Waarom wordt duplex roestvrij staal gebruikt in koelwatersystemen van kerncentrales?
Als schone energiebron levert kernenergie een belangrijke bijdrage aan het terugdringen van de CO2-uitstoot wereldwijd. Het koelwaterleidingsysteem is de sleutel tot de veilige werking van een kerncentrale. Het bestaat uit duizenden meters pijpen van verschillende diameters en afmetingen. Het biedt een betrouwbare watervoorziening voor de koeling van fabrieksapparatuur. Het niet-veiligheidsleidingsysteem moet voldoende koelwater leveren om de centrale te koelen, terwijl het veiligheidssysteem voldoende koelwater moet leveren om de reactor onder controle te krijgen en veilig af te sluiten in geval van een noodsituatie.
Deze leidingmaterialen moeten gedurende de gehele levensduur van de apparatuur bestand zijn tegen koelwatercorrosie. Afhankelijk van de locatie van de installatie kan het type koelwater variëren van relatief schoon zoetwater tot verontreinigd zeewater. De ervaring heeft geleerd dat naarmate systemen ouder worden, er een verscheidenheid aan corrosieproblemen en verschillende gradaties van corrosie kunnen optreden, waardoor het systeem wordt beschadigd en het systeem niet meer het vereiste koelwater kan leveren.
Problemen met koelwaterleidingen hebben vaak te maken met materialen en hun interacties met koelwater. Lekkage door vervuiling (verstopping) en corrosie van het systeem zijn de meest voorkomende problemen, waaronder ophoping van sediment, biologische aanhechting in zee (biofouling), ophoping van corrosieproducten en verstopping van vreemde stoffen. Lekkage wordt meestal veroorzaakt door microbiële corrosie (MIC), een zeer corrosieve corrosie veroorzaakt door bepaalde micro-organismen in water. Deze vorm van corrosie komt veelvuldig voor bij koolstofstaal en laaggelegeerd roestvast staal.
Roestvast staal wordt lange tijd beschouwd als een haalbare optie voor het bouwen van nieuwe watertoevoerleidingsystemen en voor het repareren of vervangen van bestaande koolstofstalen systemen. Het roestvrij staal dat gewoonlijk wordt gebruikt bij het upgraden van leidingen is roestvrij staal 304L, 316L of 6%-Mo. 316L en 6% Mo roestvrij staal zorgen voor grote verschillen in prestaties en prijs. Als het koelmedium onbehandeld water is, dat zeer corrosief is en een risico op microbiële corrosie met zich meebrengt, zijn 304L en 316L geen geschikte keuzes. Als gevolg hiervan moesten kerncentrales upgraden naar 6%-Mo roestvrij staal of de hoge onderhoudskosten van koolstofstaalsystemen accepteren. Sommige kerncentrales gebruiken nog steeds koolstofstalen voeringbuizen vanwege de lagere initiële kosten. Volgens ASTM A240 zijn industriële watertoevoerleidingsystemen vaak gemaakt van roestvrij staal, hieronder:
| Cijfers | UNS | C | N | Cr | Ni | ma | Cu |
| 304L | S30403 | 0.03 | / | 18.0-20.0 | 8.0-12.0 | / | / |
| 316L | S31603 | 0.03 | / | 16.0-18.0 | 10.0-14.0 | 2.0-3.0 | / |
| 6%Mo | N08367 | 0.03 | 0.18-0.25 | 20.0-22.0 | 23.0-25.0 | 6.0-7.0 | 0.75 |
| 2205 | S32205 | 0.03 | 0.14-0.2 | 22.0-23.0 | 4.5-6.5 | 3.0-3.5 | / |
Het duplexroestvrij staal 2205 bleek een uitstekende keuze. De Catawba-kerncentrale van Duke Power in South Carolina is de eerste kerncentrale die 2205 (UNS S32205) tweefasig roestvrij staal in haar systemen gebruikt. Deze kwaliteit bevat ongeveer 3,2% molybdeen en heeft een verbeterde corrosieweerstand en aanzienlijk betere microbiële corrosieweerstand dan 304L en 316L roestvrij staal.
De koolstofstalen voeringleidingen op het bovengrondse gedeelte van het leidingsysteem dat het toevoerwater naar de koeltoren van de hoofdcondensor transporteert, zijn vervangen door 2205 duplex roestvrijstalen leidingen.
De nieuwe vervanger 2205 duplex roestvrijstalen buis werd in 2002 geïnstalleerd. De buis is 60 meter lang, 76,2 cm en 91,4 cm in diameter, en de wanddikte van de buis is 0,95 cm. Het systeem gespecificeerd in overeenstemming met ASME B31.1 Power piping, een van de managementcodes voor het veilig gebruik van leidingsystemen in energiecentrales en dat wereldwijd veel wordt gebruikt. Na 500 dagen gebruik werd het systeem grondig geïnspecteerd. Bij de inspectie is geen kalkaanslag of corrosie geconstateerd. 2205 duplex roestvrij staal presteerde zeer goed. 2205 roestvrijstalen leidingen presteren al meer dan tien jaar goed sinds de installatie ervan. Op basis van deze ervaring heeft Duke Power gebruik gemaakt van 2205 duplex roestvrijstalen buizen in andere delen van zijn systeem.
Intern van 2205-buis na 500 dagen gebruik.
Ontwerpers van watersystemen voor kerncentrales hebben nu nog een optie als het gaat om het kiezen van leidingmaterialen voor corrosiebestendig koelwater. De succesvolle toepassing van 2205 duplex roestvrij staal kan de onderhoudskosten verlagen, de stilstandtijd verminderen en de bedrijfsveiligheid van kerncentrales garanderen.
