Cik maksā-Optimizēts apvalka biezums 316 nerūsējošā tērauda uzglabāšanas tvertņu sildītājiem 30% nātrija hidroksīda šķīdumā 50 grādu temperatūrā ar piecu-gadu dizaina kalpošanas laiku

Pamata{0}}atlaide vidējas temperatūras kodīgajiem pakalpojumiem

30% nātrija hidroksīds 50 grādu temperatūrā ir tipisks, lai gan bieži nepareizi interpretēts, pielietojums 316 nerūsējošā tērauda iegremdējamiem sildītājiem uz nātrija hidroksīda uzglabāšanas tvertnēm. Šajā temperatūrā un koncentrācijā 316 nerūsējošais tērauds parasti ir izturīgs pret koroziju. Tā kā koncentrētā kodīgā vidē tiek izveidots stabils, aizsargājošs pasīvs pārklājums, vienmērīgi korozijas rādītāji ir ļoti zemi (parasti 0,01–0,03 mm gadā). Pamatojoties tikai uz vienveidīgu uzbrukumu, 1,0 mm siena teorētiski varētu ilgt no 33 līdz 100 gadiem. Patiesie apdraudējumi nav plaši izplatīta korozija, bet gan divas lokalizētas parādības: kaustiskā sprieguma korozijas plaisāšana šķidruma-tvaiku saskarnē un bedrīšu veidošanās no hlorīda piesārņojuma, kas rodas iepildīšanas laikā vai no netīras kodīgas padeves. Tādējādi izmaksu optimizētais apvalka biezums piecu gadu projektēšanas kalpošanas laikam nav noteikts ar pielaidi pret koroziju klasiskajā izpratnē, bet gan ar minimālo biezumu, lai izturētu lokalizētus traucējumus, nodrošinātu mehānisku izturību uzstādīšanai un tīrīšanai un novērstu nevajadzīgus materiālu izdevumus. Patiesais izmaksu{16}}optimizētais biezums ir izstrādāts šajā pētījumā, pamatojoties uz kompromisu-starp materiālu izmaksām un riskam{18}}pielāgoto kalpošanas laiku.

Piecu-gadu servisa vienota korozijas pabalsts

Nerūsējošā tērauda 316 korozijas dati 30% nātrija hidroksīdā 50 grādu temperatūrā, ko publicējuši NACE un ASTM International, norāda uz vienmērīgu korozijas ātrumu 0,01-0,03 mm/gadā aerācijas apstākļos un pat zemāku (0,005-0,015 mm/gadā), kad tas ir izšķīdis skābekli. Kopējais vienmērīgs metāla zudums ir 0,05-0,15 mm piecos gados. 316 nerūsējošā tērauda apvalka minimālais biezums, lai saglabātu spiediena integritāti un mehānisko izturību, ir aptuveni 0,4–0,5 mm. Pieskaitot šim minimumam piecu gadu korozijas pielaidi, teorētiski nepieciešamais biezums ir 0,45–0,65 mm. Biezums, kas lielāks par 0,7 mm, nepalielina pastāvīgu izturību pret koroziju. Visas 1,2 mm, 1,5 mm un 2,0 mm sienas, ko piedāvā sildītāju ražotāji, ievērojami pārsniedz šo minimumu. No tīri viendabīgas korozijas viedokļa plānākais komerciāli pieejamais apvalks (parasti 1,0–1,2 mm) ir vairāk nekā piemērots piecu gadu dizainam.

Lokalizēts uzbrukuma risks un prasības attiecībā uz izjauktu rezervi

The uniform corrosion is small but the localised attack due to chloride contamination or due to the creation of caustic concentration cells at the liquid-vapor interface demands greater metal reserve. Technical sodium hydroxide usually comprises 50-500 ppm chloride as a contaminant from the production process (membrane cell or diaphragm cell procedures). 316 stainless steel in 30% caustic with 200 ppm chlorides has a critical pitting temperature of >60 grādi pie 50 grādiem, tāpēc tipiskos apstākļos nav sagaidāma bedru veidošanās. Iztvaikošanas ciklu laikā uz apvalka virsmas var rasties lokāla hlorīdu koncentrācija, ja tvertne tiek uzkarsēta un pēc tam ļauj atdzist vai ja sildītājs ieslēdzas un izslēdzas cikli. Šādos trieciena apstākļos īslaicīgi ir iespējami pat 0,1–0,3 mm/gadā. Pat tikai viens mēnesis nesakārtotu apstākļu rezultātā piecu gadu laikā bedres dziļums var būt 0,025-0,075 mm. Vēl svarīgāk ir tas, ka ir nepieciešama stiepes sprieguma, kodīgās koncentrācijas un paaugstinātas temperatūras kombinācija, lai rastos kodīgās sprieguma korozijas plaisāšana šķidruma -tvaiku saskarnē. CSCC risks 50 grādu leņķī ir mazs, bet ne nulle. Ja tiek sākts, lūzumu pieauguma ātrums ir aptuveni 0,05-0,2 mm/gadā. Lūzums, kas izplešas ar ātrumu 0,1 mm/gadā, izlauztos cauri 1,2 mm sienai 12 gados. Ja siena būtu 1,0 mm bieza, tā salūztu 10 gadu laikā. Abi ir piemēroti piecu gadu dizainam. Bet par 0,8 mm plānāka siena tiktu perforēta astoņos gados, atstājot trīs gadu drošības rezervi." Tāpēc izmaksu ziņā optimizētajam biezumam ir jānodrošina drošības rezerve pret neatklātu lokalizētu uzbrukumu. Lauka pieredze ar kodīgo vielu uzglabāšanas iekārtām liecina, ka minimālais biezums 1,0-1,2 mm nodrošinās pieņemamu piecu gadu drošības rezervi lielākajai daļai instalāciju. Ja plaisas vai bedres augšanas iespējamība ir 1 mm līdz 2 mm. darbināms tā, ka biezums, kas lielāks par 1,5 mm, palielinās izmaksas, nesamērīgi samazinot risku.

Mehāniskā izturība montāžai un tīrīšanai

Atmosfēras oglekļa dioksīds tiek absorbēts un veidojas nātrija karbonāta kristāli, tāpēc nātrija hidroksīda uzglabāšanas tvertnes ir periodiski jātīra. Tīrīšanas laikā sildītājus var izņemt, apstrādāt un nolikt atpakaļ. Tos var ievainot arī tīrīšanas instrumenti vai sasalusi kodīga viela, kas dažkārt veidojas uz tvertņu sienām. Tāpēc ir praktiski svarīgi novērtēt apvalka mehānisko izturību. 1,2 mm siena var tikt saliekta vai iespiesta ar vieglu triecienu. 1,5 mm siena ir ievērojami stingrāka. Apstrādes bojājumi ir daudz izturīgāki pret 2,0 mm sienu. Taču bojāta sildītāja remonta vai nomaiņas izmaksas bieži vien ir daudz mazākas nekā papildu izdevumi par biezāku sienu visam sildītāju parkam. Vienam 3 kW sildītājam materiāla izmaksu atšķirība starp 1,2 mm un 2,0 mm apvalku ir aptuveni 15-25% no visām sildītāja izmaksām. Ja mehānisko bojājumu iespējamība piecu gadu kalpošanas laikā ir mazāka par 10%, tad paredzamās bojājumu izmaksas ir mazākas nekā biezākas sienas pievienotās sākotnējās izmaksas. Lielākajā daļā labi pārvaldītu noliktavu, kur sildītāji tiek rūpīgi apstrādāti, izmaksu optimizētais biezums mehāniskai izturībai ir 1,2-1,5 mm. Iekārtās ar rupju apiešanos vai vietās, kur sildītāji atrodas nepieejamās vietās, izmaksas var būt attaisnojamas 1,8–2,0 mm.

Jautājumi par enerģijas izmaksām un siltuma veiktspēju

Termiskās pretestības atšķirība starp biezumiem tieši ietekmē enerģijas patēriņu piecu gadu laikā. 12 mm OD sildītājam 30% NaOH 50 grādu temperatūrā konvekcijas siltuma pārneses koeficients ir aptuveni 600-1000 W/m^2K atkarībā no maisīšanas. Sienas biezuma palielināšana no 1,2 mm līdz 2,0 mm rada papildu siltuma pretestību aptuveni 0,004 m2K/W. Sildītājam ar apvalka laukumu 0,1 m², kas strādā pie 50 grādu apkārtējās vides temperatūras 8000 stundas gadā (nepārtraukta darbība), šie papildu siltuma zudumi ir aptuveni 0,004 reizes lielāki par temperatūras starpību un laukumu vai par aptuveni 2-3% mazāka siltuma jauda vienai un tai pašai elektriskajai ievadei. Piecu gadu laikā šis efektivitātes zudums nozīmē papildu 2000-3000 kWh elektroenerģijas patēriņu uz 10 kW apkures jaudas. Ja rūpnieciskā jauda ir 0,08 USD par kWh, pievienotās enerģijas izmaksas piecu gadu laikā ir USD 160–240 par 10 kW sildītāju. Sākotnējās izmaksas starpība starp 1,2 mm un 2,0 mm apvalku 10 kW sildītājam parasti ir 50–100 USD. Tādējādi plānāka siena attaisno zemākās materiālu izmaksas ar uzlabotu efektivitāti un tādējādi ir izmaksu ziņā optimizēta izvēle nepārtrauktai darbībai. Neregulārām darbībām (2000 stundu sildītāja izmantošanas gadā) enerģijas izmaksu atšķirība samazinās līdz 40–60 ASV dolāriem 5 gadu periodā, kas var nebūt pietiekami, lai apstiprinātu efektivitātes argumentu, bet tomēr dod priekšroku plānākai sienai, pamatojoties tikai uz materiālu izmaksām.

Izmaksu optimizēta biezuma analīzes tabula

Izmaksu koeficients 1,2 mm Apvalks 1,5 mm Apvalks 2,0 mm Apvalks 2,5 mm Apvalks Materiāla izmaksas (salīdzinot ar 1,2 mm) 1.00 1.10 1.17 1.31
Vienmērīga korozijas pielaide (5 gadi) 0,05-0,15 mm 0,05-0,15 mm 0,05-0,15 mm 0,05-0,15 mm
Nepietiekama izdzīvošanas robeža (bedri/CSCC) 1,05–1,15 mm 1,35–1,45 mm 1,85–1,95 mm 2,35–2,45 mm
Energoefektivitātes sods (5 gadi, nepārtraukts) 0% (sākotnējais līmenis) 1-2% 2-3% 3-5%
5 gadu paredzamā mehāniskā bojājuma iespēja maksā 30–50 USD 20–40 USD 10–20 USD 5–15
Kopējās 5 gadu izmaksas (sildītājs+enerģija+bojājumi) 10 kW 1000–1100 USD 1050–1180 USD 1100–1250 1200–1400 USD
Izmaksas optimizētas 24/7 darbībaiLieliski Ļoti labi Diezgan slikti
Optimizēts neregulārai darbībai Labākais Labākais Pieņemams Slikts
Kad biezāku sienu izmaksas ir pamatotas

Notwithstanding the preceding analysis, there are certain instances where a thicker wall will be the most cost effective solution. First, if the caustic is known to have high chloride levels (>500 ppm) un tvertne darbojas temperatūrā, kas ir augstāka par 60 grādiem, 1,8-2,0 mm siena nodrošina nepieciešamo korozijas toleranci, ko nevar nodrošināt 1,2 mm siena. Sākotnējie izdevumi par biezumu ir vairāk nekā atmaksāti ar priekšlaicīgu atteici 2 gadu laikā. Otrkārt, biezāka siena ir izturīga pret montāžas atloka nodilumu, kad tvertne tiek pakļauta atkārtotai termiskai ciklam, kas liek sildītājam izplesties un sarauties pret tvertnes atverēm. Treškārt, ja sildītājs ir uzstādīts tvertnē, kuru nevar iztukšot pārbaudei vai remontam bez lieliem ražošanas pārtraukumiem, neplānotas dīkstāves izmaksas atbalsta konservatīvu 2,0 mm biezumu, pat ja statistiskā kļūmes iespējamība ir minimāla. Ceturtkārt, ja kodīgais līdzeklis satur abrazīvus cietus materiālus, piemēram, nātrija karbonāta kristālus, kas nogulsnējas uz sildītāja, ir nepieciešams erozijas-korozijas ātrums 0,05-0,1 mm/gadā un papildu metāla rezerve.

Secinājums: izmaksas{0}}Optimizēts biezums regulārajā apkalpošanā

Lielākajai daļai 30% nātrija hidroksīda uzglabāšanas tvertņu 50 grādu temperatūrā ar tipisku hlorīda līmeni zem 200 ppm un ar saprātīgām apstrādes procedūrām izmaksu-optimizētais apvalka biezums piecu-gadu projektētajam kalpošanas laikam ir 1,2–1,4 mm. Šis biezums nodrošina korozijas pielaidi, kas ir vairāk nekā desmit reizes lielāka par paredzamo vienmērīgo zudumu, drošības rezervi pret lokalizētu uzbrukumu 1,0 mm vai vairāk, atbilstošu mehānisko izturību piesardzīgai apstrādei un labāko termisko efektivitāti. Pārejot uz 1,5-1,6 mm, tiek palielināti materiālie izdevumi un tiek zaudēta efektivitāte, jo tā jau tā ir maza korozijas izraisītas atteices iespējamība. Tas ir attaisnojams tikai tad, ja izmaksas ir pamatotas, un tikai tad, ja ir īpaši nepatīkami apstākļi, piemēram, augsts hlorīdu līmenis, abrazīvās daļiņas, bieža termiskā cikliskums vai bargi ražošanas sodi par neplānotu nomaiņu. Norādot sildītāju kodīgo vielu uzglabāšanai, inženieriem jāmeklē hlorīda analīze nātrija hidroksīda padevei un paredzamais darba cikls. No tā izmaksu{21}}optimizēto biezumu var noteikt kā 1,2 mm tīrai kodīgai vielai ar hlorīdu saturu zem 100 ppm; 1,4-1,6 mm kodīgai vielai ar hlorīdiem līdz 500 ppm; un 2,0 mm tikai tad, ja noteikti riska apsvērumi attaisno prēmiju. Tas pārvērš lēmumu par biezumu no noklusējuma uz lielākām sienām par-informāciju balstītu, uz izmaksām optimizētu inženierijas lēmumu, kas līdzsvaro sākotnējās materiālu izmaksas ar 5 gadu ekspluatācijas izdevumiem un ar risku pielāgotu atteices varbūtību.