PTFE korpuso ir vamzdelio šilumokaitis savo korpuse tvarko švarų, nerūdijantį aušinimo vandenį, todėl standartinis, nebrangus anglies plieno apvalkalas atrodo visiškai tinkamas pasirinkimas. Tačiau šis šilumokaitis gyvena chloro dujų kompresoriaus šešėlyje arba šalia rūgšties rezervuaro, kur išsiliejimas arba nuolatiniai, drėgni, ėsdantys dūmai yra kasdienė realybė. Korpuso išorę patiria negailestinga cheminė ataka, kuri po kelių mėnesių surūdys ir įdubs plieninę sieną. Pasirinkus tinkamą apvalkalo medžiagą, reikia apsaugoti šilumokaitį nuo šio išorinio atmosferos priešo.
Šiame straipsnyje pateikiamas praktinis vadovas, kaip pasirinkti tinkamąapvalkalo medžiaga PTFE šilumokaičio ėsdinanti išorinė aplinkasąlygų paklausą, subalansuojant išlaidas, ilgaamžiškumą ir saugumą.
Kodėl dažnai nepaisoma išorinės korozijos
Dėmesys vidiniam skysčių suderinamumui
Nurodant PTFE šilumokaitį, didžioji dalis inžinerinių pastangų yra nukreipta į proceso skystį{0}}korozinį skystį arba dujas, tekančius vamzdžiais arba korpuso puse. PTFE pamušalai arba kietieji PTFE vamzdžiai parenkami taip, kad galėtų susidoroti su tuo vidiniu agresoriumi. Korpuso medžiaga, priešingai, dažnai parenkama remiantis tik mechaniniu slėgio reikalavimu ir bendra prielaida „patalpose švari atmosfera“. Tačiau daugelyje chemijos gamyklų, metalo apdailos cechų ir naftos perdirbimo gamyklų atmosfera yra nuo silpnos iki stipriai korozinė dėl nepastovių išmetamųjų teršalų, išsiliejimų ar tiesiog didelės drėgmės kartu su ore esančiais chloridais ar rūgšties rūku.
Nepakankamai nurodyto apvalkalo pasekmės
Anglies plieno apvalkalas, visiškai tinkamas sausai patalpų aplinkai, gali sugesti per kelis mėnesius, kai yra veikiamas:
Rūgščių dūmai(HCl, H2SO₄, HNO₃) iš netoliese esančių rezervuarų ar ventiliacijos angų
Chloro arba bromo garainuo vandens valymo ar cheminių procesų
Chloridų turtingas pakrantės oras(druskos purškalas)
Amoniako arba aminų rūkasiš trąšų ar naftos chemijos operacijų
Išsiliejimaiagresyvių chemikalų ant korpuso paviršiaus priežiūros metu arba atsitiktinai išleidžiant
Gedimas paprastai prasideda kaip taškinė korozija, po kurios seka bendras sienelių plonėjimas ir galiausiai atsiranda nuotėkis per apvalkalą. Tokie nutekėjimai ne tik sukelia proceso prastovą, bet ir kelia pavojų saugai bei aplinkai. Plieninė šilumokaičio oda turi būti aptraukta savo cheminiais šarvais, kad išgyventų tylią, oru sklindančią augalų atmosferos ataką.
Korpuso medžiagų parinktys
1 variantas: anglinis plienas su chemikalams atspariais dažais (mažiausiai)
Ekonomiškiausias pasirinkimas yra anglinio plieno apvalkalas (pvz., SA-516 Gr. 70 arba lygiavertis), kurio paviršius buvo paruoštas (abrazyvinis pūtimas iki Sa 2,5) ir padengtas aukštos kokybės, daugiasluoksne, chemikalams atsparia dažų sistema. Tipiškos dangos sistemos apima:
Epoksidiniai gruntai(dviejų komponentų, aukštos konstrukcijos), po to padengiamas epoksidinis arba poliuretano sluoksnis.
Poliuretano arba fluoropolimeru modifikuoti viršutiniai sluoksniaididesniam cheminiam atsparumui.
Vinilo esterio arba stiklo dribsniais užpildytos dangosesant stipriam poveikiui.
Tinkama aplinka:Švelni, patalpų, sausa atmosfera, retkarčiais atsitiktinai patenkant į neagresyvius dūmus (pvz., mažas organinių tirpiklių kiekis). Dažai veikia kaip aukos barjeras. Tačiau dažai yra trapūs. Vienas įbrėžimas ar šventė (skyla) gali sukelti korozijos ląstelę, kuri greitai pažeidžia dangą ir atakuoja plieną. Būtina reguliariai tikrinti ir taisyti. Bet kokioje aplinkoje, kurioje nuolatos ėsdina dūmai arba purslų, dažytas anglies plieno apvalkalas yra minimalus trumpalaikis sprendimas.
2 variantas: 316L nerūdijantis plienas (standartinis pramoninis atnaujinimas)
Norint gauti tvirtesnį ir nuolatinį sprendimą žinomoje korozinėje atmosferoje, kietas 316 l nerūdijančio plieno korpusas yra standartinis pramoninis atnaujinimas. 316L (mažas anglies kiekis) yra molibdeno (2–3 %), kuris puikiai atsparus:
Chlorido duobių ir plyšių korozija(vidutinėje koncentracijoje)
Rūgščių dūmai(įskaitant praskiestą sieros, druskos ir fosforo rūgštis)
Pakrantės (druskos) atmosfera
316 l korpusui nereikia dažų, reguliarios dangos priežiūros ir nereikalaujama jokių pataisymų po įbrėžimų ar mechaninių pažeidimų. Iš paviršiaus į vidų jis yra atsparus korozijai. Daugumoje chemijos gamyklų aplinkos ir bet kokiam įrenginiui kelių kilometrų atstumu nuo pakrantės rekomenduojamas 316 l.
Apribojimai:316L neatsparus karštai, koncentruotai druskos rūgščiai, stiprioms redukuojančioms rūgštims ar aukštos temperatūros chlorido tirpalams (daugiau nei 50–60 laipsnių, esant dideliam chlorido kiekiui). Jį gali užpulti ir karštos organinės rūgštys. Tačiau esant įprastam išoriniam atmosferos poveikiui (net ir stipriam), 316L puikiai aptarnauja.
Priemoka už kainą:316L korpusai yra maždaug 3–5 kartus brangesni nei anglinis plienas, skaičiuojant pagal medžiagą, tačiau eksploatavimo išlaidos dažnai yra mažesnės, nes nereikia perdažyti ar taisyti su korozija susijusio remonto.
3 parinktis: stiklo pluoštu sustiprintas plastikas (FRP) – ekstremalioms aplinkoms
Atliekant sunkiausią, lauko ar mišrią rūgščių aplinką,-pavyzdžiui, šilumokaitį, sumontuotą tiesiai po vandenilio chlorido rūgšties išleidimo kaminu arba daug chloro ir drėgmės atmosferoje, kurios temperatūra žemesnė nei 100 laipsnių, -iš stiklo pluoštu sustiprinto plastiko (FRP) pagamintas apvalkalas gali būti galutinis sprendimas. FRP korpusai gaminami iš termoreaktyvios dervos (pvz., vinilo esterio, epoksidinės dervos arba poliesterio), sutvirtintos stiklo pluoštu. Pagrindiniai privalumai:
Praktiškai neribotas atsparumas korozijaiįvairioms rūgštims, šarmams, druskų tirpalams ir organiniams tirpikliams (priklausomai nuo dervos pasirinkimo).
Nėra galvaninės korozijos– FRP yra nemetalinis.
Lengvas– paprastai penktadalis plieno svorio.
Nereikalauja dažymo ar priežiūrosišoriniam paviršiui.
Kritiniai FRP apvalkalų apribojimai:
Temperatūros riba– Paprastai 100–120 laipsnių vinilo esteriui, žemesniam poliesteriui. FRP negalima naudoti aukštos temperatūros paslaugoms.
Slėgio riba– FRP korpusai yra skirti mažesniam slėgiui (paprastai iki 10 barų, bet dažnai mažesniam), palyginti su plienu. Aukšto slėgio (virš 10 barų) darbams FRP netinka.
Degumas– FRP yra degi. Jis sudegs ir išskirs dūmus bei toksiškus garus. Tais atvejais, kai pagrindinis rūpestis yra priešgaisrinė sauga (pvz., užimtuose pastatuose arba šalia uždegimo šaltinių), FRP gali būti draudžiamas vietiniais kodeksais. Yra ugniai atsparių dervų, tačiau jos vis dar turi apribojimų.
Pralaidumas– Laikui bėgant kai kurios cheminės medžiagos gali prasiskverbti pro dervos sluoksnį ir pažeisti stiklo pluoštą. Tinkamas dervos pasirinkimas yra labai svarbus.
Mechaninis stiprumas– FRP modulis ir atsparumas smūgiams yra mažesnis nei plieno. Tam reikia kruopštaus palaikymo ir apsaugos nuo fizinės žalos.
Kada pasirinkti FRP:
Išorinėje atmosferoje yra rūgščių, kurios atakuoja 316L (pvz., karšta koncentruota HCl, vandenilio fluorido rūgštis arba oksiduojančių ir redukuojančių rūgščių mišiniai).
Korpuso temperatūra yra nuo žemos iki vidutinės (žemiau 100 laipsnių).
Projektinis slėgis yra žemas (paprastai < 5–6 barai).
Gaisro pavojus yra priimtinas ir atitinka vietinius reikalavimus.
Šilumokaitis yra tokioje vietoje, kur tikėtinas dažnas labai agresyvių cheminių medžiagų išsiliejimas.
Lyginamoji atrankos matrica
| Aplinkos sunkumas | Rekomenduojama apvalkalo medžiaga | Reikalinga danga | apytiksliai išlaidų indeksas | Apribojimai |
|---|---|---|---|---|
| Sausa, patalpų, švari atmosfera | Anglies plienas + chemikalams atsparūs epoksidiniai/uretano dažai | Taip (daugiasluoksnis) | 1.0 | Dažai yra trapūs; reikalingas reguliarus patikrinimas |
| Drėgni, kartais rūgščių garai | 316L nerūdijančio plieno | Nr | 3–5 | Neatsparus aukštos temperatūros chloridams ar karštoms redukuojančioms rūgštims |
| Pakrantė (druskos purškalas) | 316 l nerūdijantis plienas (arba superaustenitas, skirtas ekstremaliems) | Nr | 3–5 | Standartinis 316L gali įdubti purslų zonoje, jei labai daug chlorido; apsvarstykite 2205 dvipusį, jei tai sunku |
| Nuolatiniai rūgščių rūkai (HCl, H2SO4) esant vidutinei temperatūrai | 316L nerūdijantis plienas (patikrinkite specifinę rūgštį) arba FRP | Ne abiem | 4–6 (FRP panašus arba šiek tiek didesnis) | FRP apribotas iki žemo slėgio ir temperatūros; patikrinkite dervos suderinamumą |
| Hot, concentrated acid fumes (>80 laipsnių) | FRP (aukštos temperatūros vinilo esteris) arba padengtas plienas (jei slėgis didelis) | Nėra (FRP) arba dažų + pamušalas (plienas) | 5–8 | FRP degumas; plieninis pamušalas padidina sudėtingumą |
| Mišri rūgštis (HF + HNO₃) | FRP su specializuota derva (arba PTFE padengtu anglinio plieno apvalkalu) | Nr | 6–10 | Reikalingas specialus dizainas |
Papildomi dizaino aspektai
Korpuso purkštukai ir flanšai
Korpuso antgalių, flanšų ir varžtų medžiaga taip pat turi būti atspari išorinei aplinkai. 316 l korpusui visi pritvirtinti flanšai ir purkštukai taip pat turėtų būti 316 l. FRP korpuso purkštukai taip pat yra FRP arba pagaminti iš korozijai atsparių lydinių (pvz., Hastelloy) su atitinkamomis perėjimo jungtimis. Varžtai turi būti pagaminti iš korozijai atsparios medžiagos (pvz., 316 nerūdijančio plieno arba B7 su korozijai atsparia danga) ir turi būti apsaugoti nuo atmosferos.
FRP gaisro pavojaus įvertinimas
Prieš nurodant FRP korpusą, turi būti atliktas gaisro rizikos įvertinimas. FRP korpusai prisideda prie ugnies kuro ir gali skleisti liepsną. Daugelyje chemijos gamyklų priešgaisriniai kodeksai reikalauja, kad FRP būtų naudojamas tik tose vietose, kuriose yra tinkamos gaisro gesinimo sistemos, atstumas nuo uždegimo šaltinių arba ugniai atsparios dervos sudėtis (kuri paprastai sumažina mechanines savybes). Kai kurios gamyklos visiškai draudžia naudoti FRP korpuso ir vamzdelio šilumokaičiams. Specialistas turėtų vadovautis vietos taisyklėmis ir įrenginių saugos standartais.
Slėgio ir temperatūros apribojimai
The shell material must be capable of withstanding the design pressure and temperature of the exchanger, regardless of the external environment. For high‑pressure (e.g., >10 bar) or high‑temperature (>120 laipsnių) paslaugas, FRP nėra pasirinkimas. Tokiais atvejais reikalingas anglinis plienas arba 316L apvalkalas, tačiau reikia naudoti papildomą išorinę apsaugą (pvz., chemikalams atsparią dangą ar apkalą). Arba galima naudoti dviejų sienelių arba apvalkalo dizainą, kai išorinis anglinio plieno apvalkalas yra apsaugotas vidiniu FRP arba PTFE įdėklu. Tai specializuotas ir brangus sprendimas.
Išorinė izoliacija ir oro barjerai
Jei korpusas turi būti termiškai izoliuotas (pvz., siekiant išvengti šilumos nuostolių arba apsaugoti darbuotojus), izoliacinė sistema neturi sulaikyti korozinės drėgmės ant korpuso. Anglies plieno korpusams būtinas oro barjeras (metalinis apvalkalas). 316L korpusams rekomenduojama naudoti tą patį oro barjerą, kad būtų išvengta plyšių korozijos esant šlapiai izoliacijai. FRP korpusams izoliuoti galima tiesiogiai, tačiau klijai ir izoliacinė medžiaga turi būti chemiškai suderinami su derva.
Kaina ir gyvavimo ciklas
Dažyto anglinio plieno korpuso pirma kaina yra mažiausia, tačiau jį reikia nuolat prižiūrėti (perdažyti kas 3–10 metų, priklausomai nuo sunkumo). 316 l korpuso pirminė kaina yra didesnė, tačiau iš esmės nereikia jokios priežiūros dėl išorinės korozijos per 20 metų. FRP korpuso pirmoji kaina yra vidutinė (panaši į 316 l arba šiek tiek didesnė) ir nereikalauja priežiūros, tačiau jis turi slėgio, temperatūros ir priešgaisrinės saugos apribojimus. Gyvenimo ciklo sąnaudų analizė dažnai teikia pirmenybę 316 l daugeliui korozinių aplinkų, kur jis tinkamas.
Praktinis atrankos pavyzdys
Scenarijus:Metalo apdailos gamykloje sumontuotas PTFE šilumokaitis. Atmosferoje yra smulki druskos rūgšties rūkas (0,5–5 ppm) iš gretimų marinavimo rezervuarų. Apvalkalas nėra tiesiogiai sudrėkinamas išsiliejusių medžiagų, tačiau drėgnas, rūgštus oras yra visą parą. Korpusas veikia esant 80 laipsnių ir 6 barų slėgiui. Šilumokaitis yra patalpoje, su gaisro gesinimo funkcija.
Analizė:
Anglies plienas su dažais: Aukštos kokybės epoksidinė danga gali trukti 2–3 metus, kol atsiranda skylučių ir kraštų korozija. Reikalingas dažnas perdažymas. Nerekomenduojama.
316L nerūdijantis plienas: Atsparus atskiestoms HCl rūkoms kambario temperatūroje iki vidutinės temperatūros. Esant 80 laipsnių temperatūrai, 316 l gali atsirasti duobių, jei chlorido kiekis yra didelis, tačiau esant rūkui (ne skystam), rizika yra maža. Priimtinas. Superaustenitinis (pvz., 904 l) būtų aukščiausios kokybės patobulinimas, bet tikriausiai nereikalingas.
FRP: Vinilo esterio FRP yra visiškai atsparus atskiestos HCl 80 laipsnių temperatūroje. Slėgis (6 barai) yra FRP ribose (įprastai maks. 10 barų). Gaisro pavojus vidutinis; gamykla turi gaisro gesinimo funkciją, todėl priimtina. FRP yra perspektyvi alternatyva, bet gali būti brangesnė nei 316 l.
Rekomendacija:316L nerūdijančio plieno korpusas. Jis teikia ilgalaikes, priežiūros nereikalaujančias paslaugas už priimtiną kainą ir leidžia išvengti FRP gaisro ir slėgio apribojimų.
Išvada: šilumokaičio šarvojimas dviem frontais
Korpuso medžiaga yra svarbus, nepriklausomas ir ekonomiškas sprendimas{0}}išorinių šarvų pasirinkimas, apsaugantis šilumokaičio struktūrinį vientisumą nuo nematomo atmosferos priešo. Anglies plieno apvalkalas su chemikalams atsparia dažų sistema yra minimumas švelnioms patalpų aplinkoms. Dėl korozinės atmosferos, būdingos chemijos gamykloms ir pakrantės objektams, 316L nerūdijantis plienas yra standartinis tvirtas patobulinimas. Ekstremalioms, žemo slėgio ir žemos temperatūros paslaugoms, kai sugenda net 316 l, FRP siūlo visišką atsparumą korozijai gaisrinės saugos ir slėgio apribojimų kaina. Šilumokaitis kariauja dviem frontais: viduje ir išorėje. Nors PTFE vamzdeliai apdoroja vidinį proceso skystį, apvalkalo medžiaga turi būti parinkta taip, kad išliktų išorinėje aplinkoje. Pritaikius apvalkalo medžiagą prie faktinės gamyklos atmosferos, galima užtikrinti ilgą ir be problemų tarnavimo laiką.
