Náuka o materiáli: Prispôsobenie plášťa ohrievača náplne prostrediu

Pokiaľ ide o ohrievače kaziet, špecifikáciami sú často len niektoré elektrické a veľkostné parametre: napätie, príkon, priemer a dĺžka. Sú dôležité, ale metalurgické zloženie vonkajšieho plášťa je často najdôležitejším faktorom dlhodobej bezpečnosti a spoľahlivosti. Je veľkou chybou myslieť si, že puzdro je obyčajná prázdna nádoba. Plášť je hlavná vec, ktorá chráni drsné procesné prostredie vonku pred preniknutím do drsného vnútorného prostredia elektrických prvkov s vysokou-teplotou. Výber nesprávneho materiálu plášťa pre prácu takmer vždy povedie k zlyhaniu; jediné, čo sa môže zmeniť, je to, ako a kedy sa to stane.

Štandard: austenitické nehrdzavejúce ocele


Pre väčšinu priemyselných použití, ktoré vyžadujú čisté, suché zahrievanie kovov, vrátane ich zapustenia do oceľových foriem, hliníkových platní alebo mosadzných lisovníc, sú austenitické nehrdzavejúce ocele typu 304 (AISI 304) alebo jej stabilizovaný náprotivok typu 321 tou najlepšou a najlacnejšou možnosťou. Tieto zliatiny majú na svojom povrchu silný, samoliečiaci sa oxid chrómu (Cr₂O₃), ktorý ich chráni pred všeobecnou oxidáciou (odstraňovaním vodného kameňa) pri teplotách až do približne 700 stupňov (1290 stupňov F). Typ 321, ktorý má pridaný titán, lepšie odoláva senzibilizácii a medzikryštalickej korózii v teplotnom rozsahu 425–870 stupňov (800–1600 stupňov F). To je dôležité pre ohrievače, ktoré prechádzajú mnohými tepelnými cyklami. To je dôvod, prečo si ho mnohí ľudia vyberajú pre tepelné aplikácie, ktoré sú tvrdé, ale nie korozívne.

Problém: Prostredie, ktoré je korozívne a špinavé

Keď proces pridáva korozívne činidlá, prevádzkové prostredie sa veľmi zmení. Práve vysoká vlhkosť je problémom, pretože môže spôsobiť kondenzáciu. Prítomnosť chloridov, ktoré sú rozšírené v pobrežných atmosférach, niektorých procesných chemikáliách alebo čistiacich prostriedkoch, je však vážnou hrozbou pre typické nehrdzavejúce ocele série 300{4}}. Pri týchto materiáloch je veľmi pravdepodobné, že dôjde k praskaniu chloridovej korózie (Cl-SCC), keď sú súčasne prítomné chloridové ióny, vlhkosť a napätie v ťahu (ktoré je vždy prítomné v ohrievači armatúry). Tento spôsob zlyhania môže dovoliť, aby sa plášť náhle a ľahko zlomil, bez veľkého stenčenia steny, čo môže viesť ku katastrofálnemu a často smrteľnému zlyhaniu.

Na takýchto miestach je potrebné prejsť na superzliatinu niklu-chrómu-železa. Incoloy 800/800H alebo Incoloy 840 sú príklady materiálov, ktoré sú vyrobené na zvládnutie takýchto problémov. Tieto zliatiny majú oveľa viac niklu (zvyčajne 30 – 35 % alebo viac), vďaka čomu sú oveľa odolnejšie voči koróznemu praskaniu spôsobenému chloridom. Tiež si zachovávajú stabilnejší a ochrannejší oxidový kameň pri vysokých teplotách, vďaka čomu lepšie odolávajú oxidácii, nauhličovaniu a sulfidácii v komplikovaných atmosférach. Pri práci so žieravinami, ako je chemické spracovanie alebo niektoré postupy pokovovania, sú tieto zliatiny na báze niklu{11}}vo všeobecnosti jedinou možnosťou, ktorá rýchlo zastaví alkalický útok.

Potreba použitia vysokého-napätia

Vo vysokonapäťových systémoch, ako sú 700V ohrievače kaziet, sú následky zlyhania plášťa ešte horšie. V tomto prípade je funkcia plášťa ako elektrického izolátora rovnako dôležitá ako jeho úloha ako bariéra proti korózii. Dierkový únik z jamkovej korózie alebo trhliny z napätia prepúšťa vlhkosť a skracuje interiérový prvok. Vytvára priamu cestu s nízkym{5}}odporom pre celé sieťové napätie (700 V alebo viac) na napájanie okolitých nástrojov, procesnej kvapaliny alebo rámu stroja. Toto je veľmi nebezpečné riziko úrazu elektrickým prúdom pre pracovníkov, môže zničiť citlivú riadiacu elektroniku a môže spôsobiť požiar v prchavých procesných chemikáliách. Integrita plášťa nie je len o tom, ako dlho vydrží vysokonapäťové ohrievače-; je tiež hlavným bezpečnostným kritériom, ktoré vyžaduje použitie najpevnejších kovov{10}}najodolnejších voči korózii.

Nátery a povrchové inžinierstvo sú špeciálne použitia.

K základnej zliatine je možné pridať špeciálne povrchové úpravy, aby vyhovovali špecifickým procesným potrebám. Pri spracovaní potravín, liečivách alebo spracovaní polymérov (ako PTFE) sú najdôležitejšie priľnavosť produktu, kontaminácia a jednoduché čistenie. V určitých situáciách nemusí byť bežný kovový plášť, aj keď nehrdzavie, tou najlepšou voľbou. Plášť ohrievača kazety môžete urobiť-nepriľnavým, inertným a ľahko sa čistí tak, že naň nanesiete povrchovú vrstvu PTFE (Teflon®) spĺňajúcu požiadavky FDA-potravinárskej{4}}triedy (FDA) (Teflon®) alebo sofistikovanú nano-keramickú vrstvu. Tieto nátery zabraňujú tvorbe karbonizovaného materiálu, šetria čas údržby a zaisťujú čistotu produktu. Sú zmesou metalurgickej a materiálovej vedy, ktorá pomáha riešiť určité problémy s rozhraním.

Záver: Voľba prediktívneho výkonu v predstihu

Posledným krokom, ako sa uistiť, že ohrievač je dostatočne silný, je pozrieť sa na príručku odolnosti proti korózii alebo sa porozprávať s odborníkom na materiály, aby porovnali alternatívy zliatiny plášťa s presnými chemickými, teplotnými a okolitými podmienkami pri práci. Táto malá, proaktívna investícia do materiálovej vedy sa výrazne vypláca tým, že premení ohrievač kaziet z predvídateľného spotrebného materiálu na spoľahlivú, vstavanú-súčasť procesu. Správny plášť zaisťuje, že tepelná energia je vždy posielaná do obrobku a ohrievač samotný zostáva silnou a bezpečnou nádobou, ktorá si poradí s prostredím, pre ktoré bol vyrobený.