Mikä on 1,2 mm:n vaipan 2,0 mm:n vaipan paksuuden tekninen perustelu 316 ruostumattomasta teräksestä valmistetussa kattilan uppolämmittimessä 150 asteessa ja 6 baarissa

Korkean lämpötilan painevesipalvelu: peruskauppa-pois

Yksi kovimmista olosuhteista mille tahansa metalliselle vaippamateriaalille on kattilavesisähkölämmittimet. Vesi on nestemäistä 150 C ja 6 baarin paineessa, mutta lähellä kyllästyskäyrää, joten mikä tahansa paikallinen lämpötilan poikkeama vaipan pinnalla voi käynnistää ytimien kiehumisen tai jopa kalvon kiehumisen. Näissä olosuhteissa oikein hallitulla vesikemialla 316 ruostumattomalla teräksellä on riittävä yleinen korroosionkestävyys. Kaksi vikamekanismia tulee kuitenkin tärkeäksi. Jännityskorroosiohalkeilu väkevöityjen hydroksidien ja pistesyöpymien aiheuttamat kloridien tunkeutumiset. Vaipan paksuuden valinta 1,2 mm vs. 2,0 mm ei ole valintakysymys. Jokainen numero edustaa erilaista suunnittelufilosofiaa, jossa on erilaisia ​​selityksiä, jotka perustuvat paineenrajoitukseen, korroosionsuojaan, lämpövasteeseen ja kiehumistilan hallintaan. Tässä tutkimuksessa esitetään kunkin paksuusvaihtoehdon tekniset perustelut ja tunnistetaan olosuhteet, joissa toinen ylittää selvästi toisen.

Paineenpidätystasaus 6 baarilla, 150 astetta

316 ruostumattomasta teräksestä valmistetun vaipan kehäjännitys 6 baarin käyttöpaineella (mittari) lasketaan ohutseinämäisen sylinterin kaavalla. Putken, jonka ulkohalkaisija on 12 mm ja paksuus 1,2 mm, sisäsäde on 4,8 mm. Renkaan jännitys on paine kertaa sisäsäde jaettuna seinämän paksuudella: 0,6 MPa kertaa 4,8 mm jaettuna 1,2 mm:llä on 2,4 MPa. Jos seinämän paksuus on 2,0 mm, sisäsäde on 4,0 mm ja vanteen jännitys on 0,6 MPa × 4,0 mm / 2,0 mm=1.2 MPa. Molemmat luvut ovat useita suuruusluokkia pienempiä kuin ruostumattoman teräksen 316 myötöraja 150 asteessa noin 170 MPa. Paineenrajoitus ei oikeuta paksumpaa seinää. Jopa 1,2 mm:n seinässä on 70:n turvakerroin myöntöhäiriötä vastaan. Jotta se olisi paineenpitävä 6 baarissa, vaadittava seinämän paksuus on vähintään 0,3 mm. Kumman tahansa paksuuden teknisen perustan on siksi perustuttava muihin perusteisiin eikä halkeamispaineeseen.

Miksi korroosiokorvaus kattilavesikemiassa

Kattilavettä käsitellään yleensä emäksisten olosuhteiden (pH 9-11) ylläpitämiseksi ja liuenneen hapen, kloridien ja muiden vihamielisten lajien poistamiseksi. Ruostumattoman teräksen 316 yleinen korroosionopeus optimaalisessa vesikemiassa 150 asteessa on melko alhainen, noin 0,005-0,015 mm/vuosi. 1,2 mm:n seinä kestäisi vain 80-240 vuotta jatkuvassa hyökkäyksessä. Mutta aidoissa kattilajärjestelmissä on häiriötilanteensa: lauhduttimen vuodot aiheuttavat klorideja, huono kemikaalikäsittely aiheuttaa emäksistä pitoisuutta tai hapen tunkeutumista huollon aikana. Paikallisen korroosionopeuden arvioitiin olevan jopa 0,1-0,3 mm/vuosi iskuolosuhteissa. Seinän paksuus on 1,2 mm, mikä antaa korroosionvaran esimerkiksi 0,6-0,7 mm, ennen kuin saavutetaan vähimmäisrakennepaksuus 0,5 mm. Tämä lupa käytettäisiin 3–4 vuodessa 0,2 mm:n korroosionopeudella. 2,0 mm:n seinä antaa 1,3-1,4 mm:n korroosionsuojan ja pidentää häiriön kestoaikaa kuudesta kahdeksaan vuoteen. Joten kattilavesipalvelun 2,0 mm seinän tekninen syy ei ole normaaleissa käyttöolosuhteissa, vaan kestävyydessä vesikemian häiriöitä vastaan. Ohuempi seinä on perusteltu tiloihin, joissa on hyvä vedenkäsittelyn valvonta ja valvonta. Paksumpi seinä tulee olla perusteltua suojaamaan häiriöitä vastaan ​​tiloissa, joissa syöttöveden laatu vaihtelee, lauhdutin vuotaa usein tai kemikaalien käsittelyssä työskentelee rajoitetusti.

Kiehumisjärjestelmän ja kriittisten paksuuserojen hallinta

Ainutlaatuisin tekninen syy eroon 1,2 mm:n ja 2,0 mm:n välillä on kunkin paksuuden vuorovaikutuksessa vaipan pinnan kiehumistilan kanssa. 150 asteen ja 6 baarin paineessa veden kyllästyslämpötila on 150 astetta. Lämmittimen vaipan tulee olla bulkkilämpötilan yläpuolella lämmön siirtämiseksi, joten pintalämpötila on normaalisti 160-180 astetta wattitiheydestä ja virtausolosuhteista riippuen. Tällaiset lämpötilat aiheuttavat ytimien kiehumista. Toinen, ytimien kiehuminen, tapahtuu, kun höyrykuplat ydintyvät vaipan pinnalla olevista ydintymiskohdista, kasvavat ja irtoavat, ja se on erittäin tehokas lämmönsiirrossa. Mutta jos lämpövirta on liian suuri tai pintalämpötila ylittää tietyn arvon, ytimien kiehuminen muuttuu kalvokiehumiseksi, jossa jatkuva höyrykerros eristää vaipan ja johtaa nopeaan lämpötilan nousuun. Seinämän paksuus vaikuttaa pinnan lämpötilaan tietyllä wattitiheydellä. Tietyllä wattitiheydellä 12 W/cm 2 vaipan pinnalla 150-asteisessa vedessä 1,2 mm:n seinämän paksuuden pintalämpötila on noin 165-170 astetta, mikä on hyvin ytimien kiehumisjärjestelmän sisällä. Samalla wattitiheydellä 2,0 mm:n seinä, jolla on suurempi lämpövastus, ajaa pintalämpötilan 180-185 asteeseen. Tämä on lähellä veden kriittistä lämpövirtaa tässä paineessa ja lämpötilassa. Jos olet lähempänä kalvon kiehumisvaihetta, vaarana on nopea lämpötilapoikkeama, jos virtaus laskee tai wattitiheys nousee. Joten 1,2 mm:n seinän tekninen perusta on parempi lämpöteho ja suurempi marginaali kalvon kiehumista vastaan. Ohuempi seinämä ylläpitää alhaisempaa pintalämpötilaa, mikä mahdollistaa suuremmat wattitiheydet tai puskurin prosessihäiriöitä vastaan.

Kattilavesikonsentraattien herkkyys jännityskorroosiohalkeilulle

Kaustinen jännityskorroosiohalkeilu (CSCC) on tunnustettu vikamekanismi austeniittisille ruostumattomille teräksille kattilavesiolosuhteissa, joissa on paikallista emäksistä pitoisuutta kerrostumien alla tai vesirajalla. Herkkyys CSCC:lle kasvaa lämpötilan ja natriumhydroksidipitoisuuden kasvaessa. Ruostumattoman teräksen 316 CSCC:n kynnysjännitys on noin 150-200 MPa 150 asteessa laimeissa emäksissä, mutta se pienenee nopeasti lämpötilan noustessa. Lämmittimen vaipassa on kaksi jäännösvetolujuuslähdettä: sisäinen painejännitys (näkyy yllä olevan minimaalinen) ja valmistusjäännösjännitykset putken vetämisestä ja taivutuksesta. Jäännösvannejännitykset vedetyissä 316 ruostumattomissa teräsputkissa ovat tyypillisesti 50-150 MPa riippuen kylmätyöstöasteesta ja putken hehkutustilasta. 1,2 mm seinä on ohuempi, joten siinä on pienemmät jäännösjännitykset vedon jälkeen kuin 2,0 mm seinällä. Tämä johtuu siitä, että tarvitaan vähemmän kylmää työtä päästäkseen lopulliseen ulottuvuuteen. Kenttäkokemus osoittaa, että ohuempiseinäiset lämmittimet ovat vähemmän alttiita CSCC:n syttymiselle pienemmän jäännösjännityksen ja alhaisemman pintalämpötilan vuoksi, mikä vähentää emäksistä pitoisuutta. 1,2 mm seinän tekninen perusta on pienempi luontainen alttius jännityskorroosiohalkeilulle samoissa vesikemiallisissa olosuhteissa.

Lämpövaste ja järjestelmän ohjaus

Kattilan vedenlämmittimiä käytetään yleisesti järjestelmissä, jotka vaativat tarkkaa lämpötilan säätöä. Vaipan lämpömassa vaikuttaa ohjaussignaalien vasteaikaan. 2,0 mm:n seinässä on noin 67 % enemmän metallia pituusyksikköä kohti kuin 1,2 mm:n seinässä (samalla ulkohalkaisijalla eli 12 mm:n putkella vaipan poikkileikkauspinta-ala kasvaa 40,7 mm²:stä 62,8 mm²:iin). Tämä lisämetalli toimii lämpökondensaattorina, joka hidastaa vaipan lämpötilan muutosnopeutta tehoa kytkettäessä tai poistettaessa. Järjestelmässä, joka käynnistyy ja sammuu paljon, paksumpi seinä johtaa suurempiin lämpötilavaihteluihin ja pidempiin asettumisjaksoihin. Vielä tärkeämpää on, että vastuslangan ja vaipan pinnan välisen lämpöviiveen vuoksi vaippaan sijoitettuun termopariin reagoiva ohjausjärjestelmä reagoi hitaasti langan lämpötilan muutoksiin. Lämmön siirtymisen aikavakio langalta ulkopinnalle 1,2 mm seinälle on noin 0,5-1,0 sekuntia. 2,0 mm seinässä tämä aikavakio on 1,5-3,0 sekuntia. Tämä ero on vähäinen useimmissa kattiloiden ohjauksissa, mutta erittäin tarkoissa sovelluksissa tai järjestelmissä, joissa kuormitus muuttuu nopeasti, ohuempi seinä parantaa ohjattavuutta. Näissä sovelluksissa 1,2 mm:n seinän suunnitteluperusteena on parempi dynaaminen reagointikyky ja tiukempi lämpötilan hallinta.

Tekniset perustelut yhteenvetotaulukko

Huomio 1,2 mm vaippa 2,0 mm vaippa
Paineen suojakerroin 6 barissa 70 (erinomainen) 140 (yli suunniteltu)
Korroosiovara normaalissa käytössä 0,6 mm (80+ vuotta) 1,4 mm (180+ vuotta)
Järkyttynyt eloonjäämisaika (korroosionopeus 0,2 mm/vuosi) 3-4 vuotta 6-8 vuotta
Pintalämpötila 12 W/cm{1}} astetta 180-185 astetta
Siirtymämarginaali kalvoon kiehuvaksiLarge Pieni
Valmistuksen jäännösjännitys Alempi (50-100 MPa)Lisätty (80-150 MPa)
CSCCLowerHigher-käynnistyksen riski
Terminen reaktioaikavakio 0,5 - 1,0 sekuntia 1,5 - 3,0 sekuntia
Perusteltu Normaali sovellusHyvin ohjatut järjestelmät Suuri wattitiheys Tarkkuushallinta Konservatiivinen rakenne Häiriintyneet{0}}järjestelmät Vaihtuva syöttövesi
Johtopäätökset: Tekninen perustelu jokaiselle paksuudelle

Tässä ei ole kyse siitä, että toinen olisi toista parempi. Esimerkiksi 316 ruostumattomasta teräksestä valmistetut kattilaveden sähkövastukset 150 astetta ja 6 baaria: vaipan paksuus 1,2 mm tai 2,0 mm. 1,2 mm:n seinämä on perusteltu, kun veden kemiaa valvotaan hyvin ja ylläpidetään jatkuvasti, kun tarvitaan suurta wattitiheyttä toimintaa ja kun lämpöreaktioaika on tärkeä. Se johtaa alhaisempiin pintalämpötiloihin, suurempi marginaali kalvon kiehumista vastaan, vähemmän jäännösjännitystä ja vähemmän alttiutta jännityskorroosiohalkeilulle. 2,0 mm:n seinä on taattu, kun veden kemian häiriöt ovat odotettavissa, pidempi häiriön kestoaika on välttämätön ja missä suunnittelufilosofia suosii korroosionvaraa lämpösuorituskyvyn sijaan. Tämä antaa suuremman metallireservin paikalliselle hyökkäykselle, mutta korkeampien pintalämpötilojen ja ehkä suuremman CSCC-riskin kustannuksella. Useimmissa nykyisissä kattilajärjestelmissä, joissa kemiallinen käsittely on automatisoitu ja valvonta on jatkuvaa, tekninen perustelu on 1,2–1,5 mm. 2,0 mm seinä on kohtuullisen varovainen valinta iäkkäille kasveille, kasveille, joiden veden laatu vaihtelee koostumuksella tai olosuhteisiin, joissa kiukaan tarkastus ja vaihto ei ole helppoa. Näissä tapauksissa insinöörin tulee perustella valinta vesikemian hallintakyvyn, odotettavissa olevan häiriötaajuuden ja wattitiheyden tarpeiden perusteella eikä sillä väärällä näkemyksellä, että paksumpi on aina turvallisempaa korkean lämpötilan painevesipalvelussa.