Koks yra 316 nerūdijančio plieno šildytuvų 10 % fosforo rūgšties žalios suspensijos 80 laipsnių kampu 80 laipsnių su abrazyviniais kristalais 1,5–2,5 mm apvalkalo storio ilgalaikio veikimo skirtumas{0}}

Pagrindinis{0}}pardavimas fosforo rūgšties gamybos paslaugoms

Šlapiojo-proceso fosforo rūgšties gamybos metu susidaro neapdorotos 10 % fosforo rūgšties suspensijos kalcio sulfato hemihidrato arba dihidrato kristalų, nesureagavusių fosfato uolienų dalelių ir įvairių metalinių teršalų mišinyje. Tai labai agresyvi aplinka dėl silpnai rūgštinės terpės (pH 1-2) ir kietųjų dalelių, kurios ardo pasyvią 316 nerūdijančio plieno dangą, derinio. Elektriniai panardinami šildytuvai fosforo rūgšties koncentratoriuose ir atakos rezervuaruose yra veikiami kombinuotos cheminės korozijos ir mechaninio dilimo. Apvalkalo storio 1,5 mm ir 2,5 mm sprendimas yra ilgalaikis našumo skaičiavimas, kai papildomas metalas storesnėje sienoje turi būti subalansuotas atsižvelgiant į šilumines ir mechanines važiavimo didesniu skerspjūviu padarinius. Skirtingai nuo švarių skysčių paslaugos, kai vienintelis rūpestis yra korozija, ši programa apima dviejų sąveikaujančių degradacijos mechanizmų stebėjimą per daugiametes kampanijas.

Erozija{0}}Korozijos sinergizmo priklausomybė nuo storio

Vienodas 316 nerūdijančio plieno korozijos greitis švarioje fosforo rūgštyje 80 laipsnių temperatūroje yra apie 0,1-0,3 mm per metus, priklausomai nuo fluoro ir chlorido priemaišų kiekio žalioje rūgštyje. Pridedant abrazyvinių kristalų (kalcio sulfato hemihidrato kristalų), kurių dydis paprastai yra 10-100 mikronų, o kietumas pagal Mosą yra 2,5-3,0, skaidymo mechanizmas pereina iš grynos korozijos į erozinę{18}koroziją. Apsauginę pasyviąją dangą nuolat pašalina besitrenkiančios dalelės, paveikdamos šviežią metalą rūgštimi. Erozijos{21}}korozijos greitis nėra tik grynos erozijos greičio ir grynos korozijos greičio suma. Vietoj to atsiranda sinerginis efektas, kai nuolat de{29}}pasyvuojamo metalo korozijos greitis yra daug didesnis nei stabilaus pasyvaus paviršiaus korozijos greitis. Paskelbti 316 nerūdijančio plieno 10 % fosforo rūgštyje su 5-10 % dalelių 80 laipsnių kampu ir 1,5 m/s suspensijos greičiu rezultatai rodo, kad erozijos ir korozijos greitis yra 0,6–1,2 mm per metus, o tai yra nuo trijų iki šešių kartų didesnis už grynos korozijos greitį. Skaičiuojamas laikas iki perforacijos esant nuolatinei erozijai-korozijai yra 1,3-2,5 metų, kai sienelės storis 1,5 mm. 2,5 mm sienai skaičiuojamas laikas 2,1–4,2 metai. Tačiau šiuose skaičiavimuose daroma prielaida, kad erozijos-korozijos greitis yra pastovus. Tiesą sakant, sienai plonėjant, vietinis įtempių pasiskirstymas paviršiuje keičiasi, o erozijos greitis gali padidėti, nes plonesnė sienelė labiau iškrypsta kontaktuojant su dalelėmis, todėl atsiranda didesni vietiniai įtempiai, kurie lengviau lūžta paviršiuje. Fosforo rūgšties gamyklų ilgalaikės veiklos statistika rodo, kad erozijos-korozijos greitis paprastai padidėja 20–40%, kai sienelės storis yra mažesnis nei 1,0 mm. Taigi 2,5 mm siena prasideda nuo daugiau metalo ir užtrunka ilgiau, kol įsijungia šis pagreičio režimas.

Mechaninis sienų storio ir kristalų smūgio energijos vaidmuo

Neapdorotos fosforo rūgšties suspensijoje esantys abrazyviniai kristalai ne tiesiog slysta paviršiumi, bet atsitrenkia į jį skirtingais kampais, priklausomai nuo srauto aplink šildytuvą. Kryžminio srauto metu suspensijos dalelės atsitrenkia į cilindrinio šildymo vamzdžio priekinį kraštą beveik įprastais kampais (didelė smūgio energija, didžiausia erozija) ir į šonus žvilgsnio kampais (mažesnė erozija). Kalcio sulfato kristalo, judančio 1,5 m/s greičiu, smūgio energija yra 0,5–2 mikrodžauliai, priklausomai nuo dalelių dydžio. Šios energijos pakanka, kad 316 nerūdijančio plieno paviršiuje susidarytų mikro-plastinė deformacija. Plastiškai iškreipto sluoksnio gylis nuo kiekvieno smūgio paprastai yra 1–5 mikronai. Visiškas medžiagos pašalinimas pasiekiamas nuovargio proceso metu su daugybe smūgių: pasikartojantys smūgiai sukelia darbo sukietėjimą, lūžimo pradžią ir galiausiai mažų metalo gabalėlių atsiskyrimą. Medžiagos pašalinimo greitis yra atvirkščiai susijęs su metalo kietumu ir taip pat priklauso nuo pagrindinės birios medžiagos gebėjimo sugerti smūgio energiją nesudūžtant. Storesnė siena lemia didesnį elastingą pagrindą po paveiktu paviršiumi. 316 nerūdijančio plieno tamprumo modulis yra 193 GPa, o vamzdžio sienelės standumas lenkiant yra proporcingas tam tikro išorinio skersmens storio kubui. 2,5 mm storio sienelės lenkimo standumas yra maždaug 4,6 karto didesnis nei 1,5 mm storio (2,5³/1,5³=4.6). Padidėjęs standumas sumažina dinaminę deformaciją susidūrus su dalelėmis, todėl sumažėja didžiausias kontaktinis įtempis ir erozijos greitis. Fosforinių augalų šildytuvų lauko stebėjimai rodo, kad 2,5 mm sienelių vamzdžių priekiniame krašte erozijos greitis dažnai yra 20–30 % mažesnis nei 1,5 mm sienelių vamzdžių tomis pačiomis srutos sąlygomis vien dėl standumo įtakos.

Storesnės sienos šiluminės charakteristikos užteršimo metu

Gerai žinoma, kad fosforo rūgšties žalios srutos teršia. Kalcio sulfato kristalai linkę kauptis ant karštų paviršių. Dėl to susidaro apnašos, kurios izoliuoja vamzdį ir riboja šilumos perdavimą. Masto susidarymo greitis priklauso nuo paviršiaus temperatūros, palyginti su kalcio sulfato tirpumo kreive. Kai apvalkalo temperatūra viršija 90-95 laipsnius, sumažėja kalcio sulfato hemihidrato tirpumas ir pagreitėja jo nusodinimas. 1,5 mm sieninio šildytuvo, kurio vatų tankis yra 6 W/cm2 80 laipsnių tūrinėje rūgštyje, apvalkalo paviršiaus temperatūra yra apie 95{19}}100 laipsnių, ties pagreitinto mastelio keitimo slenksčiu. Esant tokiam pat vatų tankiui, 2,5 mm sienelės apvalkalo temperatūra yra 110-120 C, o tai gerai patenka į mastelio diapazoną. 2,5 mm vamzdžio sienelės apnašos kaupsis greičiau ir storesnės nei 1,5 mm vamzdis. Kai nuosėdų sluoksnis yra vietoje, jis prideda savo šiluminę varžą, o tai dar labiau padidina apvalkalo temperatūrą savaime{33}}sustiprinimo ciklo metu. 4,0 mm sienelės storis atitinka 2,5 mm sienelės efektyviąją šiluminę varžą su 0,5 mm kalcio sulfato nuosėdomis. Ši skalė ne tik slopina šilumos pernešimą, bet ir sukuria plyšius po rūgščių chemine medžiaga, kuri vietiškai susikoncentruoja ir pagreitina koroziją. Taigi dviejų storių ilgalaikio veikimo skirtumas labai priklauso nuo galimybės reguliuoti skalę. 2,5 mm siena gali pailginti savo erozijos-korozijos tarnavimo laiką augaluose, naudojant mechaninį valymą (suktukai arba grandikliai) arba cheminį nukalkinimą. 1,5 mm sienelė iš tikrųjų gali geriau veikti augaluose, kuriuose leidžiama rinkti nuosėdas. Žemesnė paviršiaus temperatūra atitolina nuosėdų susidarymą, o kai susidaro apnašos, plonesnė pagrindo sienelė palaiko didesnį šilumos srautą per sujungtą sienelės plius skalės sluoksnį.

Šiluminis važiavimas dviračiu ir diferencialo plėtimosi įtempiai

Fosforo rūgšties koncentratoriai veikia periodiniais ciklais arba su pertrūkiais tiekimu, o šildytuvas termiškai perjungiamas nuo aplinkos temperatūros iki 80 laipsnių ir atgal. Kiekvienas šildymo ciklas sukelia skirtingą plėtimosi įtempimą tarp varžos laido, magnio oksido izoliacijos ir nerūdijančio plieno apvalkalo. Kadangi storesnė dalis suteikia didesnį atsparumą šiluminiam plėtimuisi ir susitraukimui, šių įtempių amplitudė yra proporcinga apvalkalo storiui. 316 nerūdijančio plieno plėtimosi koeficientas, kai temperatūra keičiasi 80 laipsnių, yra maždaug 0,1 % (16 × 10-6/laipsnis x 80 laipsnių=0.00128). 12 mm išorinio skersmens vamzdžio išsiplėtimas yra 0,015 mm. 1,5 mm siena gali lengviau atlaikyti plėtimąsi dėl elastinės deformacijos nei 2,5 mm siena. Storesnė siena per tūkstančius ciklų yra veikiama didesnio ciklinio slėgio, kai liečiasi tarp apvalkalo ir magnio oksido izoliacijos. Dėl to izoliacija gali įtrūkti, o tai sumažina dielektrinį stiprumą ir galiausiai gali sukelti elektros gedimą. Ilgalaikiai fosforo gamyklų našumo duomenys rodo, kad 2,5 mm sieninių šildytuvų elektros gedimų (izoliacijos gedimo) dažnis yra didesnis nei 1,5 mm sieninių šildytuvų po 3–5 eksploatavimo metų, net jei 2,5 mm sienelėje vis dar liko tinkamas metalo storis. Storesnė siena sumažina korozijos ir erozijos tarnavimo laiką dėl terminio nuovargio.

Ilgalaikio-našumo palyginimo santrauka

Našumas metrinis 1,5 mm apvalkalas 2,5 mm apvalkalas
Erozijos -korozijos greitis naudojant 1,5 m/s suspensiją 0,6-1,2 mm/metus 0,5-0,9 mm/metus (20-30 % mažesnis dėl standumo)
Laikas iki perforacijos (numatomas) 1,3–2,5 metų 2,8–5,0 metų
Apvalkalo temperatūra esant 6 W/cm² 95-100 laipsnių 110-120 laipsnių
Mastelio keitimo greitis (kalcio sulfatas) Vidutinis (slenkstinis režimas) Didelis (pagreitintas režimas)
Terminis nuovargis (ciklai iki izoliacijos gedimo) 4000-7000 ciklų 8000-12000 ciklų
Pranešama, kad tipinis fosforo įrenginių eksploatavimo laikas yra 2–4 ​​metai (ribotas dydis) 3–5 metai (ribotas terminis nuovargis)
Geriausias naudojimas Įrenginiai su kalkių šalinimo galimybe, paketiniu veikimu Nuolatinis aptarnavimas, mažai vietos masteliui
Praktinės strategijos, skirtos pratęsti eksploatavimo laiką ne tik storio pasirinkimu

Vien apvalkalo storis fosforo rūgšties srutos problemos neišspręs. Įrodyta, kad trys vienas kitą papildantys sprendimai prailgina šildytuvo tarnavimo laiką ilgiau, nei būtų galima numatyti remiantis vien storiu. 1. Srauto valdymas: šildytuvo vamzdžius lygiagrečiai suspensijos srautui, o ne statmenai, smūgio kampai ir erozijos greitis sumažėja 40-60 %. Antra, paviršiaus grūdinimas: 316 nerūdijančio plieno paviršiaus azotavimas arba boronizavimas padidina kietumą nuo 200 HV iki 800–1000 HV, o tai labai sumažina erozijos greitį nepadidinant šiluminės varžos. 1,5 mm vamzdis kietesniu paviršiumi gali būti dvigubai patvaresnis nei 2,5 mm vamzdis be kieto paviršiaus. Trečia, nuosėdų valdymas, kai masės rūgšties temperatūra palaikoma žemesnėje nei 75 laipsnių arba naudojant nuosėdų inhibitorius, tokius kaip poliakrilatai, apvalkalo paviršius išlaikomas žemiau kalcio sulfato nusodinimo slenksčio, todėl galima naudoti plonesnes, termiškai efektyvesnes sienas. Kai kurios gamyklos naudojo 1,2 mm sieninius šildytuvus su paviršiaus sukietėjimu ir nuosėdų slopinimu penkerius ar daugiau metų be problemų, o neapdoroti 2,5 mm sieniniai šildytuvai sugedo dėl nuosėdų sukelto perkaitimo.

Išvada: našumo skirtumas, paaiškintas eksploatavimo sąlygomis

Ilgalaikis našumo skirtumas nuo 1,5 mm iki 2,5 mm sienelių storio 316 nerūdijančio plieno šildytuvams 10 % fosforo rūgšties žalioje srutoje 80 laipsnių temperatūroje nėra paprastas pranašumas storesnei sienai. 2,5-mm siena užtikrina 1,5–2,0 karto ilgesnį erozijos-tarnavimo laiką nuo korozijos, naudojant nepertraukiamą, mažą{13}}apnašą, tačiau ji kenčia nuo aukštesnės paviršiaus temperatūros, kuri padidina nuosėdų susidarymo greitį ir sumažina terminio nuovargio tarnavimo laiką. erozija{18}}korozija. Daugumos fosforo rūgšties gamyklų optimalus storis yra tarp šių dviejų kraštutinumų, maždaug 1,8-2,0 mm, kai taikomas paviršiaus grūdinimas ir masto kontrolė. Jei įrenginys, turintis gerą masto kontrolę ir nuolat veikiantis, yra priverstas rinktis vieną iš dviejų, reikia pasirinkti 2,5 mm sieną, kad būtų maksimaliai padidintas erozijos-korozijos tarnavimo laikas. Įrenginiams, veikiančiems paketiniu režimu, su dažnu terminiu ciklu arba ribotomis nukalkinimo galimybėmis, pasirenkamas 1,5 mm sienelės storis, kad būtų išvengta nuosėdų susidarymo ir terminio nuovargio gedimų. Paviršiaus apdorojimo poreikiai ir srauto kryptis turėtų būti nurodyti specifikacijoje, todėl paprastas storio pasirinkimas paverčiamas visaverčiu srutų tvarkymo šildytuvo dizainu.