Mis on 1,2 mm versus 2,0 mm kesta paksuse tehniline põhjendus 316 roostevabast terasest katla veesoojendis 150 kraadi ja 6 baariga

Kõrge temperatuuriga surveveeteenus: põhikaubandus-alla

Üks karmimaid tingimusi mis tahes metallkesta materjali jaoks on boileri veesoojendid. Vesi on 150 °C ja 6-baarise rõhu juures vedel, kuid selle küllastuskõvera lähedal, nii et mis tahes lokaalne temperatuurimuutus ümbrise pinnal võib käivitada tuumakeetmise või isegi kile keemise. Sellistes tingimustes õigesti juhitud veekeemia korral on roostevaba teras 316 piisav üldine korrosioonikindlus. Oluliseks muutuvad aga kaks rikkemehhanismi. Kontsentreeritud hüdroksiididest põhjustatud pingekorrosioonipragud ja kloriidide sissetungimisel tekkivad punktid. 1,2 mm vs 2,0 mm kesta paksuse valik ei ole valiku küsimus. Iga number esindab erinevat insenerifilosoofiat koos erinevate selgitustega, mis põhinevad rõhu piiramisel, korrosioonivaral, termilisel reaktsioonil ja keemisrežiimi juhtimisel. See uurimus esitab iga paksusevaliku tehnilisi põhjendusi ja tuvastab asjaolud, mille korral üks ületab selgelt teist.

Rõhu säilitamise õigustus 6 baari juures, 150 kraadi

Rõnga pinge 316 roostevabast terasest ümbrises töörõhul 6 baari (manomeetriline) arvutatakse õhukese seinaga silindri valemiga. 12 mm välisläbimõõduga ja 1,2 mm paksuse toru sisemine raadius on 4,8 mm. Rõnga pinge on surve korrutis siseraadius jagatud seina paksusega: 0,6 MPa korda 4,8 mm jagatud 1,2 mm-ga võrdub 2,4 MPa. Seina paksuse 2,0 mm korral on siseraadius 4,0 mm ja rõnga pinge on 0,6 MPa × 4,0 mm / 2,0 mm=1.2 MPa. Mõlemad näitajad on mitu suurusjärku alla roostevabast terasest 316 voolavuspiiri 150 kraadi juures ligikaudu 170 MPa. Surve piiramine ei õigusta paksemat seina. Isegi 1,2 mm seinal on 70-ne ohutustegur tootlikkuse vähenemise vastu. Rõhukindluse tagamiseks 6 baari juures peab seina paksus olema minimaalselt alla 0,3 mm. Mõlema paksuse tehniline alus peab seetõttu põhinema muudel põhjustel, mitte purunemisrõhu kaalutlustel.

Miks katlavee keemias korrosioonitoetus?

Katla vett töödeldakse üldiselt leeliseliste tingimuste (pH 9-11) säilitamiseks ning lahustunud hapniku, kloriidide ja muude vaenulike liikide eemaldamiseks. Roostevaba terase 316 üldine korrosioonikiirus optimaalses veekeemias 150 kraadi juures on üsna madal, ligikaudu 0,005-0,015 mm/aastas. 1,2 mm sein peaks järjepideva rünnaku korral potentsiaalselt vastu vaid 80–240 aastat. Kuid ehtsatel katlasüsteemidel on omad segased tingimused: kondensaatorilekked toovad sisse kloriide, halb keemiline töötlemine põhjustab hoolduse ajal söövitava kontsentratsiooni või hapniku sissetungi. Lokaalne korrosioonimäär oli šoki tingimustes hinnanguliselt 0,1–0,3 mm aastas. Seina paksus on 1,2 mm, mis annab 0,6-0,7 mm korrosioonivaru, enne kui saavutate minimaalse konstruktsiooni paksuse 0,5 mm. See luba kuluks ära 3–4 aasta jooksul, kui korrosioonikiirus on 0,2 mm aastas. 2,0 mm sein annab 1,3–1,4 mm korrosioonivaru ja pikendab ärritunud eluiga kuue kuni kaheksa aastani. Seega ei ole katla veevarustuse 2,0 mm seina insenertehniline põhjus mitte normaalsetes töötingimustes, vaid vastupidavuses veekeemiliste häirete suhtes. Õhemat seina võib põhjendada rajatiste puhul, kus on hea veetöötluse seire ja kontroll. Paksem sein peaks olema põhjendatud kaitsena häirete eest rajatiste puhul, mille toitevee kvaliteet on erinev, kondensaatoril on sagedased lekked või piiratud keemilise töötlemisega tööjõud.

Keemisrežiimi ja kriitilise paksuse erinevuse juhtimine

1,2 mm ja 2,0 mm erinevuse kõige ainulaadsem insenertehniline põhjus on iga paksuse koostoimes keemisrežiimiga ümbrise pinnal. 150 kraadi ja 6 baari rõhu juures on vee küllastustemperatuur 150 kraadi. Soojuse ülekandmiseks peab kerise ümbris olema üle koguhulga temperatuuri, mistõttu pinnatemperatuur on tavaliselt 160-180 kraadi sõltuvalt vattihedusest ja voolutingimustest. Sellised temperatuurid kutsuvad esile tuumade keemise. Teine, tuumakeemine, tekib siis, kui aurumullid tuumastuvad ümbrise pinnal olevate tuumade moodustumise kohtadest, kasvavad ja eralduvad ning on soojusülekandes väga tõhus. Kui aga soojusvoog on liiga suur või pinnatemperatuur üle teatud väärtuse, muutub tuumakeetmine kilekeemiseks, kus pidev aurukiht isoleerib kesta ja viib kiire temperatuuritõusuni. Seina paksus mõjutab pinna temperatuuri teatud vattiheduse korral. Antud vattiheduse korral 12 W/cm 2 kesta pinnal 150-kraadises vees on 1,2 mm paksuse seina pinnatemperatuur umbes 165–170 kraadi, mis jääb tuumakeemisrežiimile hästi sisse. Sama vattiheduse korral viib 2,0 mm kõrgendatud soojustakistusega sein pinnatemperatuuri 180-185 kraadini. See on selle rõhu ja temperatuuri juures vee kriitilise soojusvoo lähedal. Kui olete kile keemise üleminekule lähemal, on oht, et vool langeb või vattide tihedus tõuseb kiiresti temperatuuri tõusule. Seega on 1,2 mm seina tehniline alus parem soojuslik jõudlus ja suurem kaitse kile keemise vastu. Õhem sein hoiab madalamat pinnatemperatuuri, võimaldades suuremat vattihedust või puhvrit protsessihäirete vastu.

Katlaveekontsentraatide vastuvõtlikkus pingekorrosioonipragunemisele

Sööviskorrosioonipragunemine (CSCC) on austeniitsete roostevabade teraste tunnustatud rikkemehhanism katlavee tingimustes, kus ladestuste all või veepiiril esineb kohalik söövitav kontsentratsioon. Tundlikkus CSCC suhtes suureneb temperatuuri ja naatriumhüdroksiidi kontsentratsiooni tõustes. Roostevaba terase 316 CSCC lävipinge on umbes 150{14}}200 MPa 150 kraadi juures lahjendatud leeliselistes lahustes, kuid väheneb temperatuuri tõustes kiiresti. Küttekeha ümbrises on kaks tõmbejääkpinge allikat: sisemine survepinge (eespool näidatud, et see on minimaalne) ja tootmisjääkpinged toru tõmbamisest ja painutamisest. Rõnga jääkpinged tõmmatud 316 roostevabast terasest torudes on tavaliselt 50–150 MPa, olenevalt külmtöö astmest ja toru lõõmutamise olekust. 1,2 mm sein on õhem, seetõttu on sellel pärast tõmbamist väiksemad jääkpinged kui 2,0 mm seinal. Seda seetõttu, et lõpliku mõõtmeni jõudmiseks on vaja vähem külmatööd. Välikogemus näitab, et õhema seinaga küttekehad on väiksema jääkpinge ja madalama pinnatemperatuuri tõttu vähem altid CSCC initsiatsioonile, mis vähendab söövitava kontsentratsiooni määra. 1,2 mm seina tehniline alus on väiksem sisemine vastuvõtlikkus pingekorrosioonipragude suhtes samades veekeemilistes tingimustes.

Termiline reaktsioon ja süsteemi juhtimine

Boileri sukelküttekehasid kasutatakse tavaliselt süsteemides, mis nõuavad täpset temperatuuri reguleerimist. Kesta soojusmass mõjutab reaktsiooniaega juhtsignaalidele. 2,0 mm seinas on pikkuseühiku kohta umbes 67% rohkem metalli kui 1,2 mm seinas (sama välisläbimõõduga, st 12 mm toru korral suureneb ümbrise ristlõikepindala 40,7 mm²-lt 62,8 mm²-le). See lisametall toimib termokondensaatorina, mis aeglustab ümbrise temperatuuri muutumise kiirust toite rakendamisel või eemaldamisel. Süsteemi puhul, mis lülitub palju sisse ja välja, põhjustab paksem sein suuremaid temperatuurikõikumisi ja pikemat settimisperioodi. Veelgi olulisem on see, et takistustraadi ja ümbrise pinna vahelise termilise viivituse tõttu reageerib kestale asetatud termopaarile reageeriv juhtsüsteem aeglaselt traadi temperatuuri muutustele. Soojuse juhtmest välispinnale ülekandumise ajakonstant 1,2 mm seina puhul on umbes 0,5-1,0 sekundit. 2,0 mm seinas on see ajakonstant 1,5-3,0 sekundit. See erinevus on enamiku katla juhtimisseadmete puhul väike, kuid ülitäpsete rakenduste või kiire koormuse muutusega süsteemide puhul tagab õhem sein parema juhitavuse. Nende rakenduste 1,2 mm seina tehniline põhjendus on parem dünaamiline reageerimisvõime ja rangem temperatuurikontroll.

Tehnikapõhjenduste koondtabel

Arvestus 1,2 mm kest 2,0 mm ümbris
Rõhu piiramise ohutustegur 6 baari juures 70 (suurepärane) 140 (üleprojekteeritud)
Korrosioonivaru normaalseks tööks 0,6 mm (80+ aastat) 1,4 mm (180+ aastat)
Häiritud ellujäämisaeg (korrosioonikiirus 0,2 mm/aastas) 3-4 aastat 6-8 aastat
Pinnatemperatuur 12 W/cm{1}} kraadi juures 180-185 kraadi
Ülemineku veeris kile keemiseniLarge Väike
Tootmise jääkpinge Madalam (50–100 MPa) Suurenenud (80–150 MPa)
CSCCLowerHigher käivitamise oht
Termilise reaktsiooni ajakonstant 0,5 kuni 1,0 sekundit 1,5 kuni 3,0 sekundit
Põhjendatud Tavaline rakendus Hästi juhitavad süsteemid Kõrge vati tihedus Täppiskontroll Konservatiivne disain Häirunud{0}}süsteemid Muutuva toitevesi
Järeldused: iga paksuse tehniline põhjendus

See ei tähenda, et üks oleks teisest parem. Näiteks 316 roostevabast terasest boileriga veesoojendid 150 kraadi ja 6 baariga: 1,2 mm või 2,0 mm kesta paksusega. 1,2 mm sein on õigustatud, kui vee keemia on hästi kontrollitud ja pidevalt hooldatud, kui on vaja suure vattihedusega tööd ja kui oluline on termiline reaktsiooniaeg. Selle tulemuseks on madalam pinnatemperatuur, suurem kaitse kile keemise vastu, vähem jääkpingeid ja väiksem vastuvõtlikkus pingekorrosioonipragude tekkeks. 2,0 mm sein on garanteeritud, kui eeldatakse veekeemia häireid, pikemat häireid on vaja ja kus projekteerimisfilosoofia eelistab korrosioonikindlust soojustõhususele. See annab suurema metallivaru lokaalseks rünnakuks, kuid kõrgema pinnatemperatuuri ja võib-olla suurema CSCC riski arvelt. Enamiku praeguste katlasüsteemide puhul, kus keemiline töötlemine on automatiseeritud ja seire on pidev, jääb insenertehniline põhjendus vahemikku 1,2–1,5 mm. 2,0 mm sein on mõistlik valik eakatele taimedele, kõikuva koostisega veekvaliteediga taimedele või olukordadele, kus küttekeha ei ole lihtne kontrollida ja vahetada. Sel juhul peaks insener oma valikut põhjendama veekeemia juhtimise suutlikkuse, eeldatava häiresageduse ja vattiheduse vajadusega, mitte aga vale arvamusega, et kõrge temperatuuriga surveveeteenuses on paksem alati ohutum.