Mis maksab-Optimeeritud ümbrise paksus 316 roostevabast terasest paagisoojendi jaoks 30% naatriumhüdroksiidi lahuses 50 kraadi juures viie-aastase disainieaga

Põhiline{0}}allahindlus keskmise temperatuuriga söövitava teenuse puhul

30% naatriumhüdroksiid 50 kraadi juures on tüüpiline, kuigi sageli valesti tõlgendatud rakendus 316 roostevabast terasest sukelsoojendi jaoks naatriumhüdroksiidi mahutites. Sellel temperatuuril ja kontsentratsioonil on roostevaba teras 316 üldiselt korrosioonikindel. Stabiilse kaitsva passiivse katte tekkimise tõttu kontsentreeritud söövitavas keskkonnas on ühtlane korrosioonimäär väga madal (tavaliselt 0,01–0,03 mm aastas). Ainuüksi ühtlase rünnaku põhjal võib 1,0 mm sein teoreetiliselt kesta 33 kuni 100 aastat. Tõelised ohud ei ole laialt levinud korrosioon, vaid kaks lokaliseeritud nähtust: söövitava pingekorrosiooni pragunemine vedeliku-auru liideses ja täidisega saastumise või ebapuhta söövitava toite tõttu tekkiv täppide tekkimine. Kulude optimeeritud ümbrise paksus viieaastaseks kavandatud elueaks ei ole seega määratletud mitte korrosioonivaruga klassikalises tähenduses, vaid minimaalse paksusega, et taluda lokaalseid häireid, tagada paigaldamise ja puhastamise mehaaniline vastupidavus ning välistada tarbetud materjalikulud. Selle uuringu käigus töötatakse välja tõeline kulu{16}}optimeeritud paksus, mis põhineb-materjalikulude ja riskide{18}}korrigeeritud kasutusea vahelisel kompromissil.

Viis-aastat ühtset korrosioonihüvitist

NACE ja ASTM International avaldatud roostevaba terase 316 korrosiooniandmed 30% naatriumhüdroksiidis 50 kraadi juures näitavad ühtlast korrosioonikiirust 0,01-0,03 mm/aastas aereeritud tingimustes ja veelgi madalamat (0,005{22}}0,015 mm/aastas, kui hapnikku lagundatakse tüüpiliselt lahustunud hapnikuga). Metalli ühtlane kogukadu on 0,05-0,15 mm viie aasta jooksul. 316 roostevabast terasest ümbrise minimaalne paksus rõhu terviklikkuse ja mehaanilise tugevuse säilitamiseks on umbes 0,4-0,5 mm. Lisades sellele miinimumile viieaastase korrosioonivaru, saadakse teoreetiliselt vajalik paksus 0,45–0,65 mm. Paksused, mis on suuremad kui 0,7 mm, ei suurenda püsivat korrosioonikindlust. Kõik küttekehade tootjate pakutavad 1,2 mm, 1,5 mm ja 2,0 mm seinad on sellest miinimumist kõvasti üle. Puhtalt ühtlase korrosiooni seisukohalt on kõige õhem kaubanduslikult saadaolev kest (tavaliselt 1,0–1,2 mm) enam kui sobiv viieaastaseks disainieaks.

Lokaliseeritud rünnakurisk ja nõue häiritud marginaali jaoks

The uniform corrosion is small but the localised attack due to chloride contamination or due to the creation of caustic concentration cells at the liquid-vapor interface demands greater metal reserve. Technical sodium hydroxide usually comprises 50-500 ppm chloride as a contaminant from the production process (membrane cell or diaphragm cell procedures). 316 stainless steel in 30% caustic with 200 ppm chlorides has a critical pitting temperature of >60 kraadi 50 kraadi juures, seetõttu ei ole tüüpilistes tingimustes aukude tekkimist oodata. Kui paaki kuumutatakse ja seejärel lastakse jahtuda või kui kütteseade lülitub sisse ja välja, võib aurustustsüklite ajal mantli pinnal tekkida kloriidide lokaalne kontsentratsioon. Selliste põrutustingimuste korral on lühiajaliselt võimalik kuni 0,1–0,3 mm/aastas aukude tekkimine. Isegi vaid kuu aega kestnud ebastabiilsed tingimused võivad viie aasta jooksul tekitada süvendi sügavuse 0,025-0,075 mm. Veelgi olulisem on see, et vedelikuaurude liideses söövitava korrosioonipragu tekkimiseks on vajalik tõmbepinge, söövitava kontsentratsiooni ja kõrgendatud temperatuuri kombinatsioon. CSCC oht 50 kraadi juures on väike, kuid mitte null. Kui alustada, on luumurdude kasvukiirus umbes 0,05-0,2 mm/aastas. Murd, mis laieneb kiirusega 0,1 mm/a, murduks läbi 1,2 mm seina 12 aastaga. Kui sein oleks 1,0 mm paksune, puruneks see 10 aastaga. Mõlemad sobivad viieaastaseks disainieaks. Kuid 0,8 mm õhem sein perforeeritaks kaheksa aastaga, jättes ohutusvaru kolmeks aastaks." Seetõttu peab kuluoptimaalne paksus tagama ohutusvaru avastamata lokaalse rünnaku vastu. Söövitavate hoiukohtadega saadud kogemused näitavad, et minimaalne paksus 1,0–1,2 mm annab enamiku paigalduste jaoks vastuvõetava viieaastase ohutusvaru. Kui pragu või süvend võib kasvada kuni 2 mm sügavusel kuni 2 aastat. kasutada nii, et paksus, mis on suurem kui 1,5 mm, suurendab kulusid ilma proportsionaalse riski vähendamiseta.

Mehaaniline tugevus paigaldamiseks ja puhastamiseks

Atmosfääri süsinikdioksiid neeldub ja moodustuvad naatriumkarbonaadi kristallid, mistõttu tuleb naatriumhüdroksiidi mahuteid perioodiliselt puhastada. Küttekehasid saab puhastamise ajal välja võtta, käsitseda ja tagasi panna. Neid võivad vigastada ka puhastusriistad või paakide seintele mõnikord tekkiv külmunud söövitav aine. Seetõttu on praktiline huvi hinnata ümbrise mehaanilist tugevust. 1,2 mm seina võib kerge löögiga painutada või mõlkida. 1,5 mm sein on oluliselt jäigem. Käsitsemiskahjustused on palju vastupidavamad 2,0 mm seinale. Kuid kahjustatud küttekeha parandamise või asendamise kulud on sageli palju väiksemad kui paksema seina lisakulud kogu küttekeha jaoks. Ühe 3 kW küttekeha puhul on materjalikulu erinevus 1,2 mm ja 2,0 mm kesta vahel ligikaudu 15-25% kogu küttekeha maksumusest. Kui mehaaniliste kahjustuste tõenäosus viieaastase eluea jooksul on alla 10%, on kahjustuse prognoositav maksumus väiksem kui paksema seina lisandunud eelmaksumus. Enamikus hästi hallatavates hoidlates, kus kütteseadmeid töödeldakse hoolikalt, on mehaanilise vastupidavuse jaoks optimeeritud paksus 1,2–1,5 mm. Konkreetse käsitsemisega tehastes või kus küttekehad on raskesti ligipääsetavates kohtades, võib 1,8–2,0 mm olla kuludega põhjendatud.

Energiakulude ja soojustõhususega seotud probleemid

Soojustakistuse erinevus paksuste lõikes mõjutab otseselt energiakasutust viie aasta jooksul. 12 mm läbimõõduga küttekeha puhul 30% NaOH-s 50 kraadi juures on konvektiivne soojusülekandetegur olenevalt segamisest ligikaudu 600-1000 W/m^2K. Seina paksuse suurendamine 1,2 mm-lt 2,0 mm-le annab täiendava soojustakistuse umbes 0,004 m2K/W. Küttekeha puhul, mille ümbrise pindala on 0,1 m², töötades ümbritseva õhu temperatuuril 50 kraadi 8000 tundi aastas (pidev töö), on see lisasoojuskadu umbes 0,004-kordne temperatuuride erinevus ja pindala või umbes 2-3% väiksem soojusvõimsus sama elektrisisendi puhul. Viie aasta jooksul tähendab see efektiivsuse kaotus 2000-3000 kWh täiendavat elektritarbimist 10 kW küttevõimsuse kohta. Tööstusliku võimsuse hinnaga 0,08 dollarit kWh kohta on viie aasta jooksul lisanduv energiakulu 160–240 dollarit 10 kW küttekeha kohta. 10 kW küttekeha 1,2 mm ja 2,0 mm kesta esialgse maksumuse erinevus on tavaliselt 50–100 dollarit. Õhem sein õigustab seega oma madalamat materjalikulu parema efektiivsusega ja on seega kuludelt optimeeritud valik pidevaks tööks. Katkendlike toimingute puhul (2000 tundi aastas küttekeha kasutamine) väheneb energiakulude erinevus 5-aastase perioodi jooksul 40–60 dollarini, mis ei pruugi olla piisav tõhususe argumendi kinnitamiseks, kuid eelistab siiski õhemat seina ainuüksi materjalikulu põhjal.

Kulude optimeeritud paksuse analüüsi tabel

Kulutegur 1,2 mm Kest 1,5 mm Kest 2,0 mm Kest 2,5 mm Kest Materjalikulu (võrreldes 1,2 mm-ga) 1.00 1.10 1.17 1.31
Ühtlane korrosioonivaru (5 aastat) 0,05-0,15 mm 0,05-0,15 mm 0,05-0,15 mm 0,05-0,15 mm
Häiritud ellujäämisvaru (pitting/CSCC) 1,05-1,15 mm 1,35-1,45 mm 1,85-1,95 mm 2,35-2,45 mm
Energiatõhususe trahv (5 aastat, pidev) 0% (alustase) 1-2% 2-3% 3-5%
5-aastane eeldatav mehaanilise kahjustuse tõenäosus maksab 30-50 $ 20-40 $ 10-20 $ 5-15
5 aasta kogukulu (küttekeha+energia+kahju) 10 kW 1000-1100 $ 1050-1180 $ 1100-1250 $ 1200-1400
Kulud optimeeritud ööpäevaringseks tööks Suurepärane Väga Hea Üsna kehv
Optimeeritud vahelduvaks tööks Parim Parim Vastuvõetav Kehv
Kui paksemate seinte maksumus on õigustatud

Notwithstanding the preceding analysis, there are certain instances where a thicker wall will be the most cost effective solution. First, if the caustic is known to have high chloride levels (>500 ppm) ja paak töötab temperatuuril üle 60 kraadi, tagab 1,8-2,0 mm sein vajaliku korrosioonitaluvuse, mida 1,2 mm seinad ei suuda tagada. Esialgse paksuse kulu maksab rohkem kui enneaegse rikke maksumus 2 aasta pärast. Teiseks on paksem sein vastupidav kinnitusääriku kulumisele, kui paak läbib korduvat termotsüklit, mis paneb küttekeha paisuma ja kokku tõmbuma paagi avade vastu. Kolmandaks, kui kütteseade on paigaldatud paaki, mida ei saa kontrollimiseks või parandamiseks tühjendada ilma suurema tootmiskatkestuseta, toetab plaanivälise seisaku maksumus konservatiivset paksust 2,0 mm, isegi kui rikke statistiline tõenäosus on minimaalne. Neljandaks, kui söövitav aine sisaldab abrasiivseid tahkeid materjale, näiteks naatriumkarbonaadi kristalle, mis sadestuvad küttekehale, on vaja erosiooni-korrosiooni kiirust 0,05–0,1 mm aastas ja täiendavat metallivaru.

Järeldus: kulu{0}}optimeeritud paksus tavateenuse korral

Enamiku 30% naatriumhüdroksiidi mahutite puhul, mille temperatuur on 50 kraadi ja mille tüüpiline kloriidi tase on alla 200 ppm ja mõistlike käsitsemisprotseduuridega, on kulu-optimeeritud ümbrise paksus viie-aastaseks kasutuseaks 1,2–1,4 mm. See paksus annab korrosioonivaru, mis on suurem kui kümme korda suurem kui eeldatav ühtlane kadu, ohutusvaru lokaalse rünnaku vastu vähemalt 1,0 mm, sobiva mehaanilise vastupidavuse ettevaatlikuks käsitsemiseks ja parima termilise kasuteguri. 1,5-1,6 mm suurendamine suurendab materiaalseid kulutusi ja kaotab efektiivsuse vähesel määral, kuna korrosioonist tingitud rikete tõenäosus on niigi väike. See on õigustatud ainult siis, kui kulu on põhjendatud, ja ainult siis, kui esinevad erilised häirivad asjaolud, nagu kõrge kloriidisisaldus, abrasiivsed osakesed, sagedane termiline tsükkel või tõsised tootmiskaristused plaanivälise asendamise eest. Söövitavate ainete säilitamiseks kütteseadme määramisel peaksid insenerid otsima naatriumhüdroksiidi tarne ja hinnangulise töötsükli kloriidanalüüsi. Selle põhjal saab kulu{21}}optimeeritud paksuseks määrata 1,2 mm puhta söövitava aine puhul, mille kloriidide sisaldus on alla 100 ppm; 1,4-1,6 mm kuni 500 ppm kloriididega leelisele; ja 2,0 mm ainult siis, kui teatud riskikaalutlused nõuavad lisatasu. See muudab paksuse otsuse vaikimisi suuremate seinte suunas{24}}andmepõhiseks, kuludelt optimeeritud inseneriotsuseks, mis tasakaalustab esialgsed materjalikulud 5-aastaste tegevuskulude ja riskiga korrigeeritud rikke tõenäosusega.