چگونه می توان مواد پوسته صحیح را برای مبدل PTFE در یک محیط خارجی بسیار خورنده انتخاب کرد؟

یک مبدل حرارتی پوسته و لوله PTFE آب خنک کننده تمیز و غیر خورنده را در داخل پوسته کنترل می کند، بنابراین یک پوسته فولاد کربنی معمولی و ارزان انتخابی کاملا قابل قبول به نظر می رسد. اما این مبدل در سایه کمپرسور گاز کلر یا در کنار مخزن اسید قرار می گیرد که در آن نشت یا دود خورنده مرطوب و پایدار یک واقعیت روزمره است. قسمت بیرونی پوسته تحت حمله شیمیایی دائمی قرار دارد که طی چند ماه یک دیوار فولادی لخت را زنگ می‌زند و سوراخ می‌کند. در انتخاب مواد پوسته مناسب، باید مبدل را از بیرون، از جو، در برابر این دشمن زره پوش کنید.

این مقاله یک راهنمای عملی در مورد انتخاب مبدل PTFE مواد پوسته مناسب برای محیط های خارجی خورنده از جمله هزینه، دوام و ایمنی است.

مشکل خوردگی خارجی اغلب نادیده گرفته می شود
تمرکز داخلی در سازگاری با سیالات
بیشتر کارهای مهندسی که برای تعیین یک مبدل حرارتی PTFE انجام می شود به سمت سیال فرآیند، مایع یا گاز خورنده ای که از لوله ها یا سمت پوسته عبور می کند، هدایت می شود. بنابراین برای مقابله با آن مهاجم داخلی، آسترهای PTFE یا لوله های PTFE جامد انتخاب می شوند. در مقابل، مواد پوسته معمولاً صرفاً با توجه به نیاز فشار مکانیکی و یک فرض عمومی «اتمسفر داخلی و تمیز» انتخاب می‌شوند. با این حال، بسیاری از صنایع شیمیایی، کارگاه‌های تکمیل فلز و پالایشگاه‌ها دارای اتمسفرهایی هستند که به دلیل گازهای گلخانه‌ای فراری، تصادفات یا فقط رطوبت بیش از حد همراه با کلریدهای معلق در هوا یا مه‌های اسیدی، خورنده خفیف تا شدید هستند.

اثرات یک پوسته نامشخص
یک پوسته فولاد کربنی که کاملاً برای یک محیط خشک داخلی قابل قبول است، در صورت قرار گرفتن در معرض زیر می تواند در عرض چند ماه متلاشی شود:

دودهای اسیدی (HCl، H2SO4، HNO3) از مخازن یا دریچه های مجاور

بخارات کلر یا برم حاصل از تصفیه آب یا فرآیندهای شیمیایی

اسپری نمک (هوای غنی از کلرید، کنار دریا)

آمونیاک یا مه آمین از کارخانه های کود یا پتروشیمی

نشت مواد شیمیایی تهاجمی بر روی سطح پوسته در طول تعمیر و نگهداری یا تخلیه سهوی

خرابی معمولاً با خوردگی حفره ای شروع می شود، سپس نازک شدن کلی دیواره و در نهایت از طریق پوسته نشت می کند. خرابی فرآیند، ایمنی و خطرات زیست محیطی می تواند ناشی از نشت باشد. پوست فولادی مبدل باید با زره شیمیایی خود پوشیده شود تا از بمباران هوای آرام جو گیاه جان سالم به در ببرد.

گزینه های مواد برای پوسته ها
گزینه 1: فولاد کربنی با حداقل رنگ مقاوم در برابر مواد شیمیایی
ارزانترین راه حل، پوسته فولاد کربنی (به عنوان مثال SA-516 Gr. 70 یا مشابه) سطحی است که (با انفجار ساینده تا Sa 2.5) آماده شده و با یک سیستم رنگ چند لایه مقاوم در برابر مواد شیمیایی با کیفیت بالا پوشانده شده است. سیستم های پوشش معمولی عبارتند از:

پرایمرهای مبتنی بر اپوکسی (دو جزئی، ساخت بالا) و پوشش بالایی از اپوکسی یا پلی اورتان.

پوشش های رویه اصلاح شده با پلی اورتان یا فلوروپلیمر برای مقاومت شیمیایی بهتر.

مواجهه شدید با وینیل استر یا پوشش های شیشه ای

محیط زیست: آب و هوای معتدل، سرپوشیده، خشک؛ قرار گرفتن گاه به گاه ناخواسته در معرض بخارهای غیر تهاجمی- (مثلاً سطوح پایین حلال های آلی). رنگ یک مانع قربانی است. رنگ اما ظریف است. یک خراش یا سایش می تواند یک سلول خوردگی را ایجاد کند که از طریق پوشش به سرعت به فولاد حمله می کند. مستلزم بررسی و لمس{7}}های مکرر است. حداقل راه حل کوتاه مدت در هر شرایطی با بخارات خورنده یا پاشش مداوم، پوسته فولاد کربنی رنگ شده است.

گزینه 2: فولاد ضد زنگ 316L (ارتقای استاندارد صنعتی)
ارتقای استاندارد صنعتی برای محلول قوی تر و دائمی در یک فضای خورنده شناخته شده، یک پوسته جامد 316 لیتری فولاد ضد زنگ است. 316L (کم کربن) حاوی مولیبدن (2-3%) است که مقاومت استثنایی در برابر:

حفره کلرید و خوردگی شکاف (غلظت متوسط)

اسیدهای سولفوریک، کلریدریک و فسفریک رقیق (دودهای اسیدی)

جوهای ساحلی (نمکی).

یک پوسته 316 لیتری نیازی به رنگ آمیزی، تعمیر و نگهداری منظم پوشش ها و بدون دستکاری پس از خراش یا آسیب مکانیکی ندارد. البته از بیرون به داخل مقاوم در برابر خوردگی است. برای اکثر شرایط کارخانه شیمیایی و برای هر نصبی در چند کیلومتری خط ساحلی، حداقل توصیه شده 316 لیتر است.

محدودیت ها: 316L در برابر اسید هیدروکلریک غلیظ داغ، اسیدهای احیا کننده قوی یا محلول های کلرید با دمای بالا (بالای حدود 50-60 درجه با سطوح کلرید بالا) مقاوم نیست. همچنین توسط اسیدهای آلی گرم شده آسیب می بیند. اما برای قرار گرفتن در معرض اتمسفر خارجی معمولی (حتی شدید) 316L خدمات خوبی ارائه می دهد.

حق بیمه هزینه: هزینه پوسته های 316 لیتری از نظر مواد حدود 3-5 برابر بیشتر از فولاد کربنی است. با این حال، هزینه مادام العمر اغلب کمتر است زیرا نیازی به رنگ آمیزی مجدد یا تعمیرات مربوط به خوردگی نیست.

گزینه 3: فایبرگلاس-پلاستیک تقویت شده (FRP) - برای شرایط سخت
برای سخت‌ترین موقعیت‌های اسیدی در فضای باز یا مخلوط، مانند مبدلی که مستقیماً در زیر پشته دریچه اسید هیدروکلریک قرار دارد، یا در فضایی با کلر بالا و رطوبت بالا با دمای کمتر از 100 درجه سانتی‌گراد، راه‌حل نهایی ممکن است پوسته‌ای از پلاستیک تقویت‌شده با فایبرگلاس (FRP) باشد. پوسته های FRP از الیاف شیشه تقویت شده با یک رزین گرما سخت (به عنوان مثال، وینیل استر، اپوکسی یا پلی استر) تشکیل شده است. مزایای کلیدی:

مقاومت تقریبا بی نهایت در برابر خوردگی توسط طیف گسترده ای از اسیدها، قلیاها، محلول های نمکی و حلال های آلی (بسته به انتخاب رزین).

بدون خوردگی گالوانیکی - FRP غیر فلزی نیست.

وزن سبک - معمولاً یک چهارم وزن فولاد است.

سطح بیرونی هرگز نیازی به رنگ آمیزی یا نگهداری نخواهد داشت.

محدودیت های حیاتی پوسته های FPR:

محدودیت دما - معمولاً 100-120 درجه برای وینیل استر، کمتر برای پلی استر. FRP برای سرویس در دماهای بالا توصیه نمی شود.

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 بار).

قابلیت احتراق - FRP قابل اشتعال است. می سوزد و دود و سموم سمی ایجاد می کند. کدهای محلی ممکن است FRP را در برنامه‌هایی که ایمنی آتش‌سوزی یک نگرانی قابل‌توجه است (مثلاً در ساختمان‌های اشغال‌شده یا نزدیک منابع اشتعال) ممنوع کند. رزین های ضد حریق{6}در دسترس هستند اما نسبتاً محدود هستند.

نفوذ - با گذشت زمان، برخی از مواد می توانند به لایه رزین نفوذ کرده و به الیاف شیشه آسیب برسانند. انتخاب رزین مناسب بسیار مهم است.

مقاومت مکانیکی - FRP مدول و مقاومت ضربه کمتری نسبت به فولاد دارد. نیاز به حمایت و محافظت از آسیب فیزیکی دارد.

چه زمانی FRP را انتخاب کنیم؟

اسیدهای محیط خارجی که به 316L حمله می کنند (به عنوان مثال HCl قوی داغ، اسید هیدروفلوئوریک، یا ترکیبی از اسیدهای اکسید کننده و کاهنده).

دمای پوسته کم تا متوسط ​​(کمتر از 100 درجه) است.

این تجهیزات برای فشار کم (معمولاً 5-6 بار) در نظر گرفته شده است.

خطر آتش سوزی قابل قبول است و با قوانین محلی مطابقت دارد.

مبدل در منطقه ای قرار دارد که احتمال نشت مکرر مواد شیمیایی بسیار متخاصم وجود دارد.

ماتریس انتخاب برای مقایسه
شدت محیطی مواد پوسته پیشنهادی شاخص هزینه (تقریبا) محدودیت پوشش لازم
جو: خشک، تمیز، داخل ساختمان فولاد کربن + پوشش اپوکسی/اورتان مقاوم در برابر مواد شیمیایی بله (چند لایه) 1.0 رنگ شکننده است و نیاز به بازرسی منظم دارد
بخارهای اسیدی گاه به گاه، humid316L SSNo 3-5 در برابر اسیدهای کاهنده داغ، کلریدهای با دمای بالا مقاوم نیست
فولاد ضد زنگ ساحلی (اسپری نمک) 316 لیتری (یا فوق-آستنیتیک برای افراطی) No 3-5 استاندارد 316L می تواند در منطقه پاشش با کلرید بسیار بالا سوراخ کند. 2205 دوبلکس را برای شدید در نظر بگیرید
مه‌های اسیدهای پیوسته با دمای متوسط ​​(HCl, H2SO4) فولاد ضد زنگ 316L (تأیید اسید خاص) یا FRPNo 4-6 (FRP مشابه یا تا حدودی بالاتر) FRP محدود به فشار و دمای پایین بررسی سازگاری رزین
Hot, concentrated acid fumes (>80 درجه) FRP (وینیل استر با دمای بالا) یا فولاد اندود شده (اگر فشار بالا) بدون (FRP) یا رنگ + آستر (فولاد) قابلیت احتراق 5-8 FRP؛ پوشش فولادی پیچیدگی را افزایش می دهد
اسید مخلوط (HF + HNO 3 ) FRP با رزین خاص (یا PTFE{2}}پوسته فولاد کربنی روکش شده) بدون طراحی تخصصی 6-10 مورد نیاز است
ملاحظات طراحی بیشتر
فلنج و نازل پوسته
نازل های پوسته، فلنج ها و مواد پیچ ​​و مهره نیز باید در برابر محیط خارجی مقاوم باشند. تمام فلنج ها و نازل های یک پوسته 316 لیتری نیز باید 316 لیتر باشند. نازل های یک پوسته FRP نیز از FRP یا از آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی (مثلا Hastelloy) با اتصالات انتقال مناسب ساخته شده اند. پیچ و مهره باید از مواد مقاوم در برابر خوردگی (مثلاً فولاد ضد زنگ 316 یا B7 با روکش مقاوم در برابر خوردگی{12}) ساخته شود و از جو محافظت شود.

ارزیابی خطر آتش سوزی FRP
قبل از تعیین یک پوسته FRP، ارزیابی خطر آتش سوزی باید انجام شود. پوسته های FRP به آتش سوخت می افزایند و می توانند شعله ها را از بین ببرند. در بسیاری از کارخانه‌های شیمیایی، قوانین آتش‌نشانی استفاده از FRP را ممنوع می‌کند، مگر در مواردی که سیستم‌های اطفاء حریق مؤثر وجود دارد، جایی که فاصله کافی از منابع اشتعال وجود دارد، یا از فرمول{2}}رزین ضد حریق استفاده می‌شود (که عموماً کیفیت‌های مکانیکی را کاهش می‌دهد). برای مبدل های پوسته و لوله، برخی از کارخانه ها به هیچ وجه اجازه FRP را نمی دهند. مشخص کننده باید به کدهای محلی و استانداردهای ایمنی کارخانه اشاره کند.

محدودیت های فشار و دما
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 (>خدمات 120 درجه. در این شرایط پوسته ای از فولاد کربنی یا 316L مورد نیاز است، اما محافظ خارجی (به عنوان مثال، یک رنگ یا روکش مقاوم در برابر مواد شیمیایی) باید اضافه شود. از طرف دیگر، ساخت پوسته دو جداره یا ژاکت با پوسته فولاد کربنی بیرونی که توسط یک آستر داخلی FRP یا PTFE پوشانده شده است امکان پذیر است. این یک راه حل تخصصی و پرهزینه است.

موانع آب و هوا و عایق بیرونی
اگر قرار است پوسته عایق حرارتی باشد (مثلاً برای به حداقل رساندن اتلاف گرما یا محافظت از پرسنل)، سیستم عایق نباید رطوبت خورنده را در برابر پوسته حفظ کند. برای پوسته های فولاد کربنی، یک مانع آب و هوا (پوشش فلزی) مورد نیاز است. برای جلوگیری از خوردگی شکاف در زیر عایق مرطوب، همان مانع آب و هوا برای پوسته های 316 لیتری توصیه می شود. هنگام استفاده از پوسته های FRP، عایق را می توان به طور مستقیم اعمال کرد، اما چسب و مواد عایق باید از نظر شیمیایی با رزین سازگار باشد.

هزینه در مقابل چرخه عمر
پوسته فولاد کربنی رنگ شده کمترین هزینه اولیه را دارد، اما به تعمیر و نگهداری نیاز دارد (هر 3{7}}10 سال یکبار بسته به شدت رنگ آمیزی مجدد). یک پوسته 316 لیتری هزینه اولیه بیشتری دارد، اما اساساً هیچ گونه تعمیر و نگهداری برای خوردگی خارجی در طول عمر 20 ساله ندارد. یک پوسته FRP هزینه اولیه متوسطی دارد (مثل 316 لیتر یا کمی بیشتر) و همچنین حداقل تعمیر و نگهداری دارد، اما دارای محدودیت های فشار، دما و ایمنی آتش است. برای بسیاری از موقعیت‌های خورنده، تجزیه و تحلیل هزینه چرخه عمر برای اکثر کاربردهایی که مناسب است به 316 لیتر اشاره می‌کند.

نمونه ای از انتخاب عملی
سناریو: مبدل حرارتی PTFE نصب شده در کارخانه تکمیل فلز. محیط حاوی غبار نازکی از اسید کلریدریک (0.5 تا 5 پی پی ام) از مخازن ترشی در آن نزدیکی است. پوسته مستقیماً توسط نشت خیس نمی شود، اما هوای اسیدی مرطوب همیشه وجود دارد. پوسته در 80 درجه و 6 بار کار می کند. مبدل داخل ساختمان است و دارای سیستم اطفاء حریق می باشد.

تحلیل:

رنگ بر روی فولاد کربن. یک پوشش اپوکسی زیبا ممکن است 2-3 سال قبل از ظاهر شدن سوراخ‌ها و خوردگی لبه‌ها دوام بیاورد. نیاز به رنگ آمیزی مکرر دارد. اجتناب شود.

فولاد ضد زنگ 316L: مقاوم در برابر مه های رقیق HCl در دمای محیط تا دمای متوسط{1}}L می تواند در دمای 80 درجه سانتیگراد مقداری حفره داشته باشد، اما خطر در مه (نه مایع) و زمانی که سطح کلرید زیاد است کم است. خوب ارتقاء ممتاز می‌تواند فوق-آستنیتیک (مثلا. 904L) باشد، اما احتمالاً مورد نیاز نیست.

FRP: FRP وینیل استر در برابر رقیق شدن HCl در دمای 80 درجه کاملاً مقاوم است. فشار (6 فشار) در ظرفیت FRP است (معمولا حداکثر 10 بار). قابل قبول، خطر آتش جزئی، گیاه دارای قابلیت اطفاء حریق است. FRP نیز امکان پذیر است اما می تواند گران تر از 316L باشد.

پیشنهادی: بدنه فولادی ضد زنگ 316 لیتری. خدمات طولانی مدت بدون تعمیر و نگهداری را با هزینه مناسب ارائه می دهد و محدودیت های آتش و فشار FRP را حذف می کند.

نتیجه گیری: زره جلویی دوبل مبدل
مواد پوسته یک تصمیم مهم، مستقل و مقرون به صرفه است - انتخاب زره خارجی که از یکپارچگی ساختار مبدل در برابر مهاجم نامرئی و جوی محافظت می کند. برای خدمات داخلی ملایم، حداقل یک پوسته فولاد کربنی با سیستم رنگ مقاوم در برابر مواد شیمیایی. 316فولاد ضد زنگ L است که بادوام است، برای اتمسفرهای خورنده که معمولاً در کارخانه‌های شیمیایی و مکان‌های ساحلی یافت می‌شوند، به‌روزرسانی کنید. FRP یک مقاومت در برابر خوردگی مثبت برای خدمات فشار بسیار کم و دمای پایین ارائه می دهد، جایی که حتی 316L از کار می افتد اما ایمنی آتش و محدودیت های فشار را به خطر می اندازد. یک مبدل حرارتی در حال جنگ دو-جنگی است - داخل و خارج. لوله های PTFE سیال فرآیند داخلی را حمل می کنند اما مواد پوسته باید به گونه ای انتخاب شود که در برابر محیط بیرونی مقاومت کند. مواد پوسته را با اتمسفر واقعی گیاه تطبیق دهید تا از عمر طولانی{11} و بدون دردسر مطمئن شوید.