Kāds ir kritiskais apvalka biezums 316 nerūsējošā tērauda sildītājiem 15% dzelzs hlorīda kodināšanas šķīdumā 55 grādos ar daļēju iegremdēšanu

Pamatatlaide{0}}agresīvā oksidējošā hlorīda pakalpojumam

FeCl3 (dzelzs hlorīds) ir viens no kodīgākajiem savienojumiem, ko bieži izmanto rūpnieciskajā kodināšanā un notekūdeņu attīrīšanā. Pie 15% koncentrācijas un 55°C šim šķīdumam ir trīs agresīvi faktori: augsta hlorīda jonu koncentrācija (apmēram 10% no svara), oksidējošais dzelzs jons, kas uztur augstu elektroķīmisko potenciālu, un skābs pH (parasti 1,5-2,5). Šī vide ir krietni ārpus 316 nerūsējošā tērauda standarta darbības diapazona. Dzelzs hlorīda 316 kritiskā punktu veidošanās temperatūra ir zemāka par 30 °C, tāpēc pie 55 °C punktu veidošanās ir droša un ātra. Šajā servisā apvalka biezuma funkcija ir nevis novērst koroziju, bet gan nodrošināt pietiekamu metāla rezervi, lai noteiktu ierobežotu kalpošanas laiku varētu izturēt paredzamo bedru un vienmērīgu uzbrukumu. Kritiskais biezums ir minimālais biezums, ko var perforēt vajadzīgajā darbības laikā un pēc kura papildu metāla atdeve samazinās, jo korozijas ātrums pats paātrinās.

Cauruļu veidošanās dzelzs hlorīda šķīdumos

Parastais nerūsējošā tērauda pretestības tests ir ASTM G48 (nevis G46). Testā 50 °C temperatūrā izmanto 6% dzelzs hlorīda. Šādos apstākļos 316 nerūsējošais tērauds parasti pēc 24–72 stundām uzrāda bedrītes ar 0,2–0,5 mm dziļumu. Agresivitāte ir daudz augstāka 15% dzelzs hlorīda 55°C temperatūrā. Laboratorijas atklājumi atklāj, ka 316 nerūsējošā tērauda kuponiem, kas pakļauti 15% FeCl3 55 grādu temperatūrā, 4–8 stundu laikā veidojas redzamas bedrītes, un bedru dziļums sasniedz 0,5–1,0 mm pēc 100 stundu nepārtrauktas iedarbības. Caurumu veidošanās ir autokatalītisks process, kad bedre ir uzsākta, dzelzs hlorīda hidrolīze bedrē rada ļoti skābu, hlorīdu bagātu vidi, kas veicina turpmāku šķīšanu. Bedres augšanas tempi šajā vidē ir lineāri vai nedaudz paātrināti, parasti 0,1–0,3 mm nepārtrauktas iedarbības dienā. Neregulāram sildītājam, piemēram, 8 stundas dienā, 5 dienas nedēļā, efektīvais bedres attīstības ātrums ir aptuveni 0,03–0,10 mm katru darba dienu. Prognozētais maksimālais bedres dziļums sešu mēnešu kalpošanas laikā (aptuveni . 500 darba stundas) ir 2–5 mm.

Daļēja iegremdēšana un uzbrukums tvaika fāzē

Nepieciešamība pēc daļējas iegremdēšanas pievieno otru, bīstamāku atteices mehānismu. Šķidruma -tvaiku saskarne ir īpaši smaga dzelzs hlorīda lietošanā, jo iztvaikošanas rezultātā sāls koncentrējas uz apvalka virsmas virs šķidruma līnijas. Ūdens iztvaiko, un dzelzs hlorīda kristāli uzkrājas uz karstā apvalka. Šie šķidrie kristāli uzsūc mitrumu no atmosfēras un rada piesātinātu sālījumu, kas ir kodīgāks nekā lielapjoma šķīdums. Šķidruma temperatūra parasti ir zemāka par tvaiku iedarbībai pakļautās apvalka daļas temperatūru, jo gaisa dzesēšana ir mazāk efektīva nekā šķidruma dzesēšana. Sildītājam, kura kopējais iegremdēšanas garums ir 500 mm un 100 mm virs šķidruma, atklātā daļa var būt 80-100°C un iegremdētā daļa 55–60°C. Šajās augstākās temperatūrās korozijas ātrums tvaika zonā var būt 5 līdz 10 reizes lielāks nekā šķidrumā. Dzelzs hlorīda tvertnēs daļēji iegremdētu sildītāju atkārtotas pārbaudes uz lauka liecina, ka kļūme rodas šķidruma un tvaika saskarnē, nevis pilnībā iegremdētajā reģionā. Tādējādi šī pakalpojuma kritisko biezumu kontrolē uzbrukuma ātrums saskarnē, nevis lielapjoma šķidruma korozija.

Termiskie ierobežojumi un biezo sienu ierobežojums

Biezu sienu termiskais sods ir problemātisks dzelzs hlorīda apkalpošanā, radot bīstamu atgriezeniskās saites cilpu. Ja sildītājs ir daļēji iegremdēts, atklātā daļa tiek atdzesēta dabiskā konvekcijā ar gaisu. Gaisa siltuma caurlaidības koeficients ir tikai 10-30 W/m2·K, bet šķidrumam tas ir 500-1000 W/m2·K. Atklātā daļa sadedzina daudz augstākā temperatūrā nekā iegremdētā daļa. Izmantojot biezāku sienu (2,5 mm, nevis 1,5 mm), atsegtās daļas temperatūra paaugstinās vēl par 15-25°C, jo lielāka siena izolē iekšējās pretestības vadu. 316 nerūsējošā tērauda korozijas ātrums dzelzs hlorīda sālījumā 120 ° C temperatūrā ir aptuveni trīs reizes lielāks nekā 100 ° C temperatūrā. Biezāka siena, lai arī paredzēta kā lielāka metāla rezerve, faktiski var samazināt kalpošanas laiku, jo paaugstina virsmas temperatūru un paātrina uzbrukumu. Termiskā modelēšana liecina, ka 12 mm ārējā diametra sildītājam, kas darbojas ar 8 W/cm² 55°C dzelzs hlorīda un 100 mm, kas pakļauts gaisa iedarbībai 25°C temperatūrā, atklātā daļa būs 95°C 1,2 mm sienai, 110°C 1,8 mm sienai un 125,5 mm sienai. Korozijas ātrums pie 125 grādiem ir aptuveni piecas reizes lielāks nekā pie 95 grādiem. Tātad efektīvais kalpošanas laiks nepalielinās proporcionāli biezumam.

Kritiski biezuma ieteikumi īstermiņa apkalpošanai

Agresīvās vides un uzbrukuma paš-paātrinošā rakstura dēļ dzelzs hlorīda sildītāju dizaina filozofija ir jāmaina no “ilgs kalpošanas laiks” uz “paredzams īss mūžs ar plānotu nomaiņu”. Minimālais biezums 1,8-2,0 mm ir nepieciešams 6 mēnešu kalpošanas laikam ar 8 stundu darbību dienā. Biezums nodrošina pietiekamu metāla rezervi, lai izturētu paredzamo 2-5 mm iedobumu šķidruma-tvaiku kontaktā. Plānākas sienas 1,2-1,5 mm parasti caurdursies 2-4 mēnešu laikā. Biezākas sienas nav ieteicamas virs 2,5 mm, jo ​​termiskais sods paaugstina atsegtās sekcijas temperatūru līdz temperatūras diapazonam, kurā korozija paātrina tiktāl, ka papildu metāls nedod nekādas priekšrocības. 3 mēnešu kalpošanas laiks ir pietiekams, ja biezums ir 1,5–1,6 mm{16}}mm, var būt pietiekams viena mēneša kalpošanas laikam vai vienas partijas procedūrām. Jebkurā gadījumā sildītājs ir jāuzskata par palīgmateriālu ar noteiktu nomaiņas grafiku.

Alternatīvas stratēģijas, kas pārspēj biezākas sienas

316 nerūsējošais tērauds jebkurā praktiskā biezumā neizturēs ilgstošu-lietojumu 15% dzelzs hlorīda šķīdumā 55°C temperatūrā ar daļēju iegremdēšanu. Svarīgs inženiertehniskais jautājums nav izmantot biezumu. Tas ir tas, vai 316 vispār var izmantot. Standarta materiāls dzelzs hlorīda sildīšanai ir titāns (2. pakāpe). Titāns rada stabilu pasīvu pārklājumu dzelzs hlorīda sastāvā un neveidojas bedrēs pat 80-90°C temperatūrā. 1,0–1,2 mm titāna apvalks kalpos 10–20 reizes ilgāk nekā 2,5 mm 316 apvalks. Ja titāns nav pieejams, lielisku pretestību var iegūt ar fluorpolimēru pārklātiem sildītājiem (PTFE vai PFA virs 316 kodola), kas izolē metālu no šķīduma. Tomēr, ja pielietojums ir tāds, ka sildītājs vienmēr ir pilnībā iegremdēts (nav tvaika saskarnes), tad 316 2,0 mm biezumā varētu kalpot 6 līdz 12 mēnešus, taču pārklājuma vai titāna opcija joprojām ir labāka.

Secinājums: Kritiskais biezums kalpošanas laika noteikšanai

Būtiskais apvalka biezums 316 nerūsējošā tērauda sildītājiem 15% dzelzs hlorīda šķīdumā 55 grādos ar daļēju iegremdēšanu ir 1,8-2,0 mm sešu-mēnešu kalpošanas laikam ar pārtraukumiem. Šis biezums ir kompromiss starp nepieciešamību pēc metāla rezerves un korozijas termisko paātrinājumu, kas notiek ar biezākām sienām. Plānās sienas priekšlaicīgi sabojājas caurduršanas rezultātā šķidruma-gāzes kontaktā. Biezākas barjeras nedod dzīvību, bet paātrina uzbrukumu un palielina atklātās daļas siltumu. Vissvarīgākais padoms ir izvairīties no 316 SS šajā pakalpojumā, ja pastāv kāda alternatīva. Ja nepieciešams, inženieris norāda paredzamo kalpošanas laiku mēnešos, ikdienas darba stundas un pakļautās tvaika zonas garumu. Šī informācija noteiks, vai 316 ir piemērots, vai ir nepieciešami titāna vai pārklāti apvalki. Specifikācijā papildus jāiekļauj pilnvarots pārbaudes grafiks pusei no paredzētā kalpošanas laika, lai uzraudzītu bedres dziļumu un noteiktu, vai ir nepieciešama agrīna nomaiņa.