حداکثر ضخامت دیواره غلاف فولادی ضد زنگ 316 برای کاربرد گرمایش بخار کم فشار در 130 درجه سانتیگراد با برگشت میعانات چقدر است؟

مهندسان فرآیندی که بخاری‌های غوطه‌وری الکتریکی را برای سیستم‌های بخار کم فشار-مانند ژاکت‌های بخار، محفظه‌های مرطوب‌کننده و تجهیزات استریل‌سازی می‌سازند، با مجموعه منحصربه‌فردی از محدودیت‌ها با وجود برگشت میعانات مواجه هستند. برخلاف کاربردهای آب خالص یا بخار خشک، سیستم‌های برگشت میعانات دارای مخلوطی از آب مایع، اکسیژن محلول و معمولاً مقادیر کمی اسید کربنیک از دی اکسید کربن محلول هستند. محیط تا حدودی برای فولاد زنگ نزن 316 خورنده است، به خصوص در فصل مشترک آب-که در آن شیب غلظت اکسیژن باعث ایجاد خوردگی موضعی می شود. میزان خوردگی با ضخامت دیواره غلاف 316 و مهمتر از آن دمای سطح در مقایسه با دمای اشباع بخار تعیین می شود. اگر دمای سطح غلاف خیلی پایین باشد، باعث تشکیل پوشش میعانات و خوردگی می شود، اما اگر خیلی زیاد باشد، پوسته پوسته شدن و تنش حرارتی را افزایش می دهد. این مقاله حداکثر ضخامت دیواره مجاز برای 316 غلاف در سرویس بخار برگشتی میعانات را بر اساس نرخ خوردگی و بهینه سازی انتقال حرارت تعریف می کند.

مکانیسم های خوردگی در برگشت میعانات بخار
فشار اشباع بخار کم فشار در 130 درجه حدود 2.7 بار مطلق است. هنگامی که بخار به سطحی زیر دمای اشباع می رسد، میعانات را به شکل یک پوشش مایع تولید می کند. این میعانات اکسیژن و دی اکسید کربن را از بخار و هوا در نشت می‌گیرد و یک محلول اسیدی متوسط ​​با pH 4.5 تا 6.0. 316 فولاد ضد زنگ را در این محیط نشان می‌دهد که در این محیط نرخ خوردگی به طور کلی 0.02-0.08 میلی‌متر در سال محتوی تراکم ژن و میزان تراکم ژن مجدد بسته به میزان تراکم اکسیژن در این محیط است. مهمتر از آن، حمله موضعی{10}}خوردگی حفره‌ای و شکافی{11}}در خط آبی که غلاف به لایه میعانات نفوذ می‌کند رخ می‌دهد. تشکیل سلول های غلظت اکسیژن می تواند منجر به نرخ خوردگی در نزدیکی خط آب شود که دو تا پنج برابر بیشتر از سرعت غوطه ور شدن کامل است. برای یک بخاری با عمر طراحی پنج ساله، میزان خوردگی 0.2-0.4 میلی متر برای خوردگی عمومی لازم است + 0.3-0.6 میلی متر برای حمله خط آب ضروری است. غلاف 1.0 میلی متری حاشیه کافی ندارد و در عرض دو تا سه سال سوراخ می شود. غلاف 1.6 میلی متری حاشیه مناسبی برای عمر مفید پنج ساله می دهد. با این حال، دیواره‌های ضخیم‌تر می‌توانند منجر به دمای بالاتر سطح غلاف در یک چگالی وات معین شوند که ممکن است بر رفتار تراکم تأثیر بگذارد.

تأثیر ضخامت دیواره بر تشکیل فیلم میعانات و خوردگی
برای بخاری که در بخار 130 درجه کار می کند، دمای سطح غلاف باید بالاتر از دمای اشباع باشد تا از تشکیل فیلم میعان جلوگیری شود. شرایط بخار خشک بدون آب مایع روی غلاف زمانی به دست می آید که دمای سطح 5-10 درجه بالاتر از اشباع باشد. 316 نرخ خوردگی در بخار خشک متوسط ​​باشد - <0.01 میلی متر در سال. نرخ خوردگی بالا برای یک فیلم میعانات مداوم در دمای سطح اشباع یا کمتر از آن است. دمای سطح غلاف به عنوان دمای بخار حجیم به اضافه افزایش دما به دلیل شار گرما از دیواره غلاف محاسبه می شود. دیوار ضخیم تر مقاومت رسانا را افزایش می دهد و بنابراین دمای سطح را برای چگالی وات معین افزایش می دهد. غلاف دیواره ضخیم در واقع می تواند با خشک نگه داشتن سطح از خوردگی جلوگیری کند. یک غلاف با دیواره باریک می تواند خنک تر عمل کند و حمله میعانات را تشویق کند. یک بخاری با 8 W/cm² در بخار 130 درجه در نظر بگیرید. دمای سطح بیرونی غلاف 1.0 میلی متری دیوار 316 حدود 133 درجه است که فقط 3 درجه بالاتر از میزان اشباع است. شرایط حاشیه ای ممکن است میعان متناوب ایجاد کند. دمای سطح بیرونی غلاف دیوار 1.6 میلی متری حدود 138 درجه - 8 درجه بالاتر از حد اشباع است، بنابراین یک حاشیه امن برای عملیات خشک وجود دارد. این افزودن مواد نیست که خوردگی را به حداقل می رساند، بلکه تغییر حالت سطح از مرطوب به خشک است که دیوار ضخیم ایجاد می کند. این یک درس مهم برای طراحی سیستم بخار است: دیوارهای بزرگتر می توانند برای مقاومت در برابر خوردگی حتی در موقعیت های متراکم مفید باشند.

ضخامت دیواره توصیه شده برای برگشت میعانات سرویس بخار
جدول زیر ضخامت دیواره غلاف قابل قبول برای بخاری های غوطه وری برقی در سرویس بخار کم فشار با برگشت میعانات را فهرست می کند. مقادیر برای عملکرد مداوم، کیفیت بخار معمولی برای سیستم های دیگ بخار صنعتی و عمر مفید پیش بینی شده 5 سال محاسبه می شود.

دمای بخار کارکرد وات چگالی توصیه شده حداقل 316 ضخامت دیوار توصیه شده حداکثر 316 ضخامت دیواره دمای سطح غلاف در حداکثر ضخامت نرخ خوردگی مورد انتظار حالت شکست غالب 110 درجه (1.4 بار) 6 - 110 میلی متر 2. 0.05 - 0.10 میلی متر در سال خوردگی فیلم میعان 120 درجه (2.0 بار) 6 - 10 وات بر سانتی متر مربع 1.2 میلی متر 2.0 میلی متر 125 - 132 درجه 0.03 - 0.08 میلی متر در سال انتقالی مرطوب/خشک 130 درجه (2.7 میلی متر مربع) 135 - 145 درجه زیر 0.02 میلی متر در سال (خشک) سیای حرارتی
هر دما، چگالش متناوب 4 – 8 وات بر سانتی‌متر مربع 1.6 میلی‌متر 2.5 میلی‌متر متغیر 0.08 - 0.15 میلی‌متر در سال (چرخه‌های مرطوب) حفره‌های خط آب
برای دمای بخار بیش از 140 درجه، دمای سطح غلاف ممکن است در دیواره های ضخیم از 160 درجه فراتر رود که در صورت وجود ذرات محلول در آب می تواند باعث جوش موضعی و ایجاد مقیاس شود. در این موارد، مطلوب است که ضخامت دیوار انتهایی کم-در محدوده مشخص شده به دست آید. برای دمای بخار زیر 120 درجه، ایجاد شرایط غلاف خشک با ضخامت دیواره عملی دشوار است زیرا دمای اشباع پایین است و افزایش دما به دلیل شار گرما محدود است. در سرویس بخار در دمای پایین، مهندسان باید بپذیرند که لایه‌ای از میعانات وجود دارد و بنابراین ضخامت دیواره را بر اساس میزان خوردگی به جای عملکرد خشک مشخص کنند.

اصلاحات طراحی برای دستیابی به عملیات غلاف خشک با دیوارهای نازک
اگر در سرویس بخار به یک غلاف نازک-دیواره 316 زیر 1.2 میلی‌متر نیاز باشد (معمولاً برای پاسخ سریع حرارتی در سیستم‌های فشار پایین)، سه تغییر طراحی می‌تواند منجر به عملکرد خشک با وجود افزایش دما کمتر شود. یکی افزایش چگالی وات است. افزایش چگالی وات از 5 وات بر سانتی متر مربع به 10 وات بر سانتی متر مربع ممکن است دمای سطح غلاف را حدود 15 تا 20 درجه افزایش دهد و ممکن است عملکرد را از مرطوب به خشک تغییر دهد. اگر جریان بخار متوقف شود، خطر داغ شدن بیش از حد موضعی{10}بیشتر است. تنظیم دوم این است که بخاری را در حالت متناوب در دمای پیک بیشتر راه اندازی کنید. بخاری که بین 130 تا 180 درجه چرخش می‌کند، بیشتر زمان خود را بالاتر از دمای اشباع می‌گذراند، فقط با دوره‌های کوتاه تماس میعانات در هنگام راه‌اندازی. اگر بخاری در عرض چند دقیقه در شرایط خشک باشد، آسیب خوردگی در هنگام راه اندازی محدود می شود. آخرین تغییر، نصب یک تخلیه کندانس برای جلوگیری از تشکیل آب مایع در اطراف بخاری است. در غیاب هر گونه میعانات ثابت، سرعت خوردگی تا حد زیادی کاهش می یابد حتی اگر سطح با یک لایه نازک مرطوب باشد. برای اکثر سیستم‌های بخار صنعتی، ضخامت دیواره 1.6 میلی‌متر یک سازش خوب بین میزان خوردگی، حاشیه عملیات خشک و استحکام مکانیکی است. مهندسان باید حاشیه مورد نیاز را در دمای سطح، اغلب 5 تا 10 درجه بالاتر از اشباع، ارائه دهند و از سازنده بخواهند ضخامت دیوار و ترکیب چگالی وات را تعیین کند که این حاشیه را فراهم می کند. تامین کننده ای که قادر به انجام این تخمین نیست ممکن است نیازهای ویژه خدمات میعانات بخار را درک نکند.