Која је максимална дозвољена дебљина зида омотача од нерђајућег челика 316 за примену парног загревања под ниским-притиском на 130 степени Целзијуса са повратом кондензата?

Процесни инжењери који конструишу електричне урањајуће грејаче за парне системе ниског{0}}притиска као што су парне кошуље, коморе за влажење и опрема за стерилизацију суочавају се са јединственим скупом ограничења због постојања повратног кондензата. За разлику од примене чисте воде или суве паре, системи за поврат кондензата имају мешавину течне воде, раствореног кисеоника и типично количине угљене киселине у траговима из раствореног угљен-диоксида. Окружење је донекле корозивно за нерђајући челик 316, посебно на интерфејсу воде{4}}паре где градијенти концентрације кисеоника производе локализовану корозију. Количина корозије је одређена дебљином зида омотача 316 и, што је још важније, температуром површине у поређењу са температуром засићења паре. Ако је температура површине омотача прениска, то подстиче стварање кондензатног премаза и корозије, али ако је превисока, повећава скалирање и термички стрес. Овај чланак дефинише максималну дозвољену дебљину зида за 316 омотача у систему повратне паре кондензата на основу стопа корозије и оптимизације преноса топлоте.

Механизми корозије у повратку парног кондензата
Притисак засићења паре ниског притиска на 130 степени је око 2,7 бара апсолутно. Када пара дође до површине испод температуре засићења, она производи кондензат у облику течног премаза. Овај кондензат сакупља кисеоник и угљен-диоксид из паре и ваздуха у-исцурењу, и формира умерено кисели раствор, са пХ од 4,5 до 6.0. 316 нерђајући челик показује у овом окружењу стопе корозије уопште од 0,02–0,08 мм/годишње у зависности од садржаја кисеоника и брзине регенерације кондензата. Што је још важније, локализовани напад{10}}корозија удубљења и пукотина{11}}се јавља у воденој линији где омотач продире у слој кондензата. Формирање ћелија концентрације кисеоника може довести до стопа корозије у близини водене линије које су два до пет пута веће од стопе потпуно уроњене. За пето-годишњи грејач пројектованог века трајања, потребна је количина корозије од 0,2–0,4 мм за општу корозију + 0.3–0,6 мм је неопходно за напад водене линије. Плашт од 1,0 мм не би имао довољну маргину и перфорирао би за две до три године. Плашт од 1,6 мм даје адекватну маргину за петогодишњи радни век. Међутим, дебљи зидови могу довести до више температуре површине плашта при датој густини у ватима, што може утицати на понашање кондензације.

Утицај дебљине зида на формирање кондензатног филма и корозију
За грејач који ради у пари на 130 степени, температура површине омотача треба да буде виша од температуре засићења да би се избегло стварање филма кондензата. Услови суве паре без течне воде на омотачу се добијају када је температура површине 5-10 степени изнад засићења. 316 брзина корозије у сувој пари је скромна - < 0,01 мм годишње. Горе наведене стопе корозије су за непрекидни кондензатни филм на или испод температуре површине засићења. Температура површине омотача се израчунава као температура паре у расутом стању плус пораст температуре услед топлотног флукса кроз зид омотача. Дебљи зид додаје отпор проводљивости и тако повећава температуру површине за дату густину у ватима. Плашт са дебелим зидовима заправо може спречити корозију тако што одржава површину сувом. Плашт са уским зидовима може хладити и подстаћи напад кондензата. Узмите у обзир грејач од 8 В/цм² у пари од 130 степени. Температура спољне површине омотача зида 316 од 1,0 мм је око 133 степена, само 3 степена изнад засићења. Граничне околности могу произвести повремени кондензат. Температура спољашње површине зидног омотача од 1,6 мм је око 138 степени - 8 степени изнад засићења, стога постоји сигурна маргина за рад на сувом. Није додавање материјала оно што минимизира корозију, већ промена стања површине од влажног до сувог коју обезбеђује дебели зид. Ово је важна лекција за дизајн парног система: већи зидови могу бити добри за отпорност на корозију чак и у ситуацијама кондензације.

Препоручена дебљина зида за поврат кондензата за пару
У следећој табели су наведене прихватљиве дебљине зидова плашта за електричне потопне грејаче у парној употреби ниског притиска са повратом кондензата. Вредности су израчунате за континуирани рад, квалитет паре типичан за индустријске котловске системе и пројектовани радни век од 5 година.

Температура паре Радна густина у ватима Препоручена Минимална 316 Дебљина зида Препоручена Максимална 316 Дебљина зида Површинска температура омотача при максималној дебљини Очекивана стопа корозије Доминантни режим квара 110 степени (1,4 бар) 6 – 10 В/цм²1.20 мм² – 1.01. 0,05 – 0,10 мм/година Корозија кондензатног филма 120 степени (2,0 бар) 6 – 10 В/цм² 1,2 мм 2,0 мм 125 – 132 степени 0,03 – 0,08 мм/годишње Прелазно мокро/суво 130 степени (2,7 бара) 5 мм – 2,1 бара/цм² 135 – 145 степени Испод 0,02 мм/годишње (суво) Топлотна енергија
Било која температура, повремена кондензација 4 – 8 В/цм² 1,6 мм 2,5 мм Променљиво 0,08 – 0,15 мм/годишње (мокри циклуси) Питтинг водене линије
За температуре паре које прелазе 140 степени, температура површине омотача може премашити 160 степени на дебелим зидовима, што може изазвати локализовано кључање и развој каменца ако су растворене честице присутне у води. У овим случајевима пожељно је да се постигне ниска-дебљина крајњег зида унутар наведеног опсега. За температуре паре испод 120 степени тешко је успоставити услове сувог плашта са било којом практичном дебљином зида пошто је температура засићења ниска, а пораст температуре услед топлотног флукса је ограничен. У раду са паром на ниским{7}}температурама, инжењери би требало да прихвате да ће постојати филм кондензата и стога специфицирају дебљину зида на основу количине корозије, а не рада на суво.

Модификације дизајна за постизање рада сувог омотача са танким зидовима
Ако је за рад са паром потребан плашт 316 са-танким зидовима испод 1,2 мм (обично за брз термички одговор у системима ниског притиска), три промене дизајна могу довести до рада на суво упркос нижем порасту температуре. Један је да се повећа густина вати. Повећање густине у ватима са 5 В/цм² на 10 В/цм² може повећати температуру површине омотача за око 15–20 степени и може променити рад са влажног на сув. Компромис{10}}је већи ризик од локалног прегревања ако се заустави проток паре. Друго подешавање је да грејач ради у повременом режиму на вишој вршној температури. Грејач који кружи између 130 степени и 180 степени провешће већину свог времена изнад температуре засићења, са само кратким периодима контакта кондензата током покретања. Ако је грејач у сувом стању за неколико минута, оштећења од корозије током покретања су ограничена. Коначна промена је уградња одвода кондензата како би се спречило стварање течне воде око грејача. У одсуству било каквог стојећег кондензата, стопа корозије је знатно смањена чак и ако је површина влажна са танким филмом. За већину индустријских парних система, дебљина зида од 1,6 мм је добар компромис између количине корозије, маргине рада на сувом и механичке чврстоће. Инжењери морају да обезбеде потребну маргину за температуру површине, често 5-10 степени изнад засићења, и затраже од произвођача да одреди дебљину зида и комбинацију густине вати која ће обезбедити ову маргину. Снабдевач који није у стању да изврши ову процену можда неће ценити посебне потребе услуге парног кондензата.