Kodėl 316 nerūdijančio plieno flanšinio šildytuvo panardinimo gylis atvirose talpyklose apibrėžia gedimo tašką oro -vandens sąsajoje

Garų fazės zona: labiausiai ėsdinanti ir termiškai įtempta vieta ant apvalkalo šildytuvo

Ankstyvas 316 nerūdijančio plieno flanšinių panardinamųjų šildytuvų, įrengtų atvirose arba ventiliuojamose talpyklose, gedimo vieta atsiranda nuolat ir nuspėjamai oro-vandens sąsajos zonoje, kuri paprastai yra 20–50 mm aukščiau ir žemiau vidutinio skysčio lygio. Šiai zonai būdingas unikalus dalinio drėkinimo, ištirpusių kietųjų dalelių garavimo koncentracijos, terminio ciklo dėl pertraukiamo poveikio ir padidinto deguonies prieinamumo derinys. Kiekvienas iš jų atskirai pagreitina koroziją ir kartu sukelia 5-10 ​​kartų didesnį gedimo dažnį nei visiškai panardintos arba visiškai atviros to paties apvalkalo dalys. Panardinimo gylis %, kuris yra panardinto apvalkalo ilgio ir bendro šildomo ilgio santykis, tiesiogiai valdo, kiek šildytuvo paviršiaus yra aktyvus šioje agresyvioje sąsajos srityje. Šiame dokumente nagrinėjami termocheminiai principai, kontroliuojantys sąsajų puolimą, ir pateikiama gylio specifikacijos sistema, kuri padidina šildytuvo tarnavimo laiką.

Dalinai sudrėkintos sąsajos koncentracijos ląstelių mechanizmas

Jei 316 nerūdijančio plieno apvalkalas kerta oro-vandens sąsają, sritis, esanti tiesiai virš skysčio lygio, lieka sudrėkinta plona garuojančia plėvele, o žemiau esanti sritis yra visiškai panardinta. Šis išdėstymas yra standartinis diferencinio aeravimo arba koncentracijos elementas. Visiškai panardintas segmentas turi sumažintą deguonies koncentraciją (apie 8-10 ppm esant aplinkos temperatūrai, mažėja didėjant temperatūrai) ir yra anodas. Sudrėkinta plėvelė virš kontakto, veikiama aplinkos deguonies (21 % O₂), turi didesnę deguonies koncentraciją ir yra katodas. Sukurta galvaninė srovė pereina per metalą iš panardinto anodo į plonasluoksnį katodą ir sukelia metalo ištirpimą anode, kuris paprastai yra 10-30 mm žemiau statinio skysčio lygio. Vien nuo šios diferencinės ląstelės korozijos greitis yra 0,2–0,5 mm per metus neutralaus chlorido tirpaluose, kurių pakanka 1,5 mm sienelės storiui per 3–7 metus perforuoti. Šis prietaisas veikia tik esant pastoviam skysčio lygiui. Svyruojantys lygiai, kaip ir apdorojant partijomis arba talpyklose su kintančiu užpildymu, apsunkina ataką, nes cikliškai skirtingos apvalkalo dalys patenka į koncentracijos kamerą, todėl korozija pasklinda platesnėje zonoje, tačiau sutrumpėja laikas iki pirmojo prasiskverbimo, nes kiekvienoje sekcijoje pasikartoja anodinio katodo sąlygos.

Agresyvių rūšių garavimas prie menisko

Garavimo koncentracija yra labiausiai destruktyvus sąsajos procesas. Vandeniui išgaravus iš plonos plėvelės, esančios ant apvalkalo virš skysčio lygio, ne-lakios tirpios medžiagos, ty chloridai, sulfatai, kietumo jonai ir organinės rūgštys, lieka už nugaros ir kaupiasi šalia menisko. Veikiančiose dengimo voniose, lauko matavimai parodė, kad chlorido koncentracija oro -vandens sąsajoje siekia net 50 000{12}}100 000 ppm, o biriame bako tirpale yra tik 500–1000 ppm. Esant tokioms didelėms koncentracijoms, 316 nerūdijančio plieno duobių susidarymo potencialas yra mažesnis nei atvirosios grandinės potencialas, todėl savaiminis įdubimas prasideda po kelių dienų ar savaičių, o ne po metų. Be to, koncentruotas tirpalas sumažina pH dėl metalų chloridų hidrolizės, todėl duobės vietoje susidaro vietinis rūgštingumas, kurio pH yra 2-3. Didelio chlorido, žemo pH ir aukštesnės temperatūros derinys (verdančio vandens rezervuaruose esantis apvalkalas prie sąsajos paprastai veikia 80–95 laipsnių temperatūroje) sukuria koroziją sukeliančią aplinką, priešiškesnę nei bet koks birus pramoninis skystis. Likučiai, likę po išgarinimo, gali būti apibūdinami kaip balta, žalia arba ruda pluta. Tai agresyvių jonų rezervuaras, kuris ir toliau sukelia koroziją net ištuštėjus iš bako arba išjungus šildytuvą.

Šiluminis važiavimas dviračiu ir mechaninis įtempimas prie skysčio lygio ribos

Be elektrocheminių mechanizmų, 316 apvalkalas taip pat yra veikiamas didelio terminio ir mechaninio įtempimo oro{1}}vandens sąsajoje. Panardinta dalis, įjungus šildytuvą, gali efektyviai perduoti šilumą skysčiui ir išlieka gana vėsi (paprastai 10-30 laipsnių tūrinės temperatūros). Tačiau atvira virš skysčio esanti sritis atvėsta daugiausia dėl radiacijos ir natūralios konvekcijos į orą, todėl jo temperatūra žymiai padidėja, dažnai iki 200-400 laipsnių, priklausomai nuo galios tankio ir aplinkos sąlygų. Temperatūros gradientas išilgai kontakto gali būti didesnis nei 300 laipsnių per 10–20 mm apvalkalo ilgį. Šis gradientas sukelia šiluminio plėtimosi neatitikimą: karštoji dalis plečiasi labiau nei vėsioji, todėl sąsajoje susidaro tempimo įtempiai, kurie kiekvieno šildymo ciklo metu gali viršyti 316 nerūdijančio plieno takumo ribą. Terminis nuovargio įtrūkimai atsiranda dėl pakartotinio važiavimo dviračiu. Tipiški įtrūkimai yra perimetriniai ir atsiranda išoriniame apvalkalo paviršiuje ir juda į vidų. Kai plyšimas prasiskverbia pro sieną, karštas korozinis skystis bako viduje prasiskverbia į šildytuvo elektros skyrių, sukeldamas tiesioginį įžeminimo gedimą. Fiksuoto lygio šildytuvuose su necikliniais skysčiais šiluminis gradiento įtempis yra statinis, bet vis dėlto prisideda prie šliaužimo ir įtempių korozijos įtrūkimų ilgą laiką.

Saugaus panardinimo gylio procento apskaičiavimas įvairioms eksploatavimo sąlygoms

Panardinimo gylis % apibrėžiamas kaip . 100  L panardintas L bendras įkaitintas, kur L bendras įkaitintas=L panardintas + L atviras apvalkalas. 316 nerūdijančio plieno flanšinių šildytuvų, naudojamų vandeniu, geriausia pramonės praktika yra minimalus 75 % panardinimo gylis (ty ne daugiau kaip 25 % šildomo ilgio yra veikiamas oru esant mažiausiam darbinio skysčio lygiui). Esant 75 % panardinimui, sąsajos zona sudaro nedidelę viso apvalkalo ilgio dalį, o sudrėkinta plėvelė virš menisko yra pakankamai plona, ​​kad išvengtų per didelės garavimo koncentracijos. Kai panardinama 50 %, pusė šildytuvo yra ties sąsaja arba šalia jos, o visas šilumos srautas sutelkiamas viršutinėje apvalkalo pusėje, o tai labai padidina atakos greitį sąsajoje. Ryšys tarp panardinimo gylio, tūrio chlorido koncentracijos ir numatomo sąsajos -riboto šildytuvo naudojimo laiko parodytas toliau esančioje lentelėje.

Mažiausias panardinimo gylis (% kaitinamo ilgio) Tūrinė chlorido koncentracija (ppm) Numatomas eksploatavimo laikas iki sąsajos perforacijos (metai) Pagrindinio gedimo režimas Rekomenduojamas veiksmas Didesnis arba lygus 85 Bet koks 8–12 Minimali sąsaja, plačiai paplitusi korozija Geriausias ilgaamžiškumas
75‑85 <500 5‑8 Meniscus pitting Standard industrial specification 
75-85 500-2000 3-5 Garavimo koncentracijos granulės Priimtinas su pus-metine patikra (su patikrinimu arba be jo)
60-75 <200 3-5 Thermal fatigue + pitting Marginal; consider automatic level control
60-75 200-1000 1-2 Greitas menisko įdubimas. Neskirtas nuolatiniam darbui
50-60 6-18 mėn. Bet koks Kombinuotas koncentracijos elementas + terminis nuovargis Venkite; perkelkite baką arba šildytuvą<50Any<6 monthsSevere interface assault, early perforation.Not valid for any water services
Praktinės sąsajos atakos mažinimo dizaino modifikacijos

Tais atvejais, kai proceso apribojimai neleidžia 75 % minimalaus panardinimo, daugybė techninių pakeitimų sumažina sąsajos atakos sunkumą. Pirmasis yra lygio valdymo sistemos, kuri palaiko skysčio lygį griežtoje juostoje (± 25 mm), įdiegimas, taip neleisdamas sąsajai pereiti plačią apvalkalo sritį. Antrasis yra stabdymo šulinio arba pertvaros įdėjimas, kuris sumažina paviršiaus turbulenciją ir bangų poveikį, taip sumažindamas garavimo nuosėdų storį ant atviro apvalkalo. Trečias ir naudingiausias pakeitimas yra naudoti ilgesnį šildytuvą su mažesniu galios tankiu, kuris paskirsto tą pačią galią platesnėje drėgnoje vietoje ir taip sumažina apvalkalo temperatūrą sąsajoje. Pavyzdžiui, pakeitus 6 kW galios 600 mm šildomo ilgio šildytuvą (68 % panardinimas 410 mm vandens gylyje) 9 kW šildytuvu, kurio šildomas ilgis 1200 mm (82 % panardinimas 985 mm gylyje, naudojant gilesnį baką arba horizontalų tvirtinimą), sąsaja perkeliama iš didelio gedimo zonos į benigno sritį. Esamuose rezervuaruose, kuriuose negalima panardinti giliau, pigiau{15}}patobulinti šildytuvą su apsauginiu apvalkalu arba keičiamu termošuliu prie sąsajos, naudojant korozijai atsparesnį lydinį, pvz., Inconel 625 arba titaną (viršutinis 150 mm).

Išvada: panardinimo gylis kaip -neabejotinas patikimumo parametras

Iš dalies panardinto 316 nerūdijančio plieno flanšinio šildytuvo oro-vandens sąsaja yra daugiau nei trikdanti sritis – tai vieta, kurioje derinami elektrocheminiai, terminiai ir mechaniniai gedimų procesai, užtikrinantys trumpiausią viso šildymo elemento tarnavimo laiką. Projektavimo taisyklė, kuri geriausiai prailgina šildytuvo tarnavimo laiką atvirose talpyklose, yra išlaikyti minimalų panardinimo gylį 75 % šildomo ilgio esant žemiausiam numatomam skysčio lygiui. Bet kokioje programoje, kurioje proceso sąlygos draudžia tokį gylį, inžinieriai turi sutikti su žymiai sutrumpėjusiu tarnavimo laiku (12-24 mėnesiai vietoj 5–10 metų) arba taikyti kompensuojančius metodus, pvz., lygio valdymą, sumažintą galios tankį arba sąsajos regiono lydinio patobulinimus. Prašydami pasiūlymo dėl panardinamųjų šildytuvų su flanšais, pirkėjai turėtų nurodyti minimalų, normalų ir maksimalų skysčio lygį, atsižvelgiant į šildomo apvalkalo ilgį, ir reikalauti, kad tiekėjas patvirtintų, kad siūloma konstrukcija atitinka 75 % panardinamojo vandens gairę, taikomą numatomai skysčių cheminei medžiagai. Čia pateikta sistema suteikia vartotojams galimybę išvengti dažniausiai pasitaikančios priešlaikinio šildytuvo gedimo atvirose talpyklose priežasties, susiejant panardinimo gylį su numatomais gedimo tipais.