Kuinka valita oikea kuorimateriaali PTFE-vaihtimelle erittäin syövyttävässä ulkoisessa ympäristössä?

PTFE-kuori ja putkilämmönvaihdin käsittelee puhdasta, syövyttävää jäähdytysvettä vaipan sisällä, joten normaali, halpa hiiliteräskuori näyttää täysin hyväksyttävältä valinnalta. Mutta tämä vaihdin sijaitsee kloorikaasukompressorin varjossa tai happosäiliön vieressä, jossa vuoto tai jatkuva, kostea, syövyttävä savu on jokapäiväistä todellisuutta. Kuoren ulkopintaan kohdistuu jatkuva kemiallinen hyökkäys, joka ruostuu ja kuoppaa paljaan terässeinän kuukausissa. Oikeaa kuorimateriaalia valittaessa vaihdin panssataan tätä vihollista vastaan ​​ulkopuolelta, ilmakehästä.

Tämä artikkeli on käytännön opas oikean kuorimateriaalin PTFE-vaihtimen valitsemiseksi syövyttävissä ulkoympäristöissä, mukaan lukien hinta, kestävyys ja turvallisuus.

Ulkoinen korroosio-ongelma jätetään usein huomiotta
Sisäinen keskittymä nesteiden yhteensopivuuteen
Suurin osa PTFE-lämmönvaihtimen määrittelyyn tehdystä suunnittelutyöstä on suunnattu prosessinesteeseen, syövyttävään nesteeseen tai kaasuun, joka kulkee putkien tai vaipan läpi. Joten selviytyäkseen tuosta sisäisestä aggressorista valitaan PTFE-vuoraukset tai kiinteät PTFE-putket. Kuoren materiaali sitä vastoin valitaan yleisesti vain mekaanisen painevaatimuksen ja yleisen oletuksen "puhdas sisäilma" mukaan. Kuitenkin monilla kemianteollisuudella, metallien viimeistelylaitoksilla ja jalostamoilla on lievästi tai voimakkaasti syövyttäviä ilmakehyksiä hajapäästöjen, onnettomuuksien tai vain liiallisen kosteuden ja ilmassa olevien kloridien tai happosumujen vuoksi.

Alimääritellyn kuoren vaikutukset
Hiiliteräskuori, joka on täysin hyväksyttävä kuivaan sisäympäristöön, voi hajota kuukausissa, kun se altistuu:

Happamat höyryt (HCl, H2SO4, HNO3) viereisistä säiliöistä tai tuuletusaukoista

Kloori- tai bromihöyryt vedenkäsittelystä tai kemiallisista prosesseista

Suolaspray (ilma, jossa on runsaasti kloridia, merenranta)

Lannoite- tai petrokemian tehtaiden ammoniakki- tai amiinisumut

Aggressiivisia kemikaaleja roiskuu kuoren pinnalle huollon tai tahattomien purkausten aikana

Epäonnistuminen alkaa yleensä pistekorroosiosta, sitten seinän yleisestä ohenemisesta ja lopuksi vuotamisesta vaipan läpi. Prosessin seisokit, turvallisuus- ja ympäristöriskit voivat johtua vuodoista. Vaihtimen teräskuori on peitettävä omalla kemiallisella panssarillaan, jotta se selviytyisi kasvin ilmakehän hiljaisesta ilmapommituksesta.

Materiaalivaihtoehdot kuorille
Vaihtoehto 1: Hiiliteräs, jossa on vähintään kemikaalien kestävä maali
Edullisin ratkaisu on hiiliteräskuori (esim. SA-516 Gr. 70 tai vastaava) pinta, joka on valmistettu (hiomapuhallus arvoon Sa 2.5) ja peitetty korkealaatuisella monikerroksisella kemikaaleja kestävällä maalijärjestelmällä. Tyypillisiä pinnoitusjärjestelmiä ovat:

Epoksipohjaiset pohjamaalit (kaksikomponenttiset, korkearakenteiset) ja pintamaali epoksia tai polyuretaania.

Polyuretaanilla tai fluoripolymeerillä modifioidut pintamaalit parantavat kemikaalien kestävyyttä.

Voimakkaasti altistuneet vinyyliesteri- tai lasihiutalepitoiset pinnoitteet

Ympäristö: Leuto, sisäilmasto, kuiva; satunnainen tahaton altistuminen ei--aggressiivisille höyryille (esim. alhainen orgaanisten liuottimien määrä). Maali on uhrautuva este. Maali on kuitenkin herkkä. Yksi naarmu tai hankaus voi käynnistää korroosiosolun, joka syö pinnoitteen ja hyökkää nopeasti teräkseen. Vaatii säännöllistä tarkistusta ja korjauksia-. Lyhyen aikavälin minimiratkaisu kaikissa jatkuvissa syövyttävissä höyryissä tai roiskeissa on maalattu hiiliteräskuori.

Vaihtoehto 2: 316L ruostumaton teräs (standardi teollisuuspäivitys)
Teollisuuden standardipäivitys vankempaan, pysyvämpään ratkaisuun tunnetussa syövyttävässä ilmakehässä on kiinteä 316 litran ruostumaton teräskuori. 316L (vähähiilinen) sisältää molybdeeniä (2–3 %), joka tarjoaa poikkeuksellisen kestävyyden:

Kloridipiste- ja rakokorroosio (kohtalaiset pitoisuudet)

Laimennettu rikki-, kloorivety- ja fosforihappo (happamat höyryt)

Rannikko (suola) ilmapiiri

316L-kuori ei vaadi maalausta, pinnoitteiden säännöllistä huoltoa eikä korjailua naarmujen tai mekaanisten vaurioiden jälkeen. Se on luonnollisesti korroosionkestävä ulkoa sisäänpäin. Useimmissa kemiantehtaissa ja kaikissa asennuksissa, jotka sijaitsevat muutaman kilometrin säteellä rantaviivasta, vähimmäissuositus on 316L.

Rajoitukset: 316L ei kestä kuumaa väkevää suolahappoa, vahvoja pelkistäviä happoja tai korkeita lämpötiloja kloridiliuoksia (yli noin 50-60 astetta korkeilla kloridipitoisuuksilla). Sitä vahingoittavat myös kuumennetut orgaaniset hapot. Mutta normaalille ulkoilman altistumiselle (jopa vakavalle) 316L tarjoaa hyvää palvelua.

Kustannuspalkkio: 316 litran kuorien hinta on materiaaliltaan noin 3-5 kertaa korkeampi kuin hiiliteräs. Elinikäiset kustannukset ovat kuitenkin usein alhaisemmat, koska uudelleenmaalausta tai korroosioon liittyviä korjauksia ei tarvita.

Vaihtoehto 3: Lasikuitu-vahvistettu muovi (FRP) - äärimmäisiin olosuhteisiin
Ankarimmissa ulkotiloissa tai sekahappotilanteissa, kuten suoraan suolahapon tuuletusputken alapuolella sijaitsevassa lämmönvaihtimessa tai korkean kloorin ja korkean kosteuden ympäristössä alle 100 asteen lämpötilassa, lopullinen ratkaisu voi olla lasikuituvahvisteista muovia (FRP). FRP-kuoret koostuvat lasikuiduista, jotka on vahvistettu lämpökovettuvalla hartsilla (esim. vinyyliesteri, epoksi tai polyesteri). Tärkeimmät edut:

Lähes ääretön korroosionkestävyys useiden happojen, emästen, suolaliuosten ja orgaanisten liuottimien aiheuttamaa korroosiota vastaan ​​(riippuen hartsin valinnasta).

Ei galvaanista korroosiota - FRP ei ole -metallista.

Kevyt - yleensä neljäsosa teräksen painosta.

Ulkopinta ei koskaan tarvitse maalausta tai huoltoa.

FPR-kuorten kriittiset rajoitukset:

Lämpötilaraja – Yleensä 100-120 astetta vinyyliesterille, matalampi polyesterille. FRP:tä ei suositella huoltoon korkeissa lämpötiloissa.

Pressure limit - FRP shells are designed for lower pressures (usually up to 10 bar, but often less) than steel. FRP is not suitable for high pressure applications (>10 bar).

Palavuus - FRP on syttyvää. Se palaa ja vapauttaa savua ja myrkyllisiä myrkkyjä. Paikalliset määräykset saattavat kieltää FRP:n sovelluksissa, joissa paloturvallisuus on merkittävä huolenaihe (esim. asutuissa rakennuksissa tai sytytyslähteiden lähellä). Paloa hidastavia hartseja on saatavilla, mutta niitä on suhteellisen vähän.

Läpäisy - Ajan myötä jotkut aineet voivat tunkeutua hartsikerrokseen ja vahingoittaa lasikuituja. Oikean hartsin valinta on ratkaisevan tärkeää.

Mekaaninen lujuus - FRP:llä on pienempi moduuli ja iskunkestävyys kuin teräksellä. Tarvitsee tukea ja suojata fyysisiltä vaurioilta.

Milloin valita FRP?

Ulkoisen ympäristön hapot, jotka hyökkäävät 316L:iin (esim. kuuma vahva HCl, fluorivetyhappo tai hapettavien ja pelkistävien happojen yhdistelmät).

Kuoren lämpötila on matala tai kohtalainen (alle 100 astetta).

Laite on tarkoitettu alhaiselle paineelle (yleensä 5-6 bar).

Palovaara on hyväksyttävä ja paikallisten lakien mukainen.

Vaihdin sijaitsee alueella, jolla on suuri todennäköisyys, että erittäin vihamielisiä kemikaaleja roiskuu usein.

Valintamatriisi vertailua varten
Ympäristön vakavuus Suositeltu kuorimateriaaliHintaindeksi (noin) Rajoitus Pinnoite tarpeen
Ilmapiiri: kuiva, puhdas, sisätiloissa Hiiliteräs + kemikaaleja kestävä epoksi/uretaanipinnoite Kyllä (moni-kerros) 1,0 Maali on hauras ja vaatii säännöllistä tarkastusta
Satunnaisia ​​happohöyryjä, kostea316L SSNo 3-5Ei kestä kuumia pelkistäviä happoja, korkean lämpötilan klorideja
Rannikko (suolasuihku) 316L ruostumaton teräs (tai super-austeniitti äärimmäisissä olosuhteissa)No 3-5 Standard 316L voi aiheuttaa kuoppia roiskevyöhykkeille, joissa on erittäin korkea kloridipitoisuus. Harkitse 2205 duplex -vaihtoehtoa vakavissa tapauksissa
Kohtalaisen -lämpöisten jatkuvien happojen (HCl, H₂SO₄) sumut 316L ruostumaton teräs (tarkista tietty happo) tai FRPNo 4-6 (FRP samanlainen tai hieman korkeampi) FRP rajoitettu matalaan paineeseen ja lämpötilaan Tarkista hartsin yhteensopivuus
Hot, concentrated acid fumes (>80 astetta ) FRP (korkean lämpötilan vinyyliesteri) tai vuorattua terästä (jos paine korkea) Ei (FRP) tai maali + vuoraus (teräs) 5–8 FRP palavuus; teräsvuori lisää monimutkaisuutta
Sekoitettu happo (HF + HNO 3 ) FRP erityisellä hartsilla (tai PTFE-vuoratulla hiiliteräskuorella) Ei 6-10 Tarvitaan erikoissuunnittelua
Muita suunnittelunäkökohtia
Kuorilaipat ja suuttimet
Myös vaippasuuttimien, laippojen ja pulttimateriaalin tulee kestää ulkoista ympäristöä. Kaikkien 316 litran kuoren laippojen ja suuttimien tulee myös olla 316 litraisia. FRP-kuoren suuttimet on myös valmistettu FRP:stä tai korroosionkestävistä seoksista (esim. Hastelloy) sopivilla siirtymäliitoksilla. Pultit tulee tehdä korroosionkestävästä materiaalista (esim. 316 ruostumaton teräs tai B7 korroosionkestävällä pinnoitteella) ja suojassa ilmakehältä.

FRP:n palovaaran arviointi
Ennen FRP-kuoren määrittämistä tulee suorittaa paloriskin arviointi. FRP-kuoret lisäävät polttoainetta tuleen ja voivat läpäistä liekkejä. Monissa kemiantehtaissa palomääräykset kieltävät FRP:n käytön paitsi silloin, kun käytössä on tehokkaat palonsammutusjärjestelmät, joissa on riittävä etäisyys sytytyslähteistä tai joissa käytetään palosuojattua hartsikoostumusta (joka yleensä heikentää mekaanisia ominaisuuksia). Kuori- ja putkenvaihtimissa jotkut kasvit eivät salli FRP:tä ollenkaan. Määrittelijän tulee viitata paikallisiin määräyksiin ja laitoksen turvallisuusstandardeihin.

Paine- ja lämpötilarajat
The material of the shell shall withstand the design pressure and temperature of the exchanger irrespective of the external environment. FRP is not suitable for high pressure (e.g. >10 bar) or high temperature (>120 astetta) palvelut. Näissä olosuhteissa tarvitaan hiiliteräksestä tai 316L:stä valmistettu kuori, mutta siihen on lisättävä ulkoinen suoja (esimerkiksi kemikaaleja kestävä maali tai verhous). Vaihtoehtoisesti kaksiseinämäinen tai vaipallinen kuorirakenne on mahdollista ulkoisella hiiliteräskuorella, joka on peitetty sisäisellä FRP- tai PTFE-vuorauksella. Tämä on erikoistunut ja kallis ratkaisu.

Sääesteet ja ulkoinen eristys
Jos vaippa on tarkoitus eristää (esimerkiksi lämpöhäviön minimoimiseksi tai henkilökunnan suojelemiseksi), eristysjärjestelmä ei saa säilyttää syövyttävää kosteutta vaippaa vasten. Hiiliteräskuorille vaaditaan sääsuoja (metallivaippa). Samaa sääsulkua suositellaan 316L kuorille rakokorroosion välttämiseksi kostean eristeen alla. FRP-kuoria käytettäessä eristys voidaan levittää suoraan, mutta liiman ja eristemateriaalin tulee olla kemiallisesti yhteensopivia hartsin kanssa.

Kustannukset vs elinkaari
Maalatun hiiliteräskuoren aloituskustannukset ovat alhaisimmat, mutta se vaatii huoltoa (uudelleenmaalaus 3-10 vuoden välein vakavuuden mukaan). 316L-kuorella on korkeampi ensimmäinen hinta, mutta periaatteessa ei huoltoa ulkoisen korroosion vuoksi 20 vuoden käyttöiän aikana. FRP-kuorella on kohtuullinen ensimmäinen hinta (kuten 316 litraa tai vähän enemmän) ja se vaatii myös vähän huoltoa, mutta sillä on paine-, lämpötila- ja paloturvallisuusrajoituksia. Monissa syövyttävissä tilanteissa elinkaarikustannusanalyysi osoittaa 316 litraa useimmissa sovelluksissa, joihin se sopii.

Esimerkki käytännön valinnasta
Skenaario: PTFE-lämmönvaihdin asennettu metallin viimeistelylaitokseen. Ympäristössä on ohutta suolahapposumua (0,5–5 ppm) lähellä olevista peittaussäiliöistä. Kuori ei kastu suoraan roiskeista, mutta kosteaa hapanta ilmaa on aina siellä. Kuori käy 80 astetta ja 6 baria. Vaihdin on sisätiloissa ja siinä on palonsammutus.

Analyysi:

Maalaus hiiliteräkselle. Hieno epoksipinnoite voi kestää 2-3 vuotta ennen kuin reikiä ja reunakorroosiota ilmaantuu. Vaatii säännöllistä uudelleenmaalausta. Vältettävä.

316L ruostumaton teräs: Kestää laimennettuja HCl-sumuja ympäristön lämpötilassa kohtalaisiin lämpötiloihin. 316L voi olla pistesyöpymiä 80 C:ssa, mutta riski on pieni sumussa (ei nesteessä) ja kun kloriditasot ovat korkeat. Hyvä. Premium-päivitys olisi super-austeniittinen (esim. . 904L), mutta sitä ei todennäköisesti tarvita.

FRP: Vinyyliesteri FRP kestää täysin laimeaa HCl:ää 80 asteessa. Paine (6 painetta) on FRP-kapasiteetin sisällä (yleensä max 10 bar). Hyväksyttävä, pieni palovaara, laitoksessa on palonsammutus. FRP on myös mahdollista, mutta se voi olla kalliimpaa kuin 316 litraa.

Suositus: 316L ruostumaton teräskotelo. Se tarjoaa pitkän aikavälin huoltovapaan palvelun kohtuullisin kustannuksin ja eliminoi FRP:n palo- ja painerajoitukset.

Johtopäätös: Vaihtimen kaksinkertainen etupanssari
Kuoren materiaali on tärkeä, itsenäinen ja kustannustehokas päätös- – ulkopuolisen panssarin valinta, joka suojaa vaihtimen rakenteellista eheyttä näkymättömältä ilmakehän hyökkääjältä. Mietoon sisätilojen huoltoon tarvitaan hiiliteräskuori, jossa on kemian-kestävä maalijärjestelmä. 316L ruostumaton teräs on kestävä, mene-päivitys kemiantehtaissa ja rannikkoalueilla tyypillisesti esiintyviin syövyttävissä oleviin ympäristöihin. FRP tarjoaa positiivisen korroosionkestävyyden erittäin alhaisen paineen ja alhaisen lämpötilan palveluihin, joissa jopa 316L epäonnistuu, mutta vaarantaa paloturvallisuuden ja painerajoitukset. Lämmönvaihdin taistelee kahden-rintaman sotaa – sisällä ja ulkopuolella. PTFE-putket kuljettavat sisäistä prosessinestettä, mutta vaipan materiaali on valittava kestämään ulkoista ympäristöä. Yhdistä kuoren materiaali laitoksen todelliseen ilmapiiriin varmistaaksesi pitkän,{11}}häiriöttömän käyttöiän.