מהו עובי דופן מעטפת נירוסטה 316 המקסימלי המותר עבור יישום חימום קיטור בלחץ- נמוך ב-130 מעלות צלזיוס עם החזרת קונדנסט?
השאר הודעה
מהנדסי תהליכים הבונים מחממי טבילה חשמליים עבור מערכות קיטור בלחץ נמוך- כגון מעילי קיטור, תאי לחות וציוד עיקור עומדים בפני סט ייחודי של אילוצים עם קיומו של החזרת עיבוי. בניגוד ליישומי מים טהורים או קיטור יבש למערכות החזרת עיבוי יש תערובת של מים נוזליים, חמצן מומס ובדרך כלל כמויות עקבות של חומצה פחמנית מפחמן דו חמצני מומס. הסביבה קורוזיבית במקצת לפלדת אל חלד 316, במיוחד בממשק הקיטור של המים- שבו מפלסי ריכוז החמצן מייצרים קורוזיה מקומית. קצבת הקורוזיה נקבעת על פי עובי הדופן של מעטפת 316 וחשוב מכך טמפרטורת פני השטח בהשוואה לטמפרטורת הרוויה של הקיטור. אם טמפרטורת פני המעטפת נמוכה מדי, היא מעודדת היווצרות ציפוי קונדנסט וקורוזיה, אך אם היא גבוהה מדי, היא מגבירה את האבנית והמתח התרמי. מאמר זה מגדיר את עובי הדופן המרבי המותר עבור 316 מעטפות בשירות החזרת קיטור קונדנסט בהתבסס על שיעורי קורוזיה ואופטימיזציה של העברת חום.
מנגנוני קורוזיה בהחזרת עיבוי הקיטור
לחץ הרוויה של קיטור בלחץ נמוך ב-130 מעלות הוא כ-2.7 בר מוחלט. כאשר קיטור פוגש משטח מתחת לטמפרטורת הרוויה, הוא מייצר עיבוי בצורת ציפוי נוזלי. קונדנסט זה שולף חמצן ופחמן דו חמצני מהקיטור ומהאוויר בדליפה, ויוצר תמיסה חומצית בינונית, עם pH של 4.5 עד 6.0. 316 נירוסטה מציגה בסביבה זו שיעורי קורוזיה באופן כללי של 0.02-0.08 מ"מ לשנה בהתאם לתכולת החמצן וקצב עיבוי החמצן. חשוב מכך, התקפה מקומית-קורוזיה וקורוזיה של חריצים-מתרחשת בקו המים שבו המעטפת חודרת לשכבת הקונדנסט. היווצרות תאי ריכוז חמצן עלולה לגרום לשיעורי קורוזיה בקרבת קו המים הגבוהים פי שניים עד חמישה מקצב השקיעה המלאה. עבור תנור חימום של חמש- שנים, נדרשת קצבת קורוזיה של 0.2-0.4 מ"מ עבור קורוזיה כללית + 0.3-0.6 מ"מ נחוצה להתקפת קו מים. למעטפת של 1.0 מ"מ לא יהיו שוליים מספיקים והיא תחורר תוך שנתיים עד שלוש. הנדן בגודל 1.6 מ"מ נותן מרווח הולם לחיי שירות של חמש שנים. עם זאת, קירות עבים יותר יכולים להוביל לטמפרטורת פני המעטפת גבוהה יותר בצפיפות וואט נתונה, מה שעלול להשפיע על התנהגות העיבוי.
השפעת עובי הדופן על היווצרות סרט קונדנסט וקורוזיה
עבור תנור חימום הפועל בקיטור ב-130 מעלות, טמפרטורת פני המעטפת צריכה להיות גבוהה יותר מטמפרטורת הרוויה כדי למנוע היווצרות של סרט עיבוי. תנאי קיטור יבשים ללא מים נוזליים על המעטפת מתקבלים כאשר טמפרטורת פני השטח היא 5-10 מעלות מעל הרוויה. 316 שיעור הקורוזיה בקיטור יבש הוא צנוע - < 0.01 מ"מ בשנה. שיעורי הקורוזיה שלמעלה הם עבור סרט קונדנסט רציף בטמפרטורת פני הרוויה או מתחתיה. טמפרטורת פני המעטפת מחושבת כטמפרטורת הקיטור בתפזורת בתוספת עליית הטמפרטורה עקב שטף החום דרך דופן המעטפת. קיר עבה יותר מוסיף התנגדות מוליכה ולכן מגדיל את טמפרטורת פני השטח עבור צפיפות וואט נתונה. נדן עבה דופן יכול למעשה למנוע קורוזיה על ידי שמירה על פני השטח יבשים. נדן צר דופן יכול להתקרר ולעודד התקפת קונדנסט. שקול תנור חימום בעוצמה של 8 W/cm² בקיטור של 130 מעלות. טמפרטורת פני השטח החיצוניים של מעטפת קיר 316 בגודל 1.0 מ"מ היא בערך 133 מעלות, רק 3 מעלות מעל הרוויה. נסיבות שוליות עלולות לייצר עיבוי לסירוגין. טמפרטורת פני השטח החיצונית של מעטפת הקיר בגודל 1.6 מ"מ היא בערך 138 מעלות - 8 מעל לרוויה, לכן יש מרווח בטוח לפעולה יבשה. לא תוספת של חומר ממזערת קורוזיה, אלא השינוי במצב פני השטח מרטוב ליובש שהקיר העבה מספק. זהו שיעור חשוב לתכנון מערכת קיטור: קירות גדולים יותר יכולים להועיל לעמידות בפני קורוזיה גם במצבי עיבוי.
עובי דופן מומלץ להחזרת קונדנסט בשירות אדים
הטבלה הבאה מפרטת את עובי דופן המעטפת המקובלים עבור מחממי טבילה חשמליים בשירות קיטור בלחץ נמוך עם החזרת עיבוי. הערכים מחושבים עבור פעולה רציפה, איכות קיטור אופיינית למערכות דוודים תעשייתיות וחיי שירות צפויים של 5 שנים.
טמפרטורת קיטור צפיפות וואט הפעלה מומלצת מינימום 316 עובי דופן מומלץ מקסימום 316 עובי דופן טמפרטורת פני השטח בעובי מקסימלי קצב קורוזיה צפוי קצב קורוזיה דומיננטי מצב תקלה דומיננטית 110 מעלות (1.4 בר) 6 – 10 W/cm² 1.2 מ"מ 2.0 מ"מ 1.05 מ"מ 1201 מעלות מ"מ/שנה קורוזיה של סרט קונדנסט 120 מעלות (2.0 בר) 6 – 10 W/cm² 1.2 מ"מ 2.0 מ"מ 125 – 132 מעלות 0.03 – 0.08 מ"מ/שנה מעבר רטוב/יבש 130 מעלות (2.7 בר) 6 – 10 W/cm² 3 מעלות 1.51 מ"מ 3 מעלות 1.51 מ"מ 0.02 מ"מ/שנה (יבש) תרמי cy
כל טמפרטורה, עיבוי לסירוגין 4 - 8 W/cm² 1.6 מ"מ 2.5 מ"מ משתנה 0.08 - 0.15 מ"מ/שנה (מחזורים רטובים) בור קו מים
עבור טמפרטורות קיטור העולות על 140 מעלות, טמפרטורת פני המעטפת עשויה לעלות על 160 מעלות בקירות עבים, מה שיכול לייצר רתיחה מקומית והתפתחות אבנית אם חלקיקים מומסים נמצאים במים. במקרים אלו רצוי שיתקבל עובי דופן- נמוך בטווח שצוין. לטמפרטורות קיטור מתחת ל-120 מעלות קשה לקבוע תנאי מעטה יבשים עם כל עובי דופן מעשי מאחר שטמפרטורת הרוויה נמוכה ועליית הטמפרטורה עקב שטף החום מוגבלת. בשירותי קיטור בטמפרטורה-נמוכה, על המהנדסים לקבל כי יהיה סרט של עיבוי ולכן לציין את עובי הדופן על בסיס קצבת קורוזיה ולא פעולה יבשה.
שינויי עיצוב להשגת פעולת נדן יבש עם קירות דקים
אם נדרשת מעטפת 316 דקה- מתחת ל-1.2 מ"מ בשירותי קיטור (בדרך כלל לתגובה תרמית מהירה במערכות בלחץ נמוך), שלושה שינויים בתכנון יכולים לגרום לפעולה יבשה למרות עליית הטמפרטורה הנמוכה יותר. האחת היא לשפר את צפיפות הוואטים. עלייה בצפיפות הוואט מ-5 W/cm² ל-10 W/cm² עשויה להעלות את טמפרטורת פני המעטפת בסביבות 15-20 מעלות ועלולה לשנות את הפעולה מרטוב ליובש. ההחלפה{10} היא סיכון גבוה יותר להתחממות יתר מקומית אם זרימת הקיטור נעצרת. ההתאמה השנייה היא להפעיל את המחמם במצב לסירוגין בטמפרטורת שיא גדולה יותר. מחמם שעובר בין 130 מעלות ל-180 מעלות יבלה את רוב זמנו מעל טמפרטורת הרוויה, עם פרקי זמן קצרים בלבד של מגע מעובה במהלך ההפעלה. אם המחמם במצב יבש תוך דקות, נזקי קורוזיה במהלך ההפעלה מוגבלים. השינוי הסופי הוא התקנת ניקוז עיבוי למניעת היווצרות מים נוזליים מסביב למחמם. בהיעדר עיבוי עומד כלשהו, קצב הקורוזיה מופחת מאוד גם אם פני השטח לחים עם סרט דק. עבור רוב מערכות הקיטור התעשייתיות, עובי דופן של 1.6 מ"מ מהווה פשרה טובה בין קצבת קורוזיה, מרווח פעולה יבש וחוזק מכני. המהנדסים צריכים לספק את המרווח הדרוש על טמפרטורת פני השטח, לעתים קרובות 5-10 מעלות מעל הרוויה, ולבקש מהיצרן לקבוע את עובי הדופן וצפיפות הוואטים שיספקו את המרווח הזה. ספק שאינו מסוגל לבצע הערכה זו עשוי שלא להעריך את הצרכים המיוחדים של שירות עיבוי קיטור.
