La ce combinație specifică de concentrație de clorură și temperatură a suprafeței învelișului o manta din oțel inoxidabil 316 de 1,2 milimetri se confruntă cu pătrunderea pitting în decurs de 90 de zile în serviciul de încălzire de ocolire a turnului de răcire?

Inginerii instalațiilor care lucrează cu sisteme HVAC și răcirea proceselor industriale cu încălzitoare de derivație a turnului de răcire se confruntă cu un mediu dur de coroziune, cu combinația de recirculare a apei cu conținut fluctuant de clorură și funcționare intermitentă a încălzitorului. Apa tipică a turnului de răcire este de 200–2.000 ppm clorură din cauza apei de completare și a concentrației de evaporare cu maxime de peste 5.000 ppm în timpul lunilor calde. Încălzitoarele bypass pornesc și se opresc pentru a preveni înghețul în timpul iernii sau pentru a menține temperatura procesului, frecvent cu variații mari de temperatură. O manta din otel inoxidabil 316 de 1,2 mm este de obicei selectata din cauza cerinței de reactie termica si a costurilor. Această lucrare determină conținutul de clorură și combinația de temperatură a suprafeței învelișului care provoacă pătrunderea cu sâmburi a unei învelișuri 316 de 1,2 mm în 90 de zile de funcționare.

316 Comportamentul la pitting în apa turnului de răcire
Temperatura critică de pitting controlează rezistența la pitting de 316 în soluțiile de clorură care scade odată cu creșterea concentrației de clorură. Temperatura critică de pitting în apa turnului de răcire cu 500 ppm clorură este de aproximativ 60°C. Se scade la 50°C la 1.000 ppm. Se scade la 40°C la 2000 ppm. Temperatura critică la 5000 ppm este de aproximativ 25°C. Iar densitatea de wați într-un încălzitor bypass face ca temperatura suprafeței tecii să fie în general cu 15-30 de grade mai mare decât temperatura apei în vrac. Un turn de răcire care funcționează la 30 de grade apă în vrac și un încălzitor la 8 W/cm2 are ca rezultat o temperatură a suprafeței mantalei de 45-55 de grade. La o concentrație de clorură de 1.000 ppm, pragul de temperatură de pitting de 50 de grade este apropiat sau depășit și pitting are loc în câteva zile până la săptămâni. Odată lansate, gropile cresc cu o rată de 0,2–1,0 mm lună-1 în apă caldă a turnului de răcire și vor pătrunde într-un perete de 1,2 mm în 1–4 luni. Pragul de penetrare de 90 de zile (3 luni) este atins atunci când combinația concentrației de clorură și a temperaturii suprafeței învelișului are ca rezultat inițierea gropii în 30 de zile și proliferarea în următoarele 60 de zile.

Praguri critice de penetrare de 90 de zile
Rezultatele testelor de imersie efectuate pe 316 probe în apă din turnul de răcire sintetică cu conținut normal de oxigen dizolvat și un pH de 7,5–8,5 indică combinațiile de concentrație de clorură și temperatura suprafeței învelișului care provoacă pătrunderea pipăturilor în decurs de 90 de zile pentru un perete de 1,2 mm.

Concentrația de clorură (ppm) Temperatura critică de pitting (°C) Temperatura suprafeței tecii pentru inițierea gropii în 30 de zile Viteza de propagare a gropii la temperatura învelișului (mm/lună) Timp până la 1,2 mm Penetrare după inițiere (luni) Durată de viață totală (luni) 300°C – 50°C Peste 50°C 0,3 – 0.5 2.5 – 4 3.5 – 5 500 – 800 55 – 60 °C 60 – 65 °C 0,4 – 0.7 1.7 – 3 2.7 – 4 800 – 1,200 45 – 55 °C 50 – 60 °C – 300 –300} – 300} – 3 2.7 – 4 800 – 1,200 45 – 55 °C 3.5 1,200 – 1,500 40 – 45°C 45 – 50°C 0,7 – 1.2 1.0 – 1.7 2.0 – 2.7 1,500 – 2,{000 35 – 40°C 40 – 45°C 0,7 – 1.2 1.0 – 1.7 2.0 – 2.7 1,500 – 2,000 35 – 40°C 40 – 45°C 0,8 –60} –60} –60} – 3,000 30 – 35°C 35 – 40°C 1,0 – 2.0 0.6 – 1.2 1.6 – 2.2 3,000 – 5,000 25 – 30°C 30 – 35°C 1,5 – 2.5 0.5 – 2.5 0.5 – 1.2 1.6 – 2.2 3,000 – 5,000 25 – 30°C 30 – 35°C 1,5 – 2.5 0.5 – 2.5 0.5 – 2.5 0.5 – Pentru răcire cu 1 ppm, 1 ppm clorură și un încălzitor care produce o temperatură a suprafeței tecii de 55°C, pragul de penetrare de 90 de zile este depășit. Gropile încep în aproximativ 30 de zile și cresc până la 1,2 mm în aproximativ 1,5–2,5 luni pentru o viață totală de 2,5–3,5 luni – exact la pragul de 90 de zile. La 1.500 ppm de clorură și o temperatură a suprafeței tecii de 50 de grade, durata de viață totală scade la 2 luni.

Plic de funcționare sigur pentru o durată de viață de 90 de zile
Tabelul de mai jos arată temperatura maximă admisă a apei în turnul de răcire în vrac pentru o manta de 1,2 mm 316 la diferite densități de wați pentru a asigura o durată de viață de 90 de zile la diferite intervale de concentrație de clorură. Valorile asigură că temperatura suprafeței învelișului este cu 5°C sub temperatura critică de pitting pentru nivelul de clorură furnizat.

Interval de concentrație de clorură (ppm) Temperatura critică de pitting Minus 5 grade Marja de siguranță Temperatura maximă sigură în vrac la 5 W/cm2 (creștere de 12 grade) Temperatura maximă sigură în vrac la 8 W/cm2 (creștere de 20 grade) Temperatura maximă sigură în vrac la 10 W/cm2 (25 grade)
Sub 300 ppm 65°C 53°C 45°C 40°C 300 – 500 ppm 55°C 43°C 35°C 30°C 500 – 800 ppm 50°C 38°C 30°C 25°C 800°C 820°C – 1800°C 20°C 15°C 1.200 – 1.500 ppm 35°C 23°C 15°C 10°C 1.500 – 2.000 ppm 30°C 18°C 10°C 5°C Peste 2.000 ppm Sub 25°C Imposibil Imposibil Imposibil
Pentru un turn de răcire cu clorură de 800 ppm care funcționează la o temperatură a apei în vrac de 25°C, o manta de 1,2 mm 316 la 8 W/cm² asigură o temperatură a suprafeței mantalei de aproximativ 45°C. Pentru 800 ppm limita de siguranță este de 40°C și încălzitorul depășește pragul. Densitatea de wați ar trebui redusă la 5 W/cm² (suprafața 37°C) sau temperatura apei în vrac trebuie redusă pentru a atinge durata de viață de 90 de zile.

Modificări de design pentru a crește durata de viață la peste 90 de zile
Durata de viață poate fi prelungită prin trei modificări de proiectare în condițiile turnului de răcire dacă durata de viață de 90 de zile nu este suficientă și este necesară o manta de 1,2 mm 316. Prima este instalarea unui temporizator sau controler de temperatură care limitează funcționarea încălzitorului la momentele în care temperatura apei în vrac este sub 25°C. Funcționarea numai în lunile de iarnă, când apa turnului de răcire este rece, scade timpul la temperaturi crescute ale tecii. A doua modificare este de a îmbunătăți reglarea chimiei apei. Menținând pH-ul peste 8,0 și adăugând un inhibitor de coroziune, cum ar fi ortofosfat sau zinc, învelișul sigur poate fi deplasat. Temperatura critică de pitting poate fi crescută cu 5-10°C. A treia modificare este creșterea vitezei apei pe suprafața de încălzire. O buclă de ocolire mică cu un circulator modest poate crește debitul de la staționar la 1 m/s și poate scădea creșterea temperaturii suprafeței învelișului de la 20 de grade la 8-10 grade la aceeași densitate de wați. În turnurile de răcire, când concentrațiile de clorură sunt în mod continuu peste 1.000 ppm, inginerii ar trebui să specifice un aliaj mai rezistent-la stropii, cum ar fi oțel inoxidabil 317 (3,5% molibden) sau titan. Costul incremental al 317 peste 316 este de aproximativ 15-25%, dar durata de viață este extinsă de la 3-6 luni la 2-3 ani. Titanul este cea mai bună alegere de material pentru aplicațiile esențiale HVAC unde defecțiunea încălzitorului poate provoca daune cauzate de îngheț. În specificarea încălzitoarelor de derivație pentru turnurile de răcire, obțineți întotdeauna date despre concentrația de clorură de la multe evenimente de prelevare de-a lungul anului. Un încălzitor de vară proiectat cu o specificație de 500 ppm de clorură pentru condiții de iarnă poate eșua în curând, când clorurile sunt concentrate prin evaporare la 2000 ppm. Penetrarea de 90 de zile nu este un număr stabilit, ci o consecință previzibilă a concentrației de clorură și a temperaturii suprafeței tecii. Evaluând ambii parametri și aplicând marjele de siguranță din tabel, inginerii pot prezice durata de viață a încălzitorului și pot planifica întreținerea evitând defecțiunile neașteptate de protecție împotriva înghețului.