ความหนาของผนังเปลือกสแตนเลส 316 สูงสุดที่อนุญาตสำหรับการทำความร้อนด้วยไอน้ำแรงดันต่ำ-ที่ 130 องศาเซลเซียสพร้อมการควบแน่นกลับเป็นเท่าใด

วิศวกรกระบวนการที่สร้างเครื่องทำความร้อนแบบจุ่มไฟฟ้าสำหรับระบบไอน้ำแรงดันต่ำ- เช่น แจ็คเก็ตไอน้ำ ห้องทำความชื้น และอุปกรณ์ฆ่าเชื้อ ต้องเผชิญกับข้อจำกัดเฉพาะชุดในการที่คอนเดนเสทกลับคืนมา ต่างจากการใช้งานน้ำบริสุทธิ์หรือไอน้ำแห้ง ระบบส่งกลับคอนเดนเสทมีส่วนผสมของน้ำของเหลว ออกซิเจนละลายน้ำ และโดยทั่วไปจะติดตามปริมาณกรดคาร์บอนิกจากคาร์บอนไดออกไซด์ที่ละลายน้ำ สภาพแวดล้อมค่อนข้างกัดกร่อนเหล็กสแตนเลส 316 โดยเฉพาะที่ส่วนต่อประสานไอน้ำ- ซึ่งการไล่ระดับความเข้มข้นของออกซิเจนทำให้เกิดการกัดกร่อนเฉพาะจุด ค่าเผื่อการกัดกร่อนถูกกำหนดโดยความหนาของผนังของปลอก 316 และที่สำคัญกว่านั้นคืออุณหภูมิพื้นผิวเมื่อเปรียบเทียบกับอุณหภูมิอิ่มตัวของไอน้ำ หากอุณหภูมิพื้นผิวของเปลือกหุ้มต่ำเกินไป จะกระตุ้นให้เกิดการก่อตัวของสารเคลือบคอนเดนเสทและการกัดกร่อน แต่หากสูงเกินไป ก็จะเพิ่มขนาดและความเค้นจากความร้อน บทความนี้กำหนดความหนาผนังสูงสุดที่อนุญาตสำหรับปลอก 316 ฝักในบริการไอน้ำส่งคืนคอนเดนเสท โดยพิจารณาจากอัตราการกัดกร่อนและการเพิ่มประสิทธิภาพการส่งผ่านความร้อน

กลไกการกัดกร่อนในการกลับมาของคอนเดนเสทไอน้ำ
ความดันอิ่มตัวของไอน้ำแรงดันต่ำที่ 130 องศา มีค่าประมาณ 2.7 บาร์สัมบูรณ์ เมื่อไอน้ำพบกับพื้นผิวที่ต่ำกว่าอุณหภูมิอิ่มตัว จะเกิดการคอนเดนเสทในรูปของการเคลือบของเหลว คอนเดนเสทนี้จะไล่ออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์จากไอน้ำและอากาศใน-การรั่วไหล และก่อตัวเป็นสารละลายกรดปานกลาง โดยมีค่า pH อยู่ที่ 4.5 ถึง 6.0. 316 เหล็กสเตนเลสจะแสดงในสภาพแวดล้อมนี้ อัตราการกัดกร่อนโดยทั่วไปอยู่ที่ 0.02–0.08 มม./ปี ขึ้นอยู่กับปริมาณออกซิเจนและอัตราการสร้างคอนเดนเสทใหม่ ที่สำคัญกว่านั้น การโจมตีแบบเฉพาะจุด-การกัดกร่อนของรูพรุนและรอยแยก-เกิดขึ้นในแนวน้ำที่ซึ่งเปลือกเจาะทะลุชั้นคอนเดนเสท การก่อตัวของเซลล์ความเข้มข้นของออกซิเจนอาจส่งผลให้อัตราการกัดกร่อนใกล้ระดับน้ำสูงกว่าอัตราที่แช่ไว้จนหมดถึงสองถึงห้าเท่า สำหรับเครื่องทำความร้อนอายุการออกแบบห้าปี- จำเป็นต้องมีค่าเผื่อการกัดกร่อน 0.2–0.4 มม. สำหรับการกัดกร่อนทั่วไป + 0.3–0.6 มม. ซึ่งจำเป็นสำหรับการโจมตีทางน้ำ ฝักขนาด 1.0 มม. จะไม่มีระยะขอบเพียงพอ และจะเจาะรูได้ภายในสองถึงสามปี ปลอกขนาด 1.6 มม. ให้ระยะขอบที่เพียงพอสำหรับอายุการใช้งานห้าปี อย่างไรก็ตาม ผนังที่หนาขึ้นสามารถนำไปสู่อุณหภูมิพื้นผิวของเปลือกที่สูงขึ้นที่ความหนาแน่นวัตต์ที่กำหนด ซึ่งอาจส่งผลต่อพฤติกรรมการควบแน่น

อิทธิพลของความหนาของผนังต่อการเกิดฟิล์มคอนเดนเสทและการกัดกร่อน
สำหรับเครื่องทำความร้อนที่ทำงานด้วยไอน้ำที่ 130 องศา อุณหภูมิพื้นผิวของปลอกควรสูงกว่าอุณหภูมิอิ่มตัวเพื่อหลีกเลี่ยงการก่อตัวของฟิล์มคอนเดนเสท สภาวะของไอน้ำแห้งที่ไม่มีน้ำของเหลวบนเปลือกจะเกิดขึ้นเมื่ออุณหภูมิพื้นผิวสูงกว่าความอิ่มตัว 5-10 องศา. 316 อัตราการกัดกร่อนในไอน้ำแห้งมีค่าเพียงเล็กน้อย - < 0.01 มม. ต่อปี อัตราการกัดกร่อนข้างต้นใช้สำหรับฟิล์มคอนเดนเสทต่อเนื่องที่อุณหภูมิพื้นผิวอิ่มตัวหรือต่ำกว่า อุณหภูมิพื้นผิวของฝักคำนวณจากอุณหภูมิไอน้ำปริมาณมากบวกกับอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากฟลักซ์ความร้อนผ่านผนังของฝัก ผนังที่หนาขึ้นจะเพิ่มความต้านทานการนำไฟฟ้า และเพิ่มอุณหภูมิพื้นผิวตามความหนาแน่นของวัตต์ที่กำหนด เปลือกที่มีผนังหนาสามารถป้องกันการกัดกร่อนได้จริงโดยทำให้พื้นผิวแห้ง ปลอกที่มีผนังแคบสามารถระบายความร้อนและกระตุ้นให้เกิดการควบแน่นได้ ลองใช้เครื่องทำความร้อนที่ 8 วัตต์/ซม.² ด้วยไอน้ำ 130 องศา อุณหภูมิพื้นผิวด้านนอกของเปลือก 316 ผนัง 1.0 มม. อยู่ที่ประมาณ 133 องศา เหนือความอิ่มตัวเพียง 3 องศา สถานการณ์เล็กน้อยอาจทำให้เกิดคอนเดนเสทไม่ต่อเนื่อง อุณหภูมิพื้นผิวภายนอกของปลอกผนัง 1.6 มม. สูงกว่าความอิ่มตัวประมาณ 138 องศา - 8 องศา ดังนั้นจึงมีระยะขอบที่ปลอดภัยสำหรับการใช้งานแบบแห้ง ไม่ใช่การเพิ่มวัสดุที่ช่วยลดการกัดกร่อน แต่เป็นการเปลี่ยนแปลงสภาพพื้นผิวจากเปียกเป็นแห้งที่ผนังหนามอบให้ นี่เป็นบทเรียนที่สำคัญสำหรับการออกแบบระบบไอน้ำ: ผนังที่ใหญ่ขึ้นสามารถต้านทานการกัดกร่อนได้ดีแม้ในสถานการณ์ที่ควบแน่น

ความหนาของผนังที่แนะนำสำหรับการส่งคืนคอนเดนเสทบริการไอน้ำ
ตารางต่อไปนี้แสดงรายการความหนาของผนังเปลือกที่ยอมรับได้สำหรับเครื่องทำความร้อนแบบจุ่มไฟฟ้าในบริการไอน้ำแรงดันต่ำพร้อมคอนเดนเสทกลับ ค่าต่างๆ ได้รับการคำนวณสำหรับการทำงานต่อเนื่อง คุณภาพไอน้ำโดยทั่วไปสำหรับระบบหม้อไอน้ำอุตสาหกรรม และอายุการใช้งานที่คาดการณ์ไว้ 5 ปี

อุณหภูมิไอน้ำ ความหนาแน่นวัตต์ใช้งานที่แนะนำ ขั้นต่ำ 316 ความหนาของผนัง ที่แนะนำสูงสุด 316 ความหนาของผนัง อุณหภูมิพื้นผิวของปลอกเปลือกที่ความหนาสูงสุด อัตราการกัดกร่อนที่คาดหวัง โหมดความล้มเหลวที่โดดเด่น 110 องศา (1.4 บาร์) 6 – 10 วัตต์/ซม.² 1.2 มม. 2.0 มม. 115 – 122 องศา 0.05 – 0.10 มม./ปี การกัดกร่อนของฟิล์มคอนเดนเสท 120 องศา (2.0 บาร์) 6 – 10 วัตต์/ซม.² 1.2 มม. 2.0 มม. 125 – 132 องศา 0.03 – 0.08 มม./ปี เปลี่ยนผ่านแบบเปียก/แห้ง 130 องศา (2.7 บาร์) 6 – 10 วัตต์/ซม.² 1.4 มม. 2.5 มม. 135 – 145 องศา ต่ำกว่า 0.02 มม./ปี (แห้ง) วงจรความร้อน
ทุกอุณหภูมิ การควบแน่นเป็นช่วง ๆ 4 – 8 วัตต์/ซม.² 1.6 มม. 2.5 มม. แปรผันได้ 0.08 – 0.15 มม./ปี (รอบแบบเปียก) การเจาะท่อน้ำ
สำหรับอุณหภูมิไอน้ำที่สูงกว่า 140 องศา อุณหภูมิพื้นผิวของเปลือกหุ้มอาจเกิน 160 องศาที่ผนังหนา ซึ่งสามารถทำให้เกิดการเดือดเฉพาะที่และการพัฒนาตะกรันหากมีอนุภาคที่ละลายอยู่ในน้ำ ในกรณีเหล่านี้ ขอแนะนำให้ได้ความหนาของผนังต่ำสุด-ภายในช่วงที่ระบุ สำหรับอุณหภูมิไอน้ำที่ต่ำกว่า 120 องศา เป็นเรื่องยากที่จะสร้างเงื่อนไขของเปลือกแห้งด้วยความหนาของผนังในทางปฏิบัติ เนื่องจากอุณหภูมิอิ่มตัวต่ำ และอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากฟลักซ์ความร้อนมีจำกัด ในการให้บริการไอน้ำอุณหภูมิต่ำ- วิศวกรควรยอมรับว่าจะมีฟิล์มคอนเดนเสท ดังนั้นให้ระบุความหนาของผนังโดยพิจารณาจากค่าเผื่อการกัดกร่อนมากกว่าการทำงานแบบแห้ง

การปรับเปลี่ยนการออกแบบเพื่อให้ได้การทำงานของเปลือกแห้งด้วยผนังบาง
หากจำเป็นต้องใช้ปลอก 316 ผนังบาง-ที่ต่ำกว่า 1.2 มม. ในการให้บริการไอน้ำ (โดยปกติแล้วจะตอบสนองความร้อนอย่างรวดเร็วในระบบแรงดันต่ำ) การเปลี่ยนแปลงการออกแบบสามประการอาจส่งผลให้การทำงานแห้งแม้ว่าอุณหภูมิจะสูงขึ้นต่ำลงก็ตาม หนึ่งคือการเพิ่มความหนาแน่นของวัตต์ การเพิ่มความหนาแน่นของวัตต์จาก 5 วัตต์/ซม.² เป็น 10 วัตต์/ซม.² อาจทำให้อุณหภูมิพื้นผิวของปลอกเพิ่มขึ้นประมาณ 15–20 องศา และอาจเปลี่ยนการทำงานจากเปียกไปเป็นแห้ง ข้อเสีย-คือความเสี่ยงที่จะเกิดความร้อนสูงเกินไปในท้องถิ่นหากหยุดการไหลของไอน้ำ การปรับครั้งที่สองคือให้เครื่องทำความร้อนทำงานในโหมดไม่ต่อเนื่องที่อุณหภูมิสูงสุดที่มากขึ้น เครื่องทำความร้อนที่หมุนรอบระหว่าง 130 องศาถึง 180 องศาจะใช้เวลาส่วนใหญ่อยู่เหนืออุณหภูมิอิ่มตัว โดยมีการสัมผัสกับคอนเดนเสทเพียงช่วงเวลาสั้นๆ ระหว่างการเริ่มต้น หากเครื่องทำความร้อนอยู่ในสภาพแห้งภายในไม่กี่นาที ความเสียหายจากการกัดกร่อนในระหว่างการสตาร์ทจะมีจำกัด การเปลี่ยนแปลงขั้นสุดท้ายคือการติดตั้งท่อระบายน้ำคอนเดนเสทเพื่อป้องกันไม่ให้น้ำของเหลวก่อตัวรอบเครื่องทำความร้อน ในกรณีที่ไม่มีคอนเดนเสทค้าง อัตราการกัดกร่อนจะลดลงอย่างมากแม้ว่าพื้นผิวจะชื้นด้วยฟิล์มบางก็ตาม สำหรับระบบไอน้ำอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ ความหนาของผนัง 1.6 มม. ถือเป็นการประนีประนอมที่ดีระหว่างค่าเผื่อการกัดกร่อน ขอบการทำงานที่แห้ง และความแข็งแรงเชิงกล วิศวกรต้องระบุส่วนต่างที่จำเป็นของอุณหภูมิพื้นผิว ซึ่งมักจะสูงกว่าความอิ่มตัว 5-10 องศา และขอให้ผู้ผลิตกำหนดความหนาของผนังและความหนาแน่นของวัตต์รวมกัน ซึ่งจะให้ส่วนต่างนี้ ซัพพลายเออร์ที่ไม่สามารถประมาณการนี้ได้อาจไม่พอใจกับความต้องการพิเศษของบริการคอนเดนเสทไอน้ำ