Koja je najveća dopuštena debljina stijenke plašta od nehrđajućeg čelika 316 za primjenu parnog grijanja-niskog tlaka na 130 stupnjeva Celzija s povratom kondenzata?

Procesni inženjeri koji konstruiraju električne uronjene grijače za nisko{0}}tlačne parne sustave kao što su parni omotači, komore za ovlaživanje i oprema za sterilizaciju suočavaju se s jedinstvenim nizom ograničenja s postojanjem povrata kondenzata. Za razliku od primjene čiste vode ili suhe pare, povratni sustavi kondenzata imaju mješavinu tekuće vode, otopljenog kisika i obično tragova ugljične kiseline iz otopljenog ugljičnog dioksida. Okolina je donekle korozivna za nehrđajući čelik 316, posebno na međusklopu vode-pare gdje gradijenti koncentracije kisika proizvode lokaliziranu koroziju. Dopuštena korozija određena je debljinom stijenke plašta 316 i što je još važnije temperaturom površine u usporedbi s temperaturom zasićenja pare. Ako je temperatura površine plašta preniska, potiče stvaranje kondenzata i koroziju, ali ako je previsoka, povećava se stvaranje kamenca i toplinski stres. Ovaj članak definira maksimalnu dopuštenu debljinu stjenke za 316 plašta u sustavu povratne pare kondenzata na temelju stopa korozije i optimizacije prijenosa topline.

Mehanizmi korozije u povratu parnog kondenzata
Tlak zasićenja pare niskog tlaka na 130 stupnjeva je oko 2,7 bara apsolutno. Kada para naiđe na površinu ispod temperature zasićenja, proizvodi kondenzat u obliku tekuće prevlake. Ovaj kondenzat uklanja kisik i ugljični dioksid iz pare i zraka u-istjecanju, te tvori umjereno kiselu otopinu, s pH od 4,5 do 6.0. 316 nehrđajućeg čelika u ovom okruženju pokazuje općenito stope korozije od 0,02–0,08 mm/godišnje, ovisno o sadržaju kisika i brzini regeneracije kondenzata. Što je još važnije, lokalizirani napad-jamičasta i pukotinska korozija-događa se u vodenoj liniji gdje omotač prodire kroz sloj kondenzata. Stvaranje ćelija za koncentraciju kisika može rezultirati stopama korozije u blizini vodene linije koje su dva do pet puta veće od stope korozije u potpuno uronjenom stanju. Za grijač s projektiranim životnim vijekom od pet- godina potrebno je dopuštenje korozije od 0,2–0,4 mm za opću koroziju + 0.3–0,6 mm potrebno je za napad vodene linije. Plašt od 1,0 mm ne bi imao dovoljnu marginu i probušio bi se za dvije do tri godine. Plašt od 1,6 mm daje odgovarajuću marginu za petogodišnji radni vijek. Međutim, deblje stijenke mogu dovesti do više temperature površine plašta pri određenoj gustoći u vatima, što može utjecati na ponašanje kondenzacije.

Utjecaj debljine stijenke na stvaranje kondenzatnog filma i koroziju
Za grijač koji radi u pari na 130 stupnjeva, temperatura površine plašta trebala bi biti viša od temperature zasićenja kako bi se izbjeglo stvaranje filma kondenzata. Uvjeti suhe pare bez tekuće vode na omotaču postižu se kada je površinska temperatura 5-10 stupnjeva iznad zasićenja. 316 stopa korozije u suhoj pari je skromna - < 0,01 mm godišnje. Gore navedene stope korozije odnose se na kontinuirani kondenzirani film na ili ispod temperature zasićenja površine. Temperatura površine plašta izračunava se kao temperatura vodene pare plus porast temperature zbog toplinskog toka kroz stijenku plašta. Deblji zid dodaje vodljivi otpor i tako povećava površinsku temperaturu za danu gustoću u vatima. Plašt debelih stijenki zapravo može spriječiti koroziju održavajući površinu suhom. Plašt s uskim stijenkama može biti hladniji i potaknuti napad kondenzata. Razmotrite grijač od 8 W/cm² u pari od 130 stupnjeva. Temperatura vanjske površine plašta od 1,0 mm zida 316 je oko 133 stupnja, samo 3 stupnja iznad zasićenja. Marginalne okolnosti mogu proizvesti povremeni kondenzat. Temperatura vanjske površine zidnog plašta od 1,6 mm je oko 138 stupnjeva - 8 stupnjeva iznad zasićenja, stoga postoji sigurna margina za suhi rad. Nije dodavanje materijala ono što smanjuje koroziju, već promjena površinskog stanja iz mokrog u suho što osigurava debela stijenka. Ovo je važna lekcija za dizajn parnog sustava: veći zidovi mogu biti dobri za otpornost na koroziju čak iu situacijama kondenzacije.

Preporučena debljina stijenke za povrat kondenzata pare
U sljedećoj tablici navedene su prihvatljive debljine stijenke plašta za električne uronjene grijače u niskotlačnoj parnoj službi s povratom kondenzata. Vrijednosti su izračunate za kontinuirani rad, kvalitetu pare tipičnu za industrijske kotlovske sustave i predviđeni vijek trajanja od 5 godina.

Temperatura pare Radna gustoća u vatima Preporučena minimalna debljina stijenke 316 Preporučena maksimalna debljina stijenke 316 Temperatura površine plašta pri maksimalnoj debljini Očekivana stopa korozije Dominantni način kvara 110 stupnjeva (1,4 bara) 6 – 10 W/cm² 1,2 mm 2,0 mm 115 – 122 stupnja 0,05 – 0,10 mm/godina Korozija filma kondenzata 120 stupnjeva (2,0 bara) 6 – 10 W/cm² 1,2 mm 2,0 mm 125 – 132 stupnja 0,03 – 0,08 mm/godina Prijelazno mokro/suho 130 stupnjeva (2,7 bara) 6 – 10 W/cm² 1,4 mm 2,5 mm 135 – 145 stupnjeva Ispod 0,02 mm/godišnje (suho) Toplinski cy
Bilo koja temperatura, povremena kondenzacija 4 – 8 W/cm² 1,6 mm 2,5 mm Varijabilno 0,08 – 0,15 mm/godina (mokri ciklusi) Vodena rupa
Za temperature pare veće od 140 stupnjeva, površinska temperatura plašta može premašiti 160 stupnjeva kod debelih stijenki, što može uzrokovati lokalizirano ključanje i razvoj kamenca ako su u vodi prisutne otopljene čestice. U tim je slučajevima poželjno da se dobije niska -debljina stjenke unutar navedenog raspona. Za temperature pare ispod 120 stupnjeva teško je uspostaviti uvjete suhog omotača s bilo kakvom praktičnom debljinom stijenke budući da je temperatura zasićenja niska, a porast temperature zbog toplinskog toka ograničen. Kod niske-temperature pare, inženjeri bi trebali prihvatiti da će postojati film kondenzata i stoga odrediti debljinu stijenke na temelju dopuštene korozije, a ne suhog rada.

Izmjene dizajna za postizanje suhog rada plašta s tankim stijenkama
Ako je tanko{0}}plašt od 316 debljine ispod 1,2 mm potreban u radu s parom (obično za brzi toplinski odziv u sustavima niskog tlaka), tri promjene dizajna mogu rezultirati suhim radom unatoč nižem porastu temperature. Jedan je povećati gustoću vata. Povećanje gustoće vata s 5 W/cm² na 10 W/cm² može povisiti temperaturu površine omotača za oko 15-20 stupnjeva i može promijeniti rad iz mokrog u suhi. Kompromis-je veći rizik od lokalnog pregrijavanja ako se zaustavi protok pare. Druga prilagodba je pokretanje grijača u isprekidanom načinu rada pri višoj vršnoj temperaturi. Grijač koji se kreće između 130 stupnjeva i 180 stupnjeva provest će većinu svog vremena iznad temperature zasićenja, uz samo kratke periode kontakta kondenzata tijekom pokretanja. Ako je grijač u suhom stanju za nekoliko minuta, oštećenje od korozije tijekom pokretanja je ograničeno. Posljednja promjena je ugradnja odvoda kondenzata kako bi se spriječilo stvaranje tekuće vode oko grijača. U nedostatku bilo kakvog stajaćeg kondenzata, stopa korozije je znatno smanjena čak i ako je površina vlažna s tankim filmom. Za većinu industrijskih parnih sustava debljina stjenke od 1,6 mm dobar je kompromis između dopuštene korozije, granice suhog rada i mehaničke čvrstoće. Inženjeri moraju osigurati potrebnu marginu na površinskoj temperaturi, često 5-10 stupnjeva iznad zasićenja, i tražiti od proizvođača da odredi debljinu stijenke i kombinaciju gustoće u vatima koja će osigurati tu marginu. Dobavljač koji ne može napraviti ovu procjenu možda neće cijeniti posebne potrebe usluge parnog kondenzata.