Для інженерів об’єктів, відповідальних за байпасні нагрівачі градирні в системах HVAC та охолодження промислових процесів, поєднання рециркуляційної води зі змінною концентрацією хлориду та переривчастої роботи нагрівача створює складне корозійне середовище. Вода градирні зазвичай містить 200–2000 ppm хлориду з підживлювальної води та концентрації випаровування, з піками понад 5000 ppm протягом літніх місяців. Байпасні нагрівачі працюють, щоб запобігти замерзанню взимку або підтримувати температуру процесу, часто вмикаючись і вимикаючись зі значними коливаннями температури. Оболонка з нержавіючої сталі 316 товщиною 1,2 мм поширена через вимоги до тепловіддачі та обмеження вартості. У цій статті визначено конкретну комбінацію концентрації хлоридів і температури поверхні оболонки, за якої оболонка 316 товщиною 1,2 мм зазнає точкової проникнення протягом 90 днів експлуатації.
Точкова поведінка 316 у воді градирні
Стійкість до пітінгу 316 у хлоридних розчинах визначається критичною температурою пітінгу, яка зменшується зі збільшенням концентрації хлориду. У воді градирні з вмістом хлориду 500 ppm критична температура пітінгу становить приблизно 60°C. При 1000 ppm вона падає до 50°C. При 2000 ppm вона падає до 40°C. При 5000 ppm критична температура становить приблизно 25°C. Для байпасного нагрівача температура поверхні оболонки зазвичай на 15–30°C вища за температуру води в об’ємі через ватну щільність. Градирня, що працює при температурі 30°C, з нагрівачем на 8 Вт/см² створює температуру поверхні оболонки 45–55°C. Якщо концентрація хлориду становить 1000 частин на мільйон, критична температура пітінгу 50°C наближається або перевищує її, і пітінг починається протягом кількох днів або тижнів. Після ініціювання ямки поширюються зі швидкістю 0,2–1,0 мм на місяць у теплій воді градирні, проникаючи через стінку 1,2 мм за 1–4 місяці. 90-денний (3-місячний) поріг проникнення досягається, коли комбінація концентрації хлоридів і температури поверхні оболонки призводить до ініціації ямки протягом 30 днів і завершення поширення протягом наступних 60 днів.
Критичні пороги для 90-денного проникнення
На підставі випробування зануренням 316 зразків у синтетичну воду градирні з типовим рівнем розчиненого кисню та рН 7,5–8,5 наступні комбінації концентрації хлориду та температури поверхні оболонки забезпечують проникнення піттингу протягом 90 днів для стінки 1,2 мм.
| Концентрація хлориду (ppm) | Критична температура пітінгу (°C) | Температура поверхні оболонки для ініціації ямки протягом 30 днів | Швидкість поширення ямки при температурі оболонки (мм/місяць) | Час до проникнення 1,2 мм після початку (місяці) | Загальний термін служби (міс.) |
|---|---|---|---|---|---|
| 300 – 500 | Вище 60°C | 65 – 70°C | 0,3 – 0,5 | 2,5 – 4 | 3,5 – 5 |
| 500 – 800 | 55 – 60°C | 60 – 65°C | 0,4 – 0,7 | 1,7 – 3 | 2,7 – 4 |
| 800 – 1200 | 45 – 55°C | 50 – 60°C | 0,5 – 0,9 | 1,3 – 2,5 | 2.3 – 3.5 |
| 1200 – 1500 | 40 – 45°C | 45 – 50°C | 0,7 – 1,2 | 1,0 – 1,7 | 2,0 – 2,7 |
| 1500 – 2000 | 35 – 40°C | 40 – 45°C | 0,8 – 1,5 | 0,8 – 1,5 | 1,8 – 2,5 |
| 2000 – 3000 | 30 – 35°C | 35 – 40°C | 1,0 – 2,0 | 0,6 – 1,2 | 1.6 – 2.2 |
| 3000 – 5000 | 25 – 30°C | 30 – 35°C | 1,5 – 2,5 | 0,5 – 0,8 | 1,5 – 1,8 |
Для градирні з 1000 ppm хлориду та нагрівача, що створює температуру поверхні оболонки 55°C, 90-денний поріг проникнення перевищено. Ямки з’являються протягом 30 днів і збільшуються до 1,2 мм приблизно за 1,5–2,5 місяці, що забезпечує загальний термін служби 2,5–3,5 місяців прямо на межі 90 днів. При 1500 ppm хлориду з температурою поверхні оболонки 50°C загальний термін служби падає до 2 місяців.
Безпечний робочий конверт протягом 90 днів служби
У наведеній нижче таблиці наведено максимальну безпечну температуру води в градирні для оболонки 316 товщиною 1,2 мм при різних щільностях у Ватах для досягнення 90-денного терміну служби в різних діапазонах концентрації хлориду. Значення гарантують, що температура поверхні оболонки залишається щонайменше на 5°C нижче критичної температури пітінгу для зазначеного рівня хлориду.
| Діапазон концентрації хлориду (ppm) | Критична температура пітінгу мінус 5°C Запас безпеки | Максимальна безпечна температура в масі 5 Вт/см² (підвищення на 12°C) | Максимальна безпечна об’ємна температура 8 Вт/см² (підвищення 20°C) | Максимальна безпечна температура в масі 10 Вт/см² (підвищення 25°C) |
|---|---|---|---|---|
| Нижче 300 ppm | 65°C | 53°C | 45°C | 40°C |
| 300 – 500 ppm | 55°C | 43°C | 35°C | 30°C |
| 500 – 800 ppm | 50°C | 38°C | 30°C | 25°C |
| 800 – 1200 ppm | 40°C | 28°C | 20°C | 15°C |
| 1200 – 1500 ppm | 35°C | 23°C | 15°C | 10°C |
| 1500 – 2000 ppm | 30°C | 18°C | 10°C | 5°C |
| Понад 2000 ppm | Нижче 25°C | Неможливо | Неможливо | Неможливо |
Для градирні з 800 ppm хлориду, що працює при температурі води в об’ємі 25°C, оболонка 316 товщиною 1,2 мм при 8 Вт/см² створює температуру поверхні оболонки приблизно 45°C. Безпечна межа для 800 ppm становить 40°C, тому нагрівач перевищує порогове значення. Щоб досягти 90-денного терміну служби, необхідно знизити щільність ват до 5 Вт/см² (поверхня 37°C) або знизити температуру води в об’ємі.
Зміни конструкції для продовження терміну служби понад 90 днів
Коли для умов градирні потрібна оболонка 316 товщиною 1,2 мм, а термін служби 90-днів недостатній, три модифікації конструкції можуть подовжити термін служби. Перший полягає в установці таймера або регулятора температури, який обмежує роботу нагрівача періодами, коли температура води в масі нижче 25°C. Експлуатація лише в зимові місяці, коли вода в градирні холодна, скорочує час при підвищених температурах оболонки. Друга модифікація полягає в покращенні контролю хімічного складу води. Підтримуючи рН вище 8,0 і додаючи інгібітор корозії, такий як ортофосфат або цинк, можна підвищити критичну точкову температуру на 5–10°C, зсуваючи безпечну зону. Третя модифікація полягає в збільшенні швидкості води по поверхні нагрівача. Обвідна петля з невеликим циркуляційним насосом може збільшити потік від стагнації до 1 м/с, зменшуючи підвищення температури поверхні оболонки з 20 °C до 8–10 °C за тієї самої щільності ват. Для градирень з концентрацією хлориду, що стабільно перевищує 1000 частин на мільйон, інженери повинні вказати більш стійкий до точкової корки сплав, такий як нержавіюча сталь 317 (3,5% молібдену) або титан. Додаткова вартість 317 порівняно з 316 зазвичай становить 15–25%, але термін служби продовжується від 3–6 місяців до 2–3 років. Для критичних систем опалення, вентиляції, вентиляції та кондиціонування повітря, де збій нагрівача може призвести до пошкодження від замерзання, титан є найнадійнішим вибором. Визначаючи байпасні нагрівачі для градирень, завжди отримуйте дані про концентрацію хлориду з кількох випадків відбору проб протягом року. Обігрівач, призначений для зимових умов з 500 ppm хлориду, може швидко вийти з ладу влітку, коли випаровування концентрує хлориди до 2000 ppm. 90-денний поріг проникнення не є фіксованим числом, а передбачуваною функцією концентрації хлоридів і температури поверхні оболонки. Вимірюючи обидва параметри та застосовуючи запаси надійності в таблиці, інженери можуть прогнозувати термін служби нагрівача та планувати технічне обслуговування, уникаючи несподіваних збоїв захисту від замерзання.
