Pri akej špecifickej kombinácii koncentrácie chloridov a povrchovej teploty plášťa zažije 1,2-milimetrový plášť z nehrdzavejúcej ocele 316 jamkovú penetráciu do 90 dní v službe obtokového ohrievača chladiacej veže?

Technici zariadení pracujúci so systémami HVAC a chladením priemyselných procesov s obtokovými ohrievačmi chladiacej veže čelia náročnému koróznemu prostrediu s kombináciou recirkulujúcej vody s kolísavým obsahom chloridov a prerušovanou prevádzkou ohrievača. Typická voda v chladiacej veži je 200 – 2 000 ppm chloridu v dôsledku koncentrácie prídavnej vody a odparovania s maximami nad 5 000 ppm počas horúcich mesiacov. Obtokové ohrievače sa zapínajú a vypínajú, aby sa zabránilo zamrznutiu v zime alebo aby sa udržiavali procesné teploty, často s veľkými teplotnými rozdielmi. Plášť z nehrdzavejúcej ocele 316 s hrúbkou 1,2 mm sa bežne vyberá kvôli požiadavkám na tepelnú odozvu a obmedzeniu nákladov. Tento dokument určuje kombináciu obsahu chloridov a povrchovej teploty plášťa, ktorá spôsobí jamkovú penetráciu plášťa 1,2 mm 316 za 90 dní prevádzky.

316 Chovanie jamiek vo vode chladiacej veže
Kritická bodová teplota riadi odolnosť proti bodovej korózii 316 v roztokoch chloridov, ktorá klesá so zvyšujúcou sa koncentráciou chloridu. Kritická bodová teplota vo vode chladiacej veže s 500 ppm chloridu je asi 60 °C. Znižuje sa na 50 °C pri 1 000 ppm. Znižuje sa na 40 °C pri 2000 ppm. Kritická teplota pri 5000 ppm je asi 25 °C. A hustota wattov v obtokovom ohrievači spôsobuje, že povrchová teplota plášťa je vo všeobecnosti o 15-30 stupňov vyššia ako teplota vody. Chladiaca veža pracujúca pri objemovej vode 30 stupňov a ohrievač s výkonom 8 W/cm2 má za následok povrchovú teplotu plášťa 45-55 stupňov. Pri koncentrácii chloridov 1 000 ppm sa prahová teplota bodkovania 50 stupňov blíži alebo prekračuje a k bodkovaniu dochádza v priebehu dní až týždňov. Raz vypustené jamy rastú rýchlosťou 0,2–1,0 mm za mesiac-1 v teplej vode chladiacej veže a preniknú cez 1,2 mm stenu za 1–4 mesiace. Prah penetrácie 90 dní (3 mesiace) sa dosiahne, keď kombinácia koncentrácie chloridov a povrchovej teploty plášťa vedie k iniciácii jamiek za 30 dní a k proliferácii v nasledujúcich 60 dňoch.

90-dňové kritické prahy penetrácie
Výsledky ponorných skúšok vykonaných na 316 vzorkách vo vode zo syntetickej chladiacej veže s normálnym obsahom rozpusteného kyslíka a pH 7,5 – 8,5 naznačujú kombinácie koncentrácie chloridov a povrchovej teploty plášťa, ktoré spôsobujú jamkovú penetráciu do 90 dní pre 1,2 mm stenu.

Koncentrácia chloridu (ppm) Kritická teplota jamiek (°C) Povrchová teplota puzdra pre iniciáciu jamky do 30 dní Rýchlosť šírenia jamky pri teplote puzdra (mm/mesiac) Čas do penetrácie 1,2 mm po iniciácii (mesiace) Celková životnosť (mesiace) 300 °C – 50 °C –60 nad 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 – 1,200 45 – 55 °C 50 – 60 °C 0,5 – 26} – {{25 °C 0,5 – 0.9 1.3 – 0.9 1.3 – 1 3.5 1,200 – 1,500 40 – 45 °C 45 – 50 °C 0,7 – 1.2 1.0 – 1.7 2.0 – 2.7 1, 500 – 2,000 35 – 40 °C 40 – 45 °C {0}4} – {4} –} – {{05 °C 0,4} – {{40}{0} – 3,000 30 – 35 °C 35 – 40 °C 1,0 – 2.0 0.6 – 1.2 1.6 – 2.2 3, 000 – 5,000 25 – 30 °C 30 – 35 °C 1,5 – 2.5 0.5 – 0,108 ppm s chloridovou vežou – 0,166 ppm ohrievač produkujúci povrchovú teplotu plášťa 55 °C, je prekročený 90-dňový prah prieniku. Jamky začínajú približne po 30 dňoch a narastú na 1,2 mm za približne 1,5 – 2,5 mesiaca s celkovou životnosťou 2,5 – 3,5 mesiaca – presne na hranici 90 dní. Pri 1 500 ppm chloridu a teplote povrchu plášťa 50 stupňov sa celková životnosť skracuje na 2 mesiace.

Bezpečná prevádzková obálka s 90-dňovou životnosťou
Nižšie uvedená tabuľka zobrazuje maximálnu povolenú teplotu vody v chladiacej veži pre 1,2 mm 316 plášť pri rôznych hustotách wattov, aby sa zabezpečila životnosť 90 dní pri rôznych rozsahoch koncentrácie chloridov. Hodnoty zaisťujú, že povrchová teplota plášťa je 5 °C pod kritickou bodovou teplotou pre uvedenú hladinu chloridov.

Rozsah koncentrácie chloridu (ppm) Kritická teplota jamky mínus 5 stupňov Bezpečná rezerva Maximálna bezpečná objemová teplota pri 5 W/cm2 (12 stupňový nárast) Maximálna bezpečná objemová teplota pri 8 W/cm2 (20 stupňový nárast) Maximálna bezpečná objemová teplota pri 10 W/cm2 (25 stupňový nárast)
Pod 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 1200 – 1200 ppm 20 °C 15 °C 1 200 – 1 500 ppm 35 °C 23 °C 15 °C 10 °C 1 500 – 2 000 ppm 30 °C 18 °C 10 °C 5 °C Nerealizovateľné Pod 25 °C Nerealizovateľné
Pre 800 ppm chloridovú chladiacu vežu pracujúcu pri teplote vody v objeme 25 °C poskytuje 1,2 mm plášť 316 pri 8 W/cm² povrchovú teplotu plášťa približne 45 °C. Pre 800 ppm je bezpečný limit 40 °C a ohrievač prekročí prah. Hustota wattov by mala byť znížená na 5 W/cm² (povrchová teplota 37°C) alebo by mala byť znížená teplota vody, aby sa dosiahla životnosť 90 dní.

Zmeny dizajnu na zvýšenie životnosti na viac ako 90 dní
Životnosť je možné predĺžiť tromi konštrukčnými úpravami v podmienkach chladiacej veže, ak 90-dňová životnosť nie je dostatočná a je potrebný 1,2 mm plášť 316. Prvým je inštalácia časovača alebo regulátora teploty, ktorý obmedzí prevádzku ohrievača na časy, keď je teplota vody v objeme nižšia ako 25 °C. Prevádzka iba v zimných mesiacoch, keď je voda chladiacej veže studená, znižuje čas pri zvýšených teplotách plášťa. Druhou zmenou je zlepšenie regulácie chemizmu vody. Udržiavaním pH nad 8,0 a pridaním inhibítora korózie, ako je ortofosfát alebo zinok, je možné posunúť bezpečný obal. Kritická bodkovacia teplota sa môže zvýšiť o 5–10 °C. Treťou zmenou je zvýšenie rýchlosti vody cez vykurovací povrch. Malá bypassová slučka so skromným obehovým čerpadlom môže zvýšiť prietok zo stacionárneho na 1 m/s a znížiť nárast povrchovej teploty plášťa z 20 stupňov na 8-}10 stupňov pri rovnakej hustote wattov. V chladiacich vežiach, kde sú koncentrácie chloridov nepretržite vyššie ako 1 000 ppm, by mali inžinieri špecifikovať zliatinu odolnejšiu proti jamkovej korózii, ako je nehrdzavejúca oceľ 317 (3,5 % molybdén) alebo titán. Prírastkové náklady 317 nad 316 sú približne 15–25 %, ale životnosť sa predlžuje z 3–6 mesiacov na 2–3 roky. Titán je najlepšou voľbou materiálu pre základné aplikácie HVAC, kde zlyhanie ohrievača môže spôsobiť poškodenie mrazom. Pri špecifikovaní obtokových ohrievačov pre chladiace veže vždy získajte údaje o koncentrácii chloridov z mnohých odberov vzoriek počas roka. Letný ohrievač navrhnutý so špecifikáciou 500 ppm chloridu pre zimné podmienky môže čoskoro zlyhať, keď sa chloridy skoncentrujú odparovaním na 2000 ppm. 90-dňová penetrácia nie je stanovené číslo, ale predvídateľný dôsledok koncentrácie chloridov a teploty povrchu puzdra. Vyhodnotením oboch parametrov a použitím bezpečnostných rezerv v tabuľke môžu inžinieri predpovedať životnosť ohrievača a plánovať údržbu, aby sa predišlo neočakávaným poruchám ochrany proti zamrznutiu.