Kā izvēlēties pareizo apvalka materiālu PTFE apmaiņai ļoti korozīvā ārējā vidē?

PTFE apvalks un caurules siltummainis apstrādā tīru, nekodīgu dzesēšanas ūdeni korpusa iekšpusē, tāpēc parasts, lēts oglekļa tērauda apvalks izskatās kā pilnīgi pieņemama izvēle. Bet šis siltummainis atrodas hlora gāzes kompresora ēnā vai blakus skābes tvertnei, kur ikdienas realitāte ir noplūde vai pastāvīgi, mitri, kodīgi dūmi. Korpusa ārpuse tiek pakļauta pastāvīgam ķīmiskam uzbrukumam, kas dažu mēnešu laikā sarūsēs un izveidos tukšu tērauda sienu. Izvēloties pareizo apvalka materiālu, apmainītājs tiek bruņots pret šo ienaidnieku no ārpuses, no atmosfēras.

Šis raksts ir praktiski norādījumi par pareizā apvalka materiāla PTFE siltummaiņa izvēli korozīvām ārējām vidēm, tostarp par izmaksām, izturību un drošību.

Ārējās korozijas problēma bieži tiek ignorēta
Iekšējais koncentrāts uz šķidruma saderību
Lielākā daļa inženiertehniskā darba, kas tiek veikts, nosakot PTFE siltummaini, ir vērsts uz procesa šķidrumu, korozīvo šķidrumu vai gāzi, kas iet caur caurulēm vai korpusa pusi. Lai tiktu galā ar šo iekšējo agresoru, tiek izvēlēti PTFE oderējumi vai cietas PTFE caurules. Turpretim apvalka materiālu parasti izvēlas tikai saskaņā ar mehāniskā spiediena prasībām un vispārēju pieņēmumu par “tīru atmosfēru telpās”. Tomēr daudzās ķīmiskās rūpniecības nozarēs, metālapstrādes cehos un rafinēšanas rūpnīcās ir atmosfēra, kas ir viegli vai stipri kodīga izplūdes emisiju, negadījumu vai vienkārši pārmērīga mitruma un gaisa hlorīdu vai skābes miglas dēļ.

Nepietiekami norādīta apvalka ietekme
Oglekļa tērauda apvalks, kas ir pilnībā pieņemams sausai iekštelpu videi, var sadalīties dažu mēnešu laikā, ja tiek pakļauts:

Skābie izgarojumi (HCl, H2SO4, HNO3) no blakus esošajām tvertnēm vai ventilācijas atverēm

Hlora vai broma tvaiki no ūdens apstrādes vai ķīmiskiem procesiem

Sāls aerosols (ar hlorīdu bagāts gaiss, jūras krasts)

Amonjaka vai amīnu miglas no mēslojuma vai naftas ķīmijas rūpnīcām

Agresīvas ķīmiskas noplūdes uz korpusa virsmas apkopes laikā vai netīšas izplūdes

Neveiksmes parasti sākas ar punktveida koroziju, pēc tam vispārēju sienu retināšanu un visbeidzot noplūdi caur korpusu. Noplūdes var izraisīt procesa dīkstāves, drošības un vides apdraudējumu. Siltummaiņa tērauda ādai jābūt pārklātai ar savām ķīmiskajām bruņām, lai izturētu kluso augu atmosfēras bombardēšanu.

Materiālu iespējas čaulām
1. iespēja: oglekļa tērauds ar minimālo ķīmisko vielu noturīgo krāsu
Vislētākais risinājums ir oglekļa tērauda apvalks (piem., SA-516 Gr. 70 vai līdzīga) virsma, kas sagatavota (abrazīvā strūkla līdz Sa 2,5) un pārklāta ar augstas kvalitātes daudzslāņu ķīmiski izturīgu krāsu sistēmu. Tipiskas pārklājuma sistēmas ir:

Epoksīda gruntskrāsas (divkomponentu, augstas uzbūves) un epoksīda vai poliuretāna virskārta.

Ar poliuretāna vai fluorpolimēriem modificētas virskārtas labākai ķīmiskajai izturībai.

Smagas iedarbības pārklājumi ar vinilesteru vai stikla pārslām

Vide: Maigs, iekštelpu, sauss klimats; gadījuma nejauša neagresīvu izgarojumu iedarbība (piemēram, zems organisko šķīdinātāju līmenis). Krāsa ir upurēšanas barjera. Krāsa tomēr ir maiga. Viens skrāpējums vai nobrāzums var izraisīt korozijas šūnu, kas izēd pārklājumu, ātri uzbrūkot tēraudam. Nepieciešama bieža pārbaude un pieskāriens{7}}. Minimāls īstermiņa risinājums jebkurā situācijā ar nepārtrauktiem kodīgiem tvaikiem vai šļakatām ir krāsots oglekļa tērauda apvalks.

2. iespēja: 316 L nerūsējošais tērauds (standarta rūpnieciskais jauninājums)
Standarta rūpnieciskais jauninājums izturīgākam, pastāvīgākam risinājumam zināmā korozīvā atmosfērā ir ciets 316 l nerūsējošā tērauda apvalks. 316L (zema oglekļa satura) satur molibdēnu (2–3%), kas nodrošina izcilu izturību pret:

Hlorīda punktveida un plaisu korozija (mērena koncentrācija)

Atšķaidīt sērskābi, sālsskābi un fosforskābi (skābi dūmi)

Piekrastes (sāls) atmosfēra

316 L korpusam nav nepieciešama krāsošana, regulāra pārklājumu apkope un pieskāriens pēc skrāpējumiem vai mehāniskiem bojājumiem. Tas, protams, ir izturīgs pret koroziju no ārpuses iekšā. Lielākajai daļai ķīmisko rūpnīcu apstākļu un jebkurai iekārtai, kas atrodas dažu kilometru attālumā no krasta līnijas, ieteicamais minimālais tilpums ir 316L.

Ierobežojumi: 316L nav izturīgs pret karstu koncentrētu sālsskābi, stiprām reducējošām skābēm vai augstas temperatūras hlorīda šķīdumiem (virs aptuveni 50-60 grādiem ar augstu hlorīda līmeni). To bojā arī sakarsētas organiskās skābes. Bet normālai ārējai atmosfēras iedarbībai (pat smagai) 316L sniedz labu servisu.

Piemaksa par izmaksām: 316L čaulu izmaksas ir aptuveni 3–5 reizes augstākas nekā oglekļa tērauda izmaksas pēc materiāla. Tomēr mūža izmaksas bieži ir zemākas, jo nav nepieciešama pārkrāsošana vai ar koroziju saistīti remontdarbi.

3. iespēja: stiklšķiedras-stiegrota plastmasa (FRP) - ekstremāliem apstākļiem
Smagākajās āra vai jauktās skābes situācijās, piemēram, siltummainim, kas atrodas tieši zem sālsskābes ventilācijas skursteņa, vai atmosfērā ar augstu hlora saturu un augstu mitruma līmeni ar temperatūru zem 100 grādiem C, galīgais risinājums var būt stiklšķiedras pastiprinātas plastmasas (FRP) apvalks. FRP apvalki sastāv no stikla šķiedrām, kas pastiprinātas ar termoreaktīviem sveķiem (piemēram, vinilesteri, epoksīdu vai poliesteru). Galvenās priekšrocības:

Gandrīz bezgalīga izturība pret koroziju, ko izraisa dažādas skābes, sārmi, sāls šķīdumi un organiskie šķīdinātāji (atkarībā no sveķu izvēles).

Nav galvaniskās korozijas - FRP nav-metālisks.

Viegls svars - parasti ir ceturtdaļa no tērauda svara.

Ārējai virsmai nekad nebūs nepieciešama krāsošana vai apkope.

FPR apvalku kritiskie ierobežojumi:

Temperatūras ierobežojums - parasti 100-120 grādi vinila esteram, zemāks poliesteram. FRP nav ieteicams lietošanai paaugstinātā temperatūrā.

Pressure limit - FRP shells are designed for lower pressures (usually up to 10 bar, but often less) than steel. FRP is not suitable for high pressure applications (>10 bāri).

Uzliesmojamība - FRP ir viegli uzliesmojošs. Tas sadegs, izdalot dūmus un indīgus toksīnus. Vietējie kodeksi var aizliegt FRP lietojumos, kur ugunsdrošība ir nopietna problēma (piemēram, aizņemtās ēkās vai aizdegšanās avotu tuvumā). Ugunsdrošības sveķi-ir pieejami, taču salīdzinoši ierobežoti.

Caurlaidība - Laika gaitā dažas vielas var iefiltrēties sveķu slānī un kaitēt stikla šķiedrām. Ir ļoti svarīgi izvēlēties pareizos sveķus.

Mehāniskā izturība - FRP ir zemāks modulis un triecienizturība nekā tēraudam. Ir jāatbalsta un jāaizsargā no fiziskiem bojājumiem.

Kad izvēlēties FRP?

Ārējās vides skābes, kas uzbrūk 316L (piemēram, karsta spēcīga HCl, fluorūdeņražskābe vai oksidējošo un reducējošo skābju kombinācijas).

Korpusa temperatūra ir zema līdz mērena (mazāka par 100 grādiem).

Iekārta ir paredzēta zemam spiedienam (parasti 5–6 bāri).

Ugunsbīstamība ir pieņemama un atbilst vietējiem likumiem.

Siltummainis atrodas reģionā, kur ir liela iespējamība biežām ļoti naidīgu ķīmisko vielu noplūdēm.

Atlases matrica salīdzināšanai
Vides smagums Ieteicamais apvalka materiālsIzmaksu indekss (aptuveni) Ierobežojums Nepieciešams pārklājums
Atmosfēra: sausa, tīra, iekštelpās Oglekļa tērauds + ķīmiski izturīgs epoksīda/uretāna pārklājums Jā (vairāki-slāņi) 1,0 Krāsa ir trausla un nepieciešama regulāra pārbaude
Reizēm skābes izgarojumi, mitrs316L SSNo 3-5Nav izturīgs pret karstām reducējošām skābēm, augstas temperatūras hlorīdiem
Piekrastes (sāls aerosols) 316 L nerūsējošais tērauds (vai super-austenīts ekstrēmiem gadījumiem) Nr. 3-5 Standarta 316 L var iespiesties šļakatu zonā ar ļoti augstu hlorīda saturu. Smagiem gadījumiem apsveriet 2205 duplekso
Mērenas -temperatūras nepārtrauktu skābju (HCl, H₂SO₄) miglas 316L nerūsējošais tērauds (pārbaudiet specifisko skābi) vai FRPNo 4-6 (FRP līdzīgs vai nedaudz augstāks) FRP ierobežots līdz zemam spiedienam un temperatūrai Pārbaudiet sveķu saderību
Hot, concentrated acid fumes (>80 grādi ) FRP (augstas temperatūras vinila esteris) vai oderētais tērauds (ja augsts spiediens) Nē (FRP) vai krāsa + starplika (tērauds) 5–8 FRP degtspēja; tērauda oderējums palielina sarežģītību
Jaukta skābe (HF + HNO 3 ) FRP ar specifiskiem sveķiem (vai PTFE-izklāta oglekļa tērauda apvalks) Nr. 6-10 Nepieciešams īpašs dizains
Papildu dizaina apsvērumi
Apvalka atloki un sprauslas
Apvalka sprauslām, atlokiem un skrūvju materiālam arī jābūt izturīgam pret ārējo vidi. Visiem atlokiem un sprauslām 316 l apvalkā arī jābūt 316 l. FRP apvalka sprauslas ir izgatavotas arī no FRP vai korozijizturīgiem sakausējumiem (piemēram, Hastelloy) ar piemērotiem pārejas savienojumiem. Skrūvām jābūt izgatavotām no korozijizturīga materiāla (piem., 316 nerūsējošā tērauda vai B7 ar korozijizturīgu pārklājumu), un tām jābūt aizsargātām no atmosfēras.

FRP ugunsbīstamības novērtējums
Pirms FRP korpusa noteikšanas ir jāveic ugunsgrēka riska novērtējums. FRP čaumalas pievieno degvielu ugunij un var nodot liesmām. Daudzās ķīmiskajās rūpnīcās ugunsdrošības noteikumi aizliedz izmantot FRP, izņemot gadījumus, kad ir izveidotas efektīvas ugunsdzēšanas sistēmas, kur ir pietiekams attālums no aizdegšanās avotiem vai kur tiek izmantots ugunsdrošības sveķu sastāvs (kas parasti samazina mehāniskās īpašības). Korpusa un cauruļu apmainītājiem daži augi vispār nepieļauj FRP. Specifikētājam jāatsaucas uz vietējiem kodeksiem un iekārtu drošības standartiem.

Spiediena un temperatūras ierobežojumi
The material of the shell shall withstand the design pressure and temperature of the exchanger irrespective of the external environment. FRP is not suitable for high pressure (e.g. >10 bar) or high temperature (>120 grādu) pakalpojumi. Šādos apstākļos ir nepieciešams apvalks, kas izgatavots no oglekļa tērauda vai 316L, taču ir jāpievieno ārēja aizsardzība (piemēram, ķīmiski izturīga krāsa vai apšuvums). Alternatīvi ir iespējama divu sienu vai apvalka korpusa konstrukcija ar ārējo oglekļa tērauda apvalku, kas pārklāts ar iekšējo FRP vai PTFE starpliku. Tas ir specializēts un dārgs risinājums.

Laika barjeras un ārējā izolācija
Ja apvalks ir jāizolē (piemēram, lai samazinātu siltuma zudumus vai aizsargātu personālu), izolācijas sistēma nedrīkst saglabāt korozīvu mitrumu pret korpusu. Oglekļa tērauda korpusiem ir nepieciešama laika barjera (metāla apvalks). Tāda pati laika barjera ir ieteicama 316 L korpusiem, lai izvairītos no plaisu korozijas zem mitras izolācijas. Izmantojot FRP čaulas, izolāciju var uzklāt tieši, bet līmei un izolācijas materiālam jābūt ķīmiski saderīgam ar sveķiem.

Izmaksas pret dzīves ciklu
Krāsotajam oglekļa tērauda korpusam ir viszemākās sākuma izmaksas, taču tai ir nepieciešama apkope (pārkrāsošana ik pēc 3-10 gadiem atkarībā no smaguma pakāpes). 316 L apvalkam ir lielākas pirmās izmaksas, taču pamatā nav nekādas apkopes ārējai korozijai 20 gadu kalpošanas laikā. FRP apvalkam ir mērenas pirmās izmaksas (piemēram, 316 l vai nedaudz vairāk), kā arī minimāla apkope, taču tai ir spiediena, temperatūras un ugunsdrošības ierobežojumi. Daudzām kodīgām situācijām dzīves cikla izmaksu analīze norāda uz 316 L vairumam lietojumu, kam tā ir piemērota.

Praktiskās atlases piemērs
Scenārijs: PTFE siltummainis uzstādīts metāla apdares rūpnīcā. Apkārtējā vidē ir plāna sālsskābes migla (0,5–5 ppm) no tuvumā esošajām kodināšanas tvertnēm. Apvalku tieši nesamitrina noplūdes, bet mitrs skābs gaiss vienmēr ir tur. Korpuss darbojas 80 grādu leņķī un 6 bāru spiedienā. Siltummainis atrodas iekštelpās, un tam ir ugunsdzēšanas sistēma.

Analīze:

Krāsa uz oglekļa tērauda. Jauks epoksīda pārklājums var kalpot 2–3 gadus, pirms parādās caurumi un malu korozija. Nepieciešama bieža pārkrāsošana. Jāizvairās.

316 L nerūsējošais tērauds: izturīgs pret atšķaidītu HCl miglu apkārtējās vides temperatūrā līdz mērenām temperatūrām. 316L var būt nedaudz ieplaisājies 80 C temperatūrā, tomēr risks ir mazs miglā (nevis šķidrumā) un tad, ja ir augsts hlorīda līmenis. Labi. Augstākās kvalitātes jauninājums būtu super-austenīts (piemēram, . 904L), taču, iespējams, tas nav vajadzīgs.

FRP: Vinilestera FRP ir pilnībā izturīgs pret atšķaidītu HCl 80 grādu temperatūrā. Spiediens (6 spiediens) ir FRP jaudas robežās (parasti max 10 bar). Pieņemama, neliela ugunsbīstamība, iekārtai ir ugunsgrēka dzēšana. Ir iespējams arī FRP, taču tas var būt dārgāks par 316 l.

Ieteicamais: 316L nerūsējošā tērauda korpuss. Tas nodrošina ilgtermiņa pakalpojumu bez apkopes par saprātīgām izmaksām un novērš FRP uguns un spiediena ierobežojumus.

Secinājums: Apmainītāja dubultās priekšējās bruņas
Korpusa materiāls ir svarīgs, neatkarīgs un rentabls lēmums{0}} — ārējo bruņu izvēle, kas aizsargā siltummaiņa strukturālo integritāti no neredzamā atmosfēriskā uzbrucēja. Lai nodrošinātu vieglu iekštelpu apkalpošanu, minimālais ir oglekļa tērauda apvalks ar ķīmiski{2}}izturīgu krāsu sistēmu. 316. Nerūsējošais tērauds ir izturīgs, dodieties-jaunināt pret korozīvo atmosfēru, kas parasti sastopama ķīmiskajās rūpnīcās un piekrastes vietās. FRP nodrošina pozitīvu izturību pret koroziju ļoti zema spiediena un zemas temperatūras pakalpojumiem, kur pat 316L sabojājas, bet apdraud ugunsdrošību un spiediena ierobežojumus. Siltummainis cīnās divu-frontu karā — iekšpusē un ārpusē. PTFE caurules satur iekšējo procesa šķidrumu, bet apvalka materiāls ir jāizvēlas tā, lai tas izturētu ārējo vidi. Pielāgojiet korpusa materiālu faktiskajai rūpnīcas atmosfērai, lai nodrošinātu ilgu,{11}}bez problēmām kalpošanas laiku.