجی پرتو انرژی ایکس- (EDS) را انجام دهید: آیا کربنات کلسیم (مقیاس)، سیلت/شن (فرسایش)، مس-غنی (که نشاندهنده خوردگی اجزای بالادستی است) یا سولفید (SBB) غنی ({3}) است؟
مرحله 3: بررسی میکروسکوپی (متالوگرافی):
مقاطع{0}}از میان چالهها یا ترکها را آماده کنید.
برای تعیین نحوه حمله زیر میکروسکوپ بررسی کنید:
بین دانه ای؟ حساسیت را پیشنهاد می کند (اگر مواد نیکل 200 بود، نه 201).
فرا دانه ای؟ ترک خوردگی ناشی از تنش کلریدی را پیشنهاد می کند (بعید است اما در شکاف ها ممکن است).
چاله های آندرکات؟ کلاسیک برای خوردگی زیر-رسوبی.
گودی شکل پذیر در مقابل شکاف شکننده؟ مکانیسم شکست را نشان می دهد.
مرحله 4: آنالیز میکروشیمیایی:
از EDS در مقطع{0}}برای تجزیه و تحلیل محصولات خوردگی در حفره ها یا ترک ها استفاده کنید. کلریدها، سولفیدها یا سایر گونه های تهاجمی خورنده را تایید می کنند.
مرحله 5: بررسی تاریخچه شیمی آب:
یافتهها را با سوابق گیاهی مرتبط کنید: سطوح کلرید، pH، محتوای اکسیژن، درمان بیوسید، رویدادهای ناراحت کننده.
نتیجه گیری از FA: اگر FA حفره های ناشی از کلرید{0}}در زیر رسوبات در یک لوله 316L را نشان دهد، تغییر به نیکل 201 یک ارتقاء عالی است. اگر فرسایش-خوردگی ناشی از شن و ماسه در برنج Admiralty را نشان دهد، نیکل 201 نیز یک ارتقاء قوی است. با این حال، اگر حمله اسیدی عمومی (PH پایین) را نشان دهد، هر دو ماده ممکن است نیاز به بررسی داشته باشند و تیتانیوم ممکن است تنها انتخاب مناسب باشد.
3. الزامات خاص برای مواد و طراحی لوله در هنگام استفاده از لوله های نیکل 201، به ویژه در مورد خوردگی گالوانیکی و یکپارچگی اتصال چیست؟
لوله لوله پایه بسته نرم افزاری است. سازگاری آن با نیکل 201 بسیار مهم است.
انتخاب مواد ورق لوله:
ایده آل: فولاد روکش نیکل 201. یک لایه پوششی ضخیم (مثلاً 16/3 اینچ) یا روکش انفجاری- نیکل 201 روی یک پشتیبان فولاد کربنی. این امر سازگاری گالوانیکی با لولهها و یک سطح عالی برای نورد فراهم میکند.
جایگزین رایج: فولاد ضد زنگ 316/317L. این یک جفت گالوانیکی ایجاد می کند که در آن ضد زنگ (کمتر نجیب) ممکن است ترجیحا خورده شود. برای کاهش:
اطمینان حاصل کنید که ضد زنگ در حالت غیرفعال (تمیز، هوادهی) است.
اتصال نورد را طوری طراحی کنید که از نظر مکانیکی محکم باشد تا آب از آن خارج شود.
محافظ کاتدی را برای صفحه لوله در نظر بگیرید.
انتخاب ضعیف: کربن یا فولاد کم آلیاژ{0}. خوردگی گالوانیکی فولاد شدید و غیرقابل قبول خواهد بود.
ویژگی های طراحی Tubesheet:
الگوی سوراخ و رباط: باید برای نیروهای نورد بالاتر نیکل 201 طراحی شود.
شیارها: به طور معمول دو شیار عمیق و تیز در هر سوراخ. آنها قفل مکانیکی را فراهم می کنند و مسیر نشتی را افزایش می دهند. شیارها باید تمیز و عاری از فرز باشند.
ضخامت ورق لوله: باید برای ایجاد طول درگیری کافی برای اتصال نورد (معمولاً 1.5 تا 2 برابر قطر لوله) کافی باشد.
جداسازی گالوانیکی (در صورت استفاده از لوله های غیر مشابه):
برای صفحات لوله ضد زنگ، برخی از طرحها از یک آستین غیر فلزی (مثلاً تفلون) استفاده میکنند که قبل از لولهکشی در سوراخ ورق لوله قرار داده شده است. سپس لوله در مقابل آستین قرار می گیرد. این عایق گالوانیکی مطلق را فراهم می کند اما هزینه و یک مانع حرارتی بالقوه را اضافه می کند.
4. در چرخه های توان پیشرفته (به عنوان مثال، CO2 فوق بحرانی، بخار فوق بحرانی پیشرفته)، الزامات در حال ظهور برای لوله های مبدل حرارتی چیست، و آیا لوله های نیکل 201 هنوز هم می توانند نقشی داشته باشند؟
چرخههای برق نسل بعدی، دما و فشار را بسیار فراتر از محدودههای سنتی میبرند و به مواد جدید نیاز دارند.
بخار فوق بحرانی پیشرفته (AUSC): دمای بخار هدف > 1300 درجه فارنهایت (700 درجه). در این دماها، حتی نیکل 201 نیز فاقد استحکام خزش کافی است. آلیاژهایی مانند Inconel 740H، Haynes 282، یا Alloy 617 برای لوله مورد نیاز هستند. نقش نیکل 201 در اینجا محدود به بخشهای{10}در دمای پایینتر یا سیستمهای پاکسازی آب/بخار است.
چرخه های بریتون CO2 فوق بحرانی (sCO2): در فشارهای بسیار بالا (250+ بار) و دمای تا ~1300 درجه فارنهایت (700 درجه) کار می کند. محیط دارای فشار-CO2 بالا است که میتواند کربورساز باشد.
چالش: بسیاری از آلیاژهای نیکل با استحکام بالا در برابر کربوریزه شدن حساس هستند که باعث شکنندگی آنها می شود.
طاقچه بالقوه برای نیکل 201: در بازیابی کنندههای دمای پایینتر (جایی که sCO2 خنکتر است)، هدایت حرارتی بالای نیکل 201 و مقاومت در برابر کربناتاسیون خوب (به دلیل نیکل بالا) میتواند سودمند باشد، مشروط بر اینکه الزامات ضخامت دیوار بر اساس فشار{4} برآورده شود. استحکام پایین آن یک عامل محدود کننده برای طراحی فشار بالا-است.
نامزدهای احتمالی بیشتر: آلیاژ 800H/HT (برای استحکام و مقداری مقاومت در برابر کربوریزاسیون) یا آلیاژهای تخصصی مانند Haynes 230 در حال تحقیق هستند.
نتیجهگیری: در حالی که لولههای نیکل 201 ASTM B163 تکیهگاه اصلی نیروگاههای حرارتی و هستهای نسل کنونی هستند، استفاده از آنها در بخشهای بالاتر{3} دما در چرخههای{{4} نسل بعدی به دلیل قدرت محدود است. آینده آنها در مبدلهای حرارتی تخصصی، خدمات خورنده در سیستمهای تجدیدپذیر (مثلاً زمین گرمایی، زیست توده)، و بهعنوان یک گزینه مطمئن و کمهزینه برای وظایف کمتر شدید در نیروگاههای پیشرفته نهفته است.
5. روش استاندارد صنعتی برای غیرفعال سازی و نگهداری نهایی لوله های کندانسور نیکل 201 قبل از حمل و نقل و در حین ذخیره سازی قبل از نصب چیست؟
نگهداری مناسب از خوردگی در طول دوره آسیب پذیر بین ساخت و سرویس، که می تواند ماه ها یا سال ها طول بکشد، جلوگیری می کند.
آماده سازی آسیاب نهایی (بر اساس ASTM B163، بخش 16):
تمیز کردن: لولهها را در اسید (مخلوط نیتریک-هیدروفلوریک) ترشی میکنند تا رسوب آسیاب را از بین ببرند، سپس با آب تمیز کاملاً شسته میشوند.
خشک کردن: لوله ها با استفاده از هوای گرم و بدون روغن{0}}به طور کامل خشک می شوند تا از لک شدن آب جلوگیری شود.
حفاظت موقت: ممکن است روغن سبک و فرار از خوردگی (VCI) استفاده شود.
نگهداری برای ذخیره سازی طولانی مدت و ارسال:
روش VCI (Vapor Corrosion Inhibitor): روش ارجح و قابل اطمینان.
فرآیند: لولهها در دو انتها با شمعها یا کلاهکهای پلاستیکی آغشته به VCI وصل میشوند.
مکانیسم: ترکیب VCI به آرامی تصعید میشود و داخل لوله را با بخار محافظی پر میکند که روی سطح فلز متراکم میشود و یک لایه بازدارنده تک مولکولی تشکیل میدهد.
بسته بندی: بسته ها در فیلم پلاستیکی VCI پیچیده می شوند و در جعبه ها یا جعبه هایی با تراشه های امیتر VCI قرار می گیرند. قسمت بیرونی اغلب با یک پوشش محافظ قابل جداسازی پوشانده می شود.
روش خشک کن: برای نگهداری طولانی مدت یا آب و هوای بسیار مرطوب استفاده می شود.
فرآیند: لوله ها وصل می شوند و کیسه ای از ماده خشک کننده (سیلیکاژل) در داخل هر لوله یا داخل بسته بندی بسته بندی مهر و موم شده قرار می گیرد.
تأیید: نشانگرهای خشک کن نشان می دهند که نقطه شبنم بسته به اندازه کافی پایین است.
پاکسازی نیتروژن: برای حیاتی ترین کاربردها (به عنوان مثال، هسته ای)، لوله ها ممکن است با درپوش های انتهایی پر از نیتروژن- برای حفظ یک جو بی اثر آب بندی شوند.
فیلد دریافت و ذخیره سازی:
یکپارچگی بسته بندی را هنگام ورود بررسی کنید.
در محیط خشک، سرپوشیده و تمیز نگهداری شود. تا قبل از نصب، بسته بندی محافظ را خارج نکنید.
قبل از{0}}بررسی نصب: قبل از قرار دادن، یک پارچه تمیز و خشک را از طریق لوله نمونه پاک کنید. باید تمیز و بدون هیچ نشانه ای از زنگ زدگی یا خوردگی بیرون بیاید. در صورت وجود هر گونه شک، بازرسی بوروسکوپ را انجام دهید.
پایبندی به این پروتکلها تضمین میکند که بسته لوله چند میلیون دلاری-میلیون دلاری-در همان وضعیت بکری که کارخانه را ترک کرده بود، به سایت میرسد و برای چندین دهه-عمر طولانی آماده است.
