Mis on -Optimeeritud kesta paksus 316 roostevabast terasest mahutisoojendi jaoks 30% naatriumhüdroksiidi lahuses 50 kraadi juures viie-aastase disainieaga

Põhiline{0}}allahindlus keskmise-temperatuuri söövitava teenuse osas

Naatriumhüdroksiidi mahutid 30% kontsentratsiooniga ja 50 kraadi juures on tavaline, kuid sageli valesti mõistetav rakendus 316 roostevabast terasest sukelsoojendi jaoks. Sellel temperatuuril ja kontsentratsioonil on roostevaba teras 316 suurepärane üldine korrosioonikindlus. Ühtlane korrosioonimäär on märkimisväärselt madal, tavaliselt 0,01-0,03 mm aastas, kuna kontsentreeritud söövitav keskkond soodustab stabiilse kaitsva passiivse kile teket. 1,0 mm sein kestaks teoreetiliselt 33–100 aastat ainuüksi ühtlase rünnaku korral. Tõelised ohud ei ole üldine korrosioon, vaid kaks lokaliseeritud nähtust: söövitava pinge korrosioonipragunemine vedeliku-auru liideses ja täidisega saastumise või ebapuhta söövitava toite tõttu tekkiv auk. Kulude -optimeeritud ümbrise paksust viie-aastaseks konstruktsiooniliseks kasutuseaks ei määra seega mitte korrosioonikindlus tavapärases tähenduses, vaid minimaalne paksus, mis on vajalik lokaalsete häirete üleelamiseks, paigaldamise ja puhastamise mehaanilise vastupidavuse tagamiseks ning tarbetute materjalikulude vältimiseks. See analüüs arvutab tegeliku kulu{18}}optimeeritud paksuse, kaaludes materjalikulu ja riskiga kohandatud kasutusiga.

Viie{0}}aastase teenistuse ühtne korrosioonitoetus

Roostevaba terase 316 puhul 30% naatriumhüdroksiidis 50 kraadi juures näitavad NACE ja ASTM Internationali avaldatud korrosiooniandmed ühtlaseks korrosioonikiiruseks 0,01-0,03 mm aastas aeratsioonitingimustes ja veelgi madalamaks (0,005{21}}0,015 mm aastas) tüüpilistes lahustunud hapnikusisalduse tingimustes. Viie aasta jooksul on ühtlane metallikadu kokku 0,05-0,15 mm. 316 roostevabast terasest ümbrise minimaalne konstruktsiooni paksus, mis on vajalik rõhu terviklikkuse ja mehaanilise tugevuse säilitamiseks, on ligikaudu 0,4-0,5 mm. Lisades sellele miinimumile viieaastase korrosioonivaru, saadakse teoreetiliselt nõutav paksus 0,45-0,65 mm. Mis tahes paksus üle 0,7 mm ei anna ühtlase korrosioonikindluse jaoks täiendavat kasu. Kütteseadmete tootjate tavaliselt pakutavad 1,2 mm, 1,5 mm ja 2,0 mm seinad ületavad kõik selle nõude suure varuga. Puhtalt ühtlase korrosiooni vaatenurgast on kõige õhem kaubanduslikult saadaolev kest (tavaliselt 1,0–1,2 mm) viieaastase disainiea jaoks enam kui piisav.

Lokaliseeritud rünnakurisk ja vajadus häiritud marginaali järele

Kuigi ühtlane korrosioon on tühine, nõuab lokaalne rünnak, mis tuleneb kloriidiga saastumisest või söövitavate kontsentratsioonirakkude moodustumisest vedela{0}}auru liidesel, täiendavat metallivaru. Tehnilise puhtusega naatriumhüdroksiid sisaldab sageli 50{15}}500 ppm kloriide tootmisprotsessis (membraanirakkude või diafragmarakkude protsessides) pärineva lisandina. 50 kraadi juures on 316 roostevaba teras 30% leeliselises ja 200 ppm kloriidides kriitiline punktmoodsustemperatuur üle 60 kraadi, seega ei ole tavatingimustes täppide teket oodata. Kui aga paaki kuumutatakse ja lastakse seejärel jahtuda või kui kütteseade lülitub sisse ja välja, võib aurustamistsüklite ajal mantli pinnal tekkida kloriidide lokaalne kontsentratsioon. Punktide tekitamise määr sellistes häiritud tingimustes võib lühiajaliselt ulatuda 0,1-0,3 mm-ni aastas. Viie aasta jooksul võib isegi üks kuu häiritud tingimusi tekitada süvendi sügavus 0,025-0,075 mm. Veelgi olulisem on see, et söövitava pinge korrosioonipragunemine vedeliku-auru liideses nõuab tõmbepinge, söövitava kontsentratsiooni ja kõrgendatud temperatuuri kombinatsiooni. 50 kraadi juures on CSCC risk madal, kuid mitte null. Pragude levimiskiirus, kui see käivitatakse, on ligikaudu 0,05-0,2 mm aastas. 1,2 mm seina augustaks 12 aasta pärast 0,1 mm aastas kasvav pragu. 1,0 mm sein laguneb 10 aastaga. Viieaastase disainiea jaoks on mõlemad piisavad. Õhem, 0,8 mm sein perforeeritaks aga kaheksa aastaga, jättes alles vaid kolmeaastase ohutusvaru. Kululiselt optimeeritud paksus peab seetõttu sisaldama ohutusvaru tuvastamata lokaliseeritud rünnaku vastu. Söövitavate ainete hoidlate kohapealsed kogemused näitavad, et minimaalne paksus 1,0–1,2 mm tagab enamiku paigalduste jaoks mugava viieaastase ohutusvaru. Üle 1,5 mm paksused lisavad kulusid ilma proportsionaalse riski vähendamiseta, kuna tõenäosus, et pragu või süvend ületab 1,2 mm sügavust viie aasta jooksul, on õigetes töötingimustes äärmiselt väike.

Mehaaniline vastupidavus paigaldamiseks ja puhastamiseks

Naatriumhüdroksiidi mahutid vajavad perioodilist puhastamist, et eemaldada atmosfääri süsinikdioksiidi neeldumisel tekkivad naatriumkarbonaadi kristallid. Puhastamise ajal võib küttekehasid eemaldada, käsitseda ja uuesti paigaldada. Neid võivad tabada ka puhastusvahendid või külmunud söövitav aine, mis mõnikord koguneb paagi seintele. Mantli mehaaniline vastupidavus muutub praktiliseks kaalutluseks. 1,2 mm seina võib mõõduka löögi tõttu painutada või mõlkida, 1,5 mm sein on aga märgatavalt jäigem. 2,0 mm sein on käsitsemiskahjustuste suhtes oluliselt vastupidavam. Kahjustatud küttekeha parandamise või asendamise kulud on aga tavaliselt palju madalamad kui paksema seina lisakulud kogu kütteseadmete pargis. Ühe 3 kW küttekeha puhul on materjalikulu erinevus 1,2 mm ja 2,0 mm kesta vahel ligikaudu 15-25% küttekeha kogumaksumusest. Kui mehaaniliste kahjustuste tõenäosus viieaastase eluea jooksul on väiksem kui 10%, on kahjustuse eeldatav maksumus väiksem kui paksema seina lisahind. Enamiku hästi-haldatud hoidlate puhul, kus kütteseadmeid käsitsetakse hoolikalt, on mehaanilise vastupidavuse jaoks optimeeritud kulu-paksus 1,2-1,5 mm. Rajatiste puhul, kus käideldakse karmilt või kus küttekehad on paigaldatud raskesti ligipääsetavatesse kohtadesse, võib 1,8–2,0 mm olla kuludega põhjendatud.

Soojusefektiivsuse ja energiakulude kaalutlused

Paksuste soojustakistuse erinevus mõjutab otseselt energiatarbimist viie aasta jooksul. 12 mm välisläbimõõduga 30% naatriumhüdroksiidis 50 kraadi juures oleva küttekeha puhul on konvektiivne soojusülekandetegur olenevalt segamisest ligikaudu 600-1000 W/m²·K. Täiendav soojustakistus seina paksuse suurendamisest 1,2 mm-lt 2,0 mm-ni lisab ligikaudu 0,004 m²·K/W. 0,1 m² ümbrise pindalaga küttekeha puhul, mis töötab 8000 tundi aastas temperatuuril 50 kraadi kõrgemal ümbritsevast õhust (pidev töö), on täiendav soojuskadu ligikaudu 0,004 korrutatud temperatuuride erinevuse ja pindalaga, mis tähendab ligikaudu 2–3% väiksemat soojusvõimsust sama elektrisisendi puhul. Viie aasta jooksul moodustab see efektiivsuskadu ligikaudu 2000-3000 kWh täiendavat elektritarbimist 10 kW küttevõimsuse kohta. Tööstusliku elektrihinnaga 0,08 dollarit kWh kohta on viie aasta jooksul lisanduv energiakulu 160-240 dollarit 10 kW küttekeha kohta. 10 kW küttekeha 1,2 mm ja 2,0 mm kesta esialgne kulude erinevus on tavaliselt 50–100 dollarit. Õhem sein maksab seetõttu oma madalama materjalikulu tagasi tänu suuremale efektiivsusele, muutes selle kuludelt optimeeritud valikuks pidevaks tööks. Vahelduva töö korral, kus kütteseade töötab vaid 2000 tundi aastas, väheneb energiakulude erinevus viie aasta jooksul 40–60 dollarini, mis ei pruugi küll tõhususe argumenti õigustada, kuid soosib siiski õhemat seina ainuüksi materjalikulude osas.

Kulu{0}}Optimeeritud paksuse analüüsi tabel

Kui paksemad seinad muutuvad{0}}õigustatud

Vaatamata ülaltoodud analüüsile on teatud tingimused, kus paksem sein muutub kulu{0}}optimaalseks valikuks. Esiteks, kui söövitav aine sisaldab teadaolevalt kõrget kloriidisisaldust (üle 500 ppm) ja paak töötab temperatuuril üle 60 kraadi, tagab 1,8-2,0 mm sein vajaliku korrosioonivaru, mida 1,2 mm seinad ei suuda. Enneaegse rikke hind iga kahe aasta järel kaalub üles esialgse paksuse lisatasu. Teiseks, kui paak kogeb sagedast termilist tsüklit, mille tõttu kütteseade paisub ja kokku tõmbub vastu paagi avasid, on paksem sein kinnitusääriku kulumiskindel. Kolmandaks, kui kütteseade on paigaldatud paaki, mida ei saa kontrollimiseks või asendamiseks tühjendada ilma märkimisväärse tootmiskadudeta, õigustab planeerimata seisakute maksumus konservatiivset 2,0 mm paksust isegi siis, kui rikke statistiline tõenäosus on väike. Neljandaks, kui söövitav aine sisaldab abrasiivseid tahkeid aineid, näiteks naatriumkarbonaadi kristalle, mis settivad küttekehale, võib erosiooni-korrosiooni kiirus ulatuda 0,05–0,1 mm-ni aastas, mis nõuab täiendavat metallivaru.

Järeldus: kulu{0}}optimeeritud paksus standardteenuse jaoks

Enamiku 30% naatriumhüdroksiidi mahutite puhul, mille temperatuur on 50 kraadi ja mille tüüpiline kloriidisisaldus on alla 200 ppm ja mõistlike käsitsemisviisidega, on kulu-optimeeritud ümbrise paksus viie-aastaseks kavandatud elueaks 1,2-1,4 mm. See paksus tagab rohkem kui kümme korda suurema korrosioonivaru kui oodatav ühtlane kadu, 1,0 mm või suurema ohutusvaru lokaalse rünnaku vastu, piisava mehaanilise vastupidavuse hoolikaks käsitsemiseks ja kõrgeima termilise efektiivsuse. Suurendamine 1,5{13}}1,6 mm-ni suurendab materjalikulusid ja vähendab tõhusust, parandamata oluliselt niigi väikest korrosiooniga seotud{16}}tõrgete tõenäosust. Suurendamine 2,0 mm-ni või üle selle on kulu-õigustatud ainult siis, kui esinevad teatud häiritud tingimused: kõrge kloriidisisaldus, abrasiivsed tahked ained, sagedane termiline tsükkel või karmid tootmiskaristused planeerimata asendamise korral. Söövitavate ainete säilitamiseks kütteseadme määramisel peaksid insenerid taotlema naatriumhüdroksiidi tarne ja eeldatava töötsükli kloriidanalüüsi. Selle teabe põhjal saab kulu-optimeeritud paksuseks arvutada 1,2 mm puhta leeliselise aine puhul, mille kloriidide sisaldus on alla 100 ppm, 1,4-1,6 mm kloriidide sisaldusega kuni 500 ppm ja 2,0 mm ainult siis, kui konkreetsed riskitegurid õigustavad lisatasu. See lähenemisviis muudab paksuse otsuse paksemate seinte vaikeeelistusest andmepõhiseks{26}}kulu optimeeritud insenerivalikuks, mis tasakaalustab esialgse materjalikulu viie aasta tegevuskulude ja riskiga korrigeeritud rikke tõenäosusega.