Care este grosimea maximă admisă a peretelui învelișului din oțel inoxidabil 316 pentru o aplicație de încălzire cu abur cu presiune joasă-la 130 de grade Celsius cu retur de condens?
Lăsaţi un mesaj
Inginerii de proces care construiesc încălzitoare electrice cu imersie pentru sisteme de abur de joasă presiune-, cum ar fi cămăși de abur, camere de umidificare și echipamente de sterilizare, se confruntă cu un set unic de constrângeri cu existența returului condensului. Spre deosebire de aplicațiile cu apă pură sau abur uscat, sistemele de returnare a condensului au un amestec de apă lichidă, oxigen dizolvat și, de obicei, urme de acid carbonic din dioxidul de carbon dizolvat. Mediul este oarecum coroziv pentru oțelul inoxidabil 316, în special la interfața cu apă-abur, unde gradienții de concentrație de oxigen produc coroziune localizată. Aportul de coroziune este determinat de grosimea peretelui învelișului 316 și, mai important, de temperatura suprafeței în comparație cu temperatura de saturație a aburului. Dacă temperatura suprafeței învelișului este prea scăzută, încurajează formarea stratului de condens și coroziune, dar dacă este prea mare, crește detartrarea și stresul termic. Acest articol definește grosimea maximă a peretelui permisă pentru 316 teci în serviciul de abur retur condens pe baza ratelor de coroziune și a optimizării transmiterii căldurii.
Mecanisme de coroziune în returnarea condensului de abur
Presiunea de saturație a aburului de joasă presiune la 130 de grade este de aproximativ 2,7 bar absolut. Când aburul se întâlnește cu o suprafață sub temperatura de saturație, produce condens sub forma unei acoperiri lichide. Acest condensat captează oxigenul și dioxidul de carbon din abur și din aer în scurgeri-și formează o soluție moderat acidă, cu un pH de 4,5 până la 6.0. 316 oțelul inoxidabil prezintă în acest mediu rate de coroziune în general de 0,02–0,08 mm/an, în funcție de conținutul de oxigen și de viteza de regenerare a condensului. Mai important, atacul localizat-săpăturile și coroziunea în crăpături-au loc în linia de plutire, unde mantaua pătrunde în stratul de condens. Formarea celulelor de concentrație de oxigen poate duce la viteze de coroziune în apropierea liniei de plutire, care sunt de două până la cinci ori mai mari decât rata complet scufundată. Pentru un încălzitor de cinci-ani, este necesară o toleranță de coroziune de 0,2–0,4 mm pentru coroziune generală + 0.3–0,6 mm este necesară pentru atacul liniei de plutire. O teacă de 1,0 mm nu ar avea o marjă suficientă și s-ar perfora în doi până la trei ani. Mantaua de 1,6 mm oferă o marjă adecvată pentru o durată de viață de cinci ani. Cu toate acestea, pereții mai groși pot duce la o temperatură mai mare a suprafeței învelișului la o anumită densitate de wați, ceea ce poate afecta comportamentul condensului.
Influența grosimii peretelui asupra formării peliculei de condens și asupra coroziunii
Pentru un încălzitor care funcționează în abur la 130 de grade, temperatura suprafeței învelișului trebuie să fie mai mare decât temperatura de saturație pentru a evita formarea peliculei de condens. Condițiile de abur uscat fără apă lichidă pe manta se obțin atunci când temperatura suprafeței este cu 5-10 grade peste saturație. 316 rata de coroziune în abur uscat este modestă - < 0,01 mm pe an. Ratele de coroziune de mai sus sunt pentru un film de condens continuu la sau sub temperatura suprafeței de saturație. Temperatura suprafeței învelișului este calculată ca temperatura aburului în vrac plus creșterea temperaturii datorită fluxului de căldură prin peretele învelișului. Peretele mai gros adaugă rezistență conductivă și astfel crește temperatura suprafeței pentru o anumită densitate de wați. O înveliș cu pereți groși poate preveni coroziunea, menținând suprafața uscată. O înveliș cu pereți îngusti poate funcționa mai rece și poate încuraja atacul condensului. Luați în considerare un încălzitor la 8 W/cm² în abur de 130 de grade. Temperatura suprafeței exterioare a unui perete 316 de 1,0 mm este de aproximativ 133 de grade, cu doar 3 grade peste saturație. Circumstanțele marginale pot produce condens intermitent. Temperatura suprafeței exterioare a mantalei de perete de 1,6 mm este cu aproximativ 138 grade - 8 grade peste saturație, prin urmare există o marjă sigură pentru funcționarea uscată. Nu adăugarea de material minimizează coroziunea, ci schimbarea stării de suprafață de la umedă la uscată o asigură peretele gros. Aceasta este o lecție importantă pentru proiectarea sistemului de abur: pereții mai mari pot fi buni pentru rezistența la coroziune chiar și în situații de condensare.
Grosimea peretelui recomandată pentru returul condensului de service cu abur
Următorul tabel listează grosimile acceptabile ale pereților mantalei pentru încălzitoarele electrice cu imersie în serviciul cu abur de joasă presiune cu retur de condens. Valorile sunt calculate pentru funcționarea continuă, calitatea aburului tipică pentru sistemele de cazane industriale și o durată de viață proiectată de 5 ani.
Temperatura aburului Watt de funcționare Densitate Recomandată Minim 316 Grosimea peretelui Recomandată Maximă 316 Grosimea peretelui Temperatura suprafeței mantalei la grosimea maximă Rata de coroziune așteptată Mod de eroare dominantă 110 grade (1,4 bar) 6 – 10 W/cm² 1,2 mm² – 1,2 mm² grade 1,2 mm² – 0,10 mm/an Coroziune peliculă de condensat 120 grade (2,0 bar) 6 – 10 W/cm² 1,2 mm 2,0 mm 125 – 132 grade 0,03 – 0,08 mm/an Tranziție umedă/uscata 130 grade (2,7 mm² 4,5 mm² 2,10 bar) W 135 – 145 grade Sub 0,02 mm/an (uscat) Ciclul termic
Orice temperatură, condensare intermitentă 4 – 8 W/cm² 1,6 mm 2,5 mm Variabil 0,08 – 0,15 mm/an (cicluri umede) Pitting linia de plutire
Pentru temperaturile aburului care depășesc 140 de grade, temperatura suprafeței învelișului poate depăși 160 de grade la pereții groși, ceea ce poate produce fierbere localizată și formarea calcarului dacă particulele dizolvate sunt prezente în apă. În aceste cazuri, este de dorit să se obțină o grosime a peretelui de capăt -inferioară în intervalul specificat. Pentru temperaturile aburului sub 120 de grade, este dificil să se stabilească condiții de înveliș uscat cu orice grosime practică a peretelui, deoarece temperatura de saturație este scăzută și creșterea temperaturii datorită fluxului de căldură este limitată. În serviciul cu abur la temperatură joasă-, inginerii ar trebui să accepte că va exista o peliculă de condens și, prin urmare, să specifice grosimea peretelui pe baza toleranței de coroziune, mai degrabă decât a funcționării uscate.
Modificări de proiectare pentru a obține funcționarea învelișului uscat cu pereți subțiri
Dacă este necesară o învelișă 316 cu pereți subțiri-sub 1,2 mm în serviciul cu abur (de obicei, pentru răspunsul termic rapid în sistemele de joasă presiune), trei modificări de proiectare pot duce la funcționare uscată, în ciuda creșterii mai scăzute a temperaturii. Unul este de a spori densitatea de wați. O creștere a densității de wați de la 5 W/cm² la 10 W/cm² poate crește temperatura suprafeței tecii cu aproximativ 15-20 de grade și poate schimba funcționarea de la umedă la uscată. Schimbul-este un risc mai mare de supraîncălzire locală dacă fluxul de abur este oprit. A doua ajustare este de a funcționa încălzitorul într-un mod intermitent la o temperatură de vârf mai mare. Un încălzitor care circulă între 130 și 180 de grade își va petrece cea mai mare parte a timpului peste temperatura de saturație, cu doar perioade scurte de contact cu condensul în timpul pornirii. Dacă încălzitorul este în stare uscată în câteva minute, deteriorarea coroziunii în timpul pornirii este limitată. Modificarea finală este instalarea unei scurgeri de condens pentru a preveni formarea apei lichide în jurul încălzitorului. În absența oricărui condens în picioare, viteza de coroziune este mult redusă chiar dacă suprafața este umedă cu o peliculă subțire. Pentru majoritatea sistemelor industriale cu abur, grosimea peretelui de 1,6 mm este un compromis bun între toleranța la coroziune, marja de funcționare uscată și rezistența mecanică. Inginerii trebuie să furnizeze marja necesară pentru temperatura suprafeței, adesea cu 5-10 grade peste saturație, și să solicite producătorului să determine grosimea peretelui și combinația de densitate în wați care va oferi această marjă. Un furnizor care nu poate face această estimare poate să nu aprecieze nevoile speciale ale serviciului de condens de abur.
