Kakšna je največja dovoljena debelina stene plašča iz nerjavečega jekla 316 za nizko{1}}aplikacijo ogrevanja s paro pri 130 stopinjah Celzija s povratkom kondenzata?

Procesni inženirji, ki konstruirajo električne potopne grelnike za parne-sisteme z nizkim tlakom, kot so parni plašči, vlažilne komore in oprema za sterilizacijo, se soočajo z edinstvenim nizom omejitev obstoja povratka kondenzata. Za razliko od aplikacij s čisto vodo ali suho paro imajo povratni sistemi kondenzata mešanico tekoče vode, raztopljenega kisika in običajno sledi ogljikove kisline iz raztopljenega ogljikovega dioksida. Okolje je nekoliko jedko za nerjavno jeklo 316, zlasti na meji vodne-pare, kjer gradienti koncentracije kisika povzročajo lokalizirano korozijo. Dodatek korozije je določen z debelino stene ovoja 316 in, kar je še pomembneje, temperaturo površine v primerjavi s temperaturo nasičenja pare. Če je temperatura površine plašča prenizka, spodbuja nastanek kondenzne prevleke in korozijo, če pa je previsoka, poveča nastajanje skal in toplotno obremenitev. Ta člen določa največjo dovoljeno debelino stene za 316 plaščev v sistemu povratne pare kondenzata na podlagi stopnje korozije in optimizacije prenosa toplote.

Korozijski mehanizmi pri povratku parnega kondenzata
Tlak nasičenja nizkotlačne pare pri 130 stopinjah je približno 2,7 bara absolutno. Ko se para sreča s površino pod temperaturo nasičenja, proizvede kondenzat v obliki tekočega premaza. Ta kondenzat odstrani kisik in ogljikov dioksid iz pare in zraka pri -puščanju ter tvori zmerno kislo raztopino s pH 4,5 do 6.0. 316 nerjavečega jekla v tem okolju kaže na splošno stopnje korozije 0,02–0,08 mm/leto, odvisno od vsebnosti kisika in stopnje regeneracije kondenzata. Še pomembneje pa je, da pride do lokaliziranega napada-jamičaste in razpokane korozije-v vodni črti, kjer ovoj predre plast kondenzata. Tvorba celic za koncentracijo kisika lahko povzroči hitrost korozije v bližini vodne črte, ki je dva- do petkrat višja od hitrosti, ko je popolnoma potopljen. Za grelnik s pet-letno načrtovano življenjsko dobo je potreben dodatek proti koroziji 0,2–0,4 mm za splošno korozijo + 0.3–0,6 mm je potrebno za napad vodne črte. 1,0 mm ovoj ne bi imel zadostne rezerve in bi se perforiral v dveh do treh letih. 1,6 mm plašč zagotavlja zadostno rezervo za petletno življenjsko dobo. Vendar lahko debelejše stene povzročijo višjo temperaturo površine plašča pri dani gostoti vatov, kar lahko vpliva na obnašanje kondenzacije.

Vpliv debeline stene na nastanek kondenznega filma in korozijo
Pri grelniku, ki deluje v pari pri 130 stopinjah, mora biti temperatura površine plašča višja od temperature nasičenja, da se prepreči nastajanje kondenzacijskega filma. Pogoji suhe pare brez tekoče vode na ovoju so doseženi, ko je površinska temperatura 5-10 stopinj nad nasičenostjo. 316. Stopnja korozije pri suhi pari je skromna - < 0,01 mm na leto. Zgornje stopnje korozije veljajo za neprekinjen kondenzni film pri temperaturi nasičene površine ali pod njo. Temperatura površine plašča se izračuna kot skupna temperatura pare plus dvig temperature zaradi toplotnega toka skozi steno plašča. Debelejša stena doda prevodni upor in tako poveča površinsko temperaturo za določeno gostoto v vatih. Debelostenski plašč lahko dejansko prepreči korozijo tako, da ohranja površino suho. Plašč z ozkimi stenami lahko deluje hladnejše in spodbuja kondenzacijo. Razmislite o grelniku z močjo 8 W/cm² pri 130 stopinjski pari. Temperatura zunanje površine 1,0 mm stene 316 ovoja je približno 133 stopinj, le 3 stopinje nad nasičenostjo. Obrobne okoliščine lahko povzročijo občasen kondenzat. Temperatura zunanje površine 1,6 mm stenskega plašča je približno 138 stopinj - 8 stopinj nad nasičenostjo, zato obstaja varna meja za suho delovanje. Dodatek materiala ne zmanjša korozije, temveč spremembo površinskega stanja iz mokrega v suho, kar zagotavlja debela stena. To je pomembna lekcija za načrtovanje parnega sistema: večje stene so lahko dobre za odpornost proti koroziji tudi v situacijah kondenzacije.

Priporočena debelina stene za povratni parni kondenzat
Naslednja tabela navaja sprejemljive debeline sten plašča za električne potopne grelnike pri nizkotlačni pari z povratkom kondenzata. Vrednosti so izračunane za neprekinjeno delovanje, kakovost pare, značilno za industrijske kotlovne sisteme, in predvideno življenjsko dobo 5 let.

Temperatura pare Delovna gostota v vatih Priporočena najmanjša 316 Debelina stene Priporočena največja 316 Debelina stene Plašč Temperatura površine pri največji debelini Pričakovana stopnja korozije Prevladujoč način okvare 110 stopinj (1,4 bara) 6 – 10 W/cm² 1,2 mm 2,0 mm 115 – 122 stopinj 0,05 – 0,10 mm/leto Korozija kondenznega filma 120 stopinj (2,0 bar) 6 – 10 W/cm² 1,2 mm 2,0 mm 125 – 132 stopinj 0,03 – 0,08 mm/leto Prehodno mokro/suho 130 stopinj (2,7 bar) 6 – 10 W/cm² 1,4 mm 2,5 mm 135 – 145 stopinj Pod 0,02 mm/leto (suho) Toplotni cy
Katera koli temperatura, občasna kondenzacija 4 – 8 W/cm² 1,6 mm 2,5 mm Spremenljivo 0,08 – 0,15 mm/leto (mokri cikli) Vodna črta
Pri temperaturah pare, ki presegajo 140 stopinj, lahko površinska temperatura plašča preseže 160 stopinj pri debelih stenah, kar lahko povzroči lokalno vrenje in razvoj vodnega kamna, če so v vodi prisotni raztopljeni delci. V teh primerih je zaželeno, da se doseže najmanj-debelina stene v določenem območju. Pri temperaturah pare pod 120 stopinj je težko vzpostaviti pogoje suhega plašča s kakršno koli praktično debelino stene, saj je temperatura nasičenja nizka in je dvig temperature zaradi toplotnega toka omejen. Pri nizko{7}}temperaturnem delovanju s paro bi morali inženirji sprejeti, da bo nastal film kondenzata, in zato določiti debelino stene na podlagi dopustne korozije in ne na suhem delovanju.

Modifikacije načrta za doseganje suhega delovanja plašča s tankimi stenami
Če je pri delovanju s paro potreben tank{0}}ohišje 316 pod 1,2 mm (običajno za hiter toplotni odziv v sistemih z nizkim tlakom), lahko tri spremembe konstrukcije povzročijo suho delovanje kljub nižjemu dvigu temperature. Ena je povečati vatno gostoto. Povečanje vatne gostote s 5 W/cm² na 10 W/cm² lahko zviša temperaturo površine plašča za približno 15–20 stopinj in lahko spremeni delovanje iz mokrega v suho. Kompromis-je večje tveganje lokalnega pregrevanja, če se pretok pare ustavi. Druga prilagoditev je zagon grelnika v občasnem načinu pri višji najvišji temperaturi. Grelnik, ki se giblje med 130 in 180 stopinjami, bo večino časa preživel nad temperaturo nasičenja, s samo kratkimi obdobji stika s kondenzatom med zagonom. Če je grelec v nekaj minutah v suhem stanju, je poškodba zaradi korozije med zagonom omejena. Zadnja sprememba je vgradnja odvoda kondenzata, ki preprečuje nastajanje tekoče vode okoli grelnika. V odsotnosti stoječega kondenzata se stopnja korozije močno zmanjša, tudi če je površina vlažna s tankim filmom. Za večino industrijskih parnih sistemov je debelina stene 1,6 mm dober kompromis med dopustno korozijo, mejo suhega delovanja in mehansko trdnostjo. Inženirji morajo zagotoviti potrebno mejo pri površinski temperaturi, pogosto 5–10 stopinj nad nasičenostjo, in prositi proizvajalca, da določi kombinacijo debeline stene in gostote v vatih, ki bo zagotovila to mejo. Dobavitelj, ki ne more narediti te ocene, morda ne bo cenil posebnih potreb storitve parnega kondenzata.