Kui suur on maksimaalne lubatud 316 roostevabast terasest ümbrise seinapaksus madala rõhuga-auruga kuumutamisel temperatuuril 130 kraadi Celsiuse järgi koos kondensaadi tagasivooluga?

Protsessiinsenerid, kes ehitavad elektrilisi sukelsoojendeid madala-survega aurusüsteemide jaoks, nagu aurusärgid, niisutuskambrid ja steriliseerimisseadmed, seisavad silmitsi ainulaadsete piirangutega, mis on seotud kondensaadi tagasivoolu olemasoluga. Erinevalt puhta vee või kuiva auru rakendustest on kondensaadi tagasivoolusüsteemides segu vedelast veest, lahustunud hapnikust ja tavaliselt lahustunud süsinikdioksiidist saadud süsihappe jälgedes. Keskkond on roostevaba terase 316 suhtes mõnevõrra söövitav, eriti vee-auru liideses, kus hapnikukontsentratsiooni gradiendid põhjustavad lokaalset korrosiooni. Korrosioonivaru määrab 316 ümbrise seina paksus ja veelgi olulisem pinnatemperatuur võrreldes auru küllastustemperatuuriga. Kui ümbrise pinna temperatuur on liiga madal, soodustab see kondensaatkatte teket ja korrosiooni, kuid kui see on liiga kõrge, suurendab see katlakivi teket ja termilist pinget. Selles artiklis määratletakse maksimaalne seinapaksus, mis on lubatud 316 ümbrise jaoks kondensaadi tagasivoolu auruteenuses, võttes aluseks korrosioonikiiruse ja soojusülekande optimeerimise.

Korrosioonimehhanismid aurukondensaadi tagastamisel
Madala rõhuga auru küllastusrõhk 130 kraadi juures on umbes 2,7 baari absoluutne. Kui aur kohtub pinnaga, mille temperatuur on madalam kui küllastustemperatuur, tekitab see kondensaadi vedela katte kujul. See kondensaat eemaldab aurust ja õhust hapniku ja süsinikdioksiidi ning moodustab mõõdukalt happelise lahuse, mille pH on 4,5 kuni 6.0. 316, roostevaba teras näitab selles keskkonnas korrosioonikiirust üldiselt 0,02–0,08 mm aastas, sõltuvalt hapnikusisaldusest ja kondensaadi regenereerimise kiirusest. Veelgi olulisem on see, et lokaalne ründe{10}}süve- ja pragukorrosioon-tekkib veepiiril, kus ümbris tungib läbi kondensaadikihi. Hapniku kontsentratsioonirakkude moodustumine võib põhjustada korrosioonikiirust veepiiri lähedal, mis on kaks kuni viis korda kõrgem kui täielikult sukeldatud kiirus. Viieaastase kasutuseaga küttekeha puhul on korrosioonivaru 0,2–0,4 mm nõutav üldise korrosiooni korral + 0.3–0,6 mm on vajalik veepiiri rünnakuks. 1,0 mm ümbrisel ei oleks piisavat varu ja see perforeerub kahe kuni kolme aastaga. 1,6 mm kest annab piisava varu viieaastaseks kasutuseaks. Kuid paksemad seinad võivad antud vattiheduse juures kaasa tuua kõrgema ümbrise pinna temperatuuri, mis võib mõjutada kondensatsiooni käitumist.

Seina paksuse mõju kondensaadikihi tekkele ja korrosioonile
130-kraadise auruga töötava küttekeha puhul peaks ümbrise pinna temperatuur olema kõrgem kui küllastustemperatuur, et vältida kondensaatkile teket. Kuiva auru tingimused ilma vedela veeta ümbrisel saadakse siis, kui pinnatemperatuur on 5-10 kraadi kõrgem kui küllastus. 316. Kuiva auru korrosioonimäär on tagasihoidlik – < 0,01 mm aastas. Ülaltoodud korrosioonimäärad kehtivad pideva kondensaatkile puhul, mille pinnatemperatuur on küllastunud või sellest madalam. Mantli pinna temperatuur arvutatakse auru kogutemperatuuri pluss ümbrise seina läbivast soojusvoost tingitud temperatuuri tõus. Paksem sein lisab juhtivat takistust ja suurendab seega pinna temperatuuri antud vattiheduse korral. Paksu seinaga ümbris võib tegelikult korrosiooni ära hoida, hoides pinna kuivana. Kitsas seinaga ümbris võib olla jahedam ja soodustada kondensaadi rünnakut. Kaaluge kütteseadet võimsusega 8 W/cm² 130-kraadise auruga. 1,0 mm seina 316 kesta välispinna temperatuur on umbes 133 kraadi, ainult 3 kraadi üle küllastumise. Äärmuslikud asjaolud võivad tekitada vahelduvat kondensaati. 1,6 mm seinakatte välispinna temperatuur on umbes 138 kraadi - 8 kraadi üle küllastuse, seega on kuivtöötamiseks ohutu varu. Korrosiooni ei minimeeri mitte materjali lisamine, vaid pinna oleku muutumine märjast kuivaks, mida pakub paks sein. See on oluline õppetund aurusüsteemi projekteerimisel: suuremad seinad võivad olla head korrosioonikindluse tagamiseks isegi kondenseerumisolukordades.

Soovitatav seinapaksus auruteenuse kondensaadi tagasivoolu jaoks
Järgmises tabelis on loetletud vastuvõetavad ümbrise seinapaksused elektriliste sukelsoojendite jaoks, mis töötavad kondensaadi tagasivooluga madalrõhuga auruga. Väärtused on arvutatud pideva töö, tööstuslikele katlasüsteemidele tüüpilise aurukvaliteedi ja eeldatava 5-aastase kasutusea kohta.

Auru temperatuur töövattihedus Soovitatav Minimaalne seinapaksus 316 Soovitatav seinapaksus Maksimaalne paksus 316 Seinapaksus Katte pinnatemperatuur maksimaalse paksuse korral Eeldatav korrosioonikiirus Domineeriv rikkerežiim 110 kraadi (1,4 baari) 6–10 W/cm2 –1 mm2 mm251 kraadi. 0,05 – 0,10 mm/aastas Kondensaatkile korrosioon 120 kraadi (2,0 baari) 6 – 10 W/cm² 1,2 mm 2,0 mm 125 – 132 kraadi 0,03 – 0,08 mm/aastas Üleminek märg/kuiv 130 kraadi (2,7 – 2,1 bar) ²/5 mm .4 mm. 135–145 kraadi Alla 0,02 mm/aastas (kuiv) Termiline cy
Igasugune temperatuur, vahelduv kondenseerumine 4–8 W/cm² 1,6 mm 2,5 mm Muutuv 0,08–0,15 mm/aastas (märjad tsüklid) Veepiiri punkt
Kui aurutemperatuur on üle 140 kraadi, võib ümbrise pinna temperatuur paksude seinte juures ületada 160 kraadi, mis võib põhjustada lokaalset keemist ja katlakivi teket, kui vees on lahustunud osakesi. Nendel juhtudel on soovitav, et seina paksus oleks madalam-otsas määratud vahemikus. Kui auru temperatuur on alla 120 kraadi, on raske luua kuiva ümbrise tingimusi mis tahes praktilise seinapaksusega, kuna küllastustemperatuur on madal ja soojusvoost tulenev temperatuuri tõus on piiratud. Madala-temperatuuri auruteenuse puhul peaksid insenerid leppima kondensaadikihiga ja seetõttu määrama seina paksuse korrosioonivaru, mitte kuiva töötamise alusel.

Disaini muudatused õhukeste seintega kuiva kestaga töötamiseks
Kui auruteeninduses on vaja õhukese-seinaga 316 kesta, mille pikkus on alla 1,2 mm (tavaliselt madala rõhuga süsteemides kiireks termiliseks reaktsiooniks), võivad kolm konstruktsioonimuudatust põhjustada kuiva töö, hoolimata madalamast temperatuuritõusust. Üks on vattiheduse suurendamine. Vattide tiheduse suurendamine 5 W/cm²-lt 10 W/cm²-le võib tõsta ümbrise pinna temperatuuri umbes 15–20 kraadi võrra ja muuta töö märjalt kuivaks. Kompromiss{10}}on suurem oht ​​kohalikuks ülekuumenemiseks, kui auruvool peatatakse. Teine reguleerimine on kütteseadme käitamine vahelduval režiimil kõrgemal tipptemperatuuril. Kütteseade, mis töötab vahemikus 130 kuni 180 kraadi, veedab suurema osa ajast üle küllastustemperatuuri ja käivitamisel on kondensaadiga kokkupuude vaid lühikeste perioodidega. Kui kütteseade on minutitega kuivas olekus, on käivitamisel tekkivad korrosioonikahjustused piiratud. Viimane muudatus on kondensaadi äravoolu paigaldamine, et vältida vedela vee tekkimist küttekeha ümber. Seisva kondensaadi puudumisel väheneb korrosioonikiirus oluliselt isegi siis, kui pind on õhukese kilega niiske. Enamiku tööstuslike aurusüsteemide puhul on 1,6 mm seinapaksus hea kompromiss korrosioonivaru, kuivtöö marginaali ja mehaanilise tugevuse vahel. Insenerid peavad tagama pinnatemperatuuri jaoks vajaliku varu, mis on sageli 5–10 kraadi üle küllastumise, ja paluma tootjal määrata seina paksuse ja vattiheduse kombinatsioon, mis seda varu tagab. Tarnija, kes seda hinnangut teha ei suuda, ei pruugi aurukondensaadi teenuse erivajadusi hinnata.