מהו עובי המעטפת האמין עבור מחממי מחזור נירוסטה 316 במי מלח 40% סידן כלוריד ב-90 מעלות עם לחץ מערכת 5 בר

הסחר הליבה-בשירות מלח בצפיפות גבוהה-

תמיסת סידן כלוריד (ריכוז של 40%) היא נוזל העברת חום טיפוסי המשמש במערכות קירור, יישומי הפחת- ולולאות קירור תעשייתיות. תמיסת סידן כלוריד (צפיפות של כ-1.4 גרם/סמ"ק, נקודת הקפאה -45 מעלות בריכוז אופטימלי) צפופה יותר מתמיסת נתרן כלוריד וניתן לשמור אותה נוזלית בטמפרטורות נמוכות יותר. הנירוסטה 316 עונה על סביבה תובענית מאוד ב-90 מעלות ולחץ מערכת של 5 בר. 40% סידן כלורי למי מלח יש תכולת כלוריד של כ-25% במשקל והיא מאוד אגרסיבית. עם זאת, ההתנהגות המאכלת מתמתנת בהשוואה לנתרן כלורי עקב נוכחות יוני סידן. יוני סידן מעכבים את פעילות יוני הכלוריד על ידי זיווג יונים. לקבלת עובי מעטפת אמין עבור פונקציה זו, יש לקחת בחשבון בלימת לחץ, עמידות בבור בתמלחת כלוריד גבוהה, שחיקה מכל מוצקים מרחפים והיעילות התרמית הדרושה להעברת חום. בניגוד לכלוריד ברזל, שבו 316 מאוד לא מתאים, 316 אל חלד יכול לקחת תמיסת סידן כלורי בטמפרטורות מתונות עם העובי והמשמעת התפעולית הנכונה.

בלימת לחץ @ 5 בר ו-90 C

דרישת מתח החישוק עבור מעטפת מחמם מחזור בלחץ מערכת של 5 בר היא קטנה, אך לא אפס. עבור צינור בקוטר חיצוני של 12 מ"מ, זה תלוי בעובי הדופן. נוסחת מתח החישוק היא σ=P⋅ri/tσ=P⋅ri​/t מייצרת את הערכים הבאים: עבור קיר של 1.2 מ"מ (רדיוס פנימי 4.8 מ"מ), המתח הוא 0.5 MPa כפול 4.8 מ"מ על פני 1.2 מ"מ, מה שנותן 2.0 MPa. עבור קיר של 2.0 מ"מ (רדיוס פנימי 4.0 מ"מ), המתח הוא 0.5 MPa כפול 4.0 מ"מ חלקי 2.0 מ"מ, שהם 1.0 MPa. שתי התוצאות נמוכות במידה ניכרת מחוזק התשואה של 170 MPa של נירוסטה 316 ב-90 מעלות. העובי אינו נקבע על ידי בלימת לחץ בלבד. עם זאת, מחממי זרימת מי מלח מורכבים לעתים קרובות על אביזרי הברגה או אוגן אשר נדרשים לשאת מומנט התקנה ולחצי התפשטות תרמית. העובי המינימלי באתרי החיבור צריך להיות 1.2 מ"מ לחיבור חוט וחוסן מכני. קירות דקים יותר מ-1.0 מ"מ עלולים להיות בסכנה של הפשטת חוטים או עיוות בעת ההתקנה.

עמידות בפני קורוזיה מקומית בתמיסות סידן כלורי מרוכזות

עמידות החריצים של נירוסטה 316 בתמיסת סידן כלוריד טובה בהרבה מזו של תמיסת נתרן כלורי באחוזי משקל כלורי דומים. הסיבה לכך היא שיוני כלוריד פחות פעילים בתמיסות סידן כלורי. טמפרטורת חריפות קריטית של נירוסטה 316 בריכוז יוני כלוריד של 25% (מ-40% CaCl2) היא בערך 45-55 מעלות בהתאם לתכולת החמצן ומצב הזרימה. הפתרון הוא הרבה מעל לטמפרטורת הפירוק הקריטית של 90C, ולכן יתבצע גלעין. השאלה היא באיזה קצב מתפשטים בורות. שיעורי צמיחת בור עבור נירוסטה 316 ב-40% CaCl₂ ב-90 מעלות בנסיבות מאווררות מתפרסמים כ-0.3-0.8 מ"מ לשנה, הערך הנמוך קשור לתנאי זרימה סוערים המונעים את ריכוז הכלוריד בכניסה לבור. עבור תנור חימום במחזוריות במהירות זרימה של 1.5-2.0 מ"ש לשנייה, קצב גידול הבור הוא כ-0.3-0.5 מ"מ לשנה. עומק הבור המרבי החזוי הוא 1.5 עד 2.5 מ"מ לאורך חיי עיצוב של חמש שנים. חישוב זה הוא מניע ישיר לבחירת עובי. לקיר של 1.5 מ"מ יש סבירות גבוהה לנקב לאחר חמש שנים. הקיר הוא 2.0 מ"מ. לאחר 5 שנים של הרחבת בור, מרווח הבטיחות הוא 0.5-1.5 מ"מ. עובי דופן של 2.5 מ"מ נותן מרווח גדול יותר אך עם קנסות חום ועלות גדולים. טווח העובי האמין לחיי עיצוב של 5 שנים הוא 2.0-2.3 מ"מ.

שיקולים עבור קורוזיה אחידה והתקפת חרקים

הבעיה העיקרית היא בור, אולם ניתן למדוד קורוזיה אחידה במלח 40% סידן כלורי ב-90 מעלות. מחקרי ירידה במשקל שפורסמו מראים שיעורי קורוזיה של 0.05-0.12 מ"מ לשנה בנסיבות זורמות, והם עקביים. ירידה אחידה של 0.25 עד 0.60 מ"מ נצפתה לאורך 5 שנים. נזק זה מקטין את עובי הדופן האפקטיבי הזמין כדי להתנגד לחדירת בור. קצב קורוזיה אחיד של 5 שנים של 0.10 מ"מ לשנה על דופן של 2.0 מ"מ מותיר עובי של 1.5 מ"מ לפני תחילת הפירוק. בור המתרחב בקצב של 0.4 מ"מ בשנה במשך חמש שנים יגיע לעומק של 2.0 מ"מ, ויחורר את הקיר. השילוב של האובדן העקבי והחרחור אומר שקיר בגודל 2.0 מ"מ קרוב לקצה האמינות לחיי שירות שלמים של חמש שנים. התקפת חריצים על אטמי אוגן, חיבורי הברגה ומתחת לכל משקעי אבנית ניתנת לממד נוסף. שיעורי קורוזיה מקומיים של 0.5-1.0 מ"מ בשנה יכולים להתרחש בסדקים בתמיסת סידן כלוריד. מסיבה זו, תנורי זרימת מי מלח צריכים להיות מרותכים במבנה ולא עם הברגה ויש להימנע מאטמים בכל מקום אפשרי.

ביצועים תרמיים של קירות עבים עלות קירות עבים

המוליכות התרמית של מי מלח 40% סידן כלורי היא בערך 0.55 W/m·K ב-90 מעלות, הרבה פחות מזו של מים (0.68 W/m·K). לפיכך מקדם העברת החום ההסעה בזרימה טורבולנטית קטן יותר, בדרך כלל 600-1000 W/m²·K לעומת 1500-2500 W/m²·K עבור מים. לפיכך, ההתנגדות התרמית של הנדן תורמת גבוה יותר למעגל התרמי הכולל מאשר בשירות מים. עבור צינור עם קוטר חיצוני 12 מ"מ, ההתנגדות החשמלית גדלה בכ-0.004 m²·K/W כאשר עובי הדופן גדל מ-1.5 מ"מ ל-2.5 מ"מ. התנגדות מוגברת זו מגבירה את טמפרטורת המעטפת ב-8-10 מעלות עבור צפיפות וואט טיפוסית של תנור מחזור של 7-8 W/cm2. עם דופן של 2.5 מ"מ, ניתן להעלות את טמפרטורת הנדן ל-110-115 מעלות עבור טמפרטורת כמות גדולה של 90 מעלות. קצב הגלילה בטמפרטורות אלו גדל בכ-50-100% בהשוואה ל-100 מעלות. עובי הדופן המוגבר לעמידות בפני קורוזיה עלול לקדם בור עקב אפקט החום. זה מביא לחלון עובי אופטימלי, דק מספיק כדי לשמר את טמפרטורת הנדן<105°C, but thick enough to permit pitting. The optimum range for most calcium chloride circulation systems is 2.0 to 2.2 mm.

המלצות עובי לתנאי שירות שונים, אמין

עבור מחמם מחזור במי מלח 40% סידן כלורי ב-90 מעלות ו-5 בר עם זרימה סוערת (Re > 10,000) ואורך חיים עיצובי של חמש שנים, עובי המעטפת האמין הוא 2.0-2.2 מ"מ. עובי זה מאפשר מתן בור של 1.0-1.5 מ"מ לאחר חמש שנים קורוזיה אחידה, בהנחה שקצב גידול בור של 0.4 מ"מ בשנה. מספיק לחיי עיצוב של 3 שנים 1.6-1.8 מ"מ זהו 2.5-2.8 מ"מ לחיים עיצוביים של עשר שנים, אך עונש החום הופך להיות ניכר. שדרוג לסגסוגת גבוהה יותר כגון 316Ti או 317L עשוי להיות חסכוני יותר. עבור מערכות עם זרימה למינרית או אזורים מתים עם שיעורי בור גבוה יותר, יש להעלות את העובי ב-0.3-0.5 מ"מ. עבור מערכות המשתמשות בתמיסת מי מלח (חמצן מומס פחות מ-100 ppb), קצב הגלילה מופחת ל-0.1-0.2 מ"מ בשנה וניתן להפחית אותו ל-1.5-1.8 מ"מ למשך חמש שנים.

אמצעי עיצוב מעשיים המפחיתים את דרישות העובי

אמצעי עיצוב שונים זמינים להורדת עובי הנדן הדרוש מבלי לפגוע באמינות. ראשית, ניהול זרימה: מהירות זרימה מינימלית של 1.5 מ"ש לשנייה מוטלת על מנת למנוע קיפאון של שכבת הגבול ולמזער את קצבי הגלילה בפקטור של שניים. 2. התנקות: שמיכת חנקן מעל מיכל ההרחבה מפחיתה את החמצן המומס מ-8 ppm לפחות מ-0.5 ppm עם הפחתה יוצאת דופן של קצב הגירוי וההחלמה. שלישית, תוספת של מעכבים. נתרן כרומט או נתרן מוליבדאט ב-200-500 עמודים לדקה מגבירים מאוד את ההתנגדות לחריצים ומאפשרים הפחתה בעובי של 0.3-0.5 מ"מ. רביעית, גימור פני השטח. לצינורות מלוטשים יש פחות אתרי התחלת בור ושיעורי צמיחת בור נמוכים יותר מאשר לצינורות מלוטשים מכני. קיר מלוטש באלקטרו 1.8 מ"מ עשוי לתפקד טוב יותר מקיר 2.2 מ"מ כפי שצויר.

מסקנה: העובי המהימן של תמיסת סידן כלוריד

עובי המעטפת של 2.0-2.2 מ"מ נמצא כאחד מהימן למשך חמש שנות חיי תכנון של מחממי מחזור SS 316 בנסיבות סוערות ומאווררות עבור מי מלח 40% סידן כלורי ב-90 מעלות צלזיוס ולחץ של 5 בר. עובי זה מהווה פשרה בין קצבת גלילה, שולי קורוזיה אחידים וביצועים תרמיים. קירות דקים מ-1.8 מ"מ עשויים להתחורר תוך 3 שנים. קירות עבים יותר מעל 2.5 מ"מ מעלים את טמפרטורת המעטפת עד לאזור שבו בור מואץ, והחזרות מצטמצמות. המפרט המהימן ביותר כולל לא רק עובי אלא גם מפרטים למהירות זרימה מינימלית (1.5 מ' לשנייה), גימור פני השטח (מלוטש אלקטרו) ובקרת חמצן מומס במידת האפשר. מהנדסים צריכים לציין את חיי התכנון בשנים ואת משטר הזרימה בעת הגדרה. זה הופך את החלטת העובי מניחוש לחישוב באמצעות נתוני קורוזיה שפורסמו ומידול תרמי המספקים ביצועים אמינים לטווח ארוך באחד מתנאי המלח הבעייתיים יותר עבור נירוסטה 316.