Pagrindinis{0}}pardavimas didelio-tankio sūrymo paslaugai
40 % koncentracijos kalcio chlorido sūrymas yra įprastas šilumos perdavimo skystis šaldymo sistemose, ledo šalinimo sistemose ir pramoninėse aušinimo sistemose. Skirtingai nuo natrio chlorido sūrymo, kalcio chlorido sūrymas turi didesnį tankį (apie 1,4 g/cm³) ir žemesnę užšalimo temperatūrą (iki -45 laipsnių esant optimaliai koncentracijai). Esant 90 laipsnių ir 5 barų sistemos slėgiui, 316 nerūdijantis plienas susiduria su sudėtinga aplinka. Chlorido koncentracija 40% kalcio chlorido sūryme yra maždaug 25% masės, o tai yra labai agresyvi. Tačiau kalcio jonų buvimas sumažina korozijos elgesį, palyginti su natrio chloridu, nes kalcio jonai sumažina chlorido jonų aktyvumą dėl jonų poravimosi. Patikimas šios paslaugos apvalkalo storis turi atsižvelgti į slėgio sulaikymą, atsparumą duobėms didelio chlorido sūryme, eroziją nuo bet kokių suspenduotų kietųjų dalelių ir šilumos perdavimo efektyvumą. Skirtingai nuo geležies chlorido naudojimo, kai 316 iš esmės netinkamas, kalcio chlorido sūrymu esant vidutinei temperatūrai galima apdoroti 316 nerūdijantį plieną, tinkamai parinkus storį ir laikantis darbo tvarkos.
Slėgio sulaikymas esant 5 barams ir 90 laipsnių
Esant 5 barų sistemos slėgiui, cirkuliacinio šildytuvo apvalkalo lanko įtempio reikalavimas yra nedidelis, bet ne nereikšmingas. 12 mm išorinio skersmens vamzdžio vidinis spindulys skiriasi priklausomai nuo sienelės storio. Lanko įtempių formulė σ=P⋅ri/tσ=P⋅ri/t pateikia tokias reikšmes: 1,2 mm sienai (vidinis spindulys 4,8 mm) įtempis lygus 0,5 MPa, padauginta iš 4,8 mm, padalinta iš 1,2 mm, ir gaunama 2,0 MPa. 2,0 mm sienai (vidinis spindulys 4,0 mm) įtempis lygus 0,5 MPa padauginus 4,0 mm, padalijus iš 2,0 mm, todėl gaunama 1,0 MPa. Abi vertės yra daug mažesnės už 316 nerūdijančio plieno 170 MPa takumo ribą 90 laipsnių kampu. Vien tik slėgio apribojimas neparenka storio. Tačiau sūrymo sistemose cirkuliaciniai šildytuvai paprastai jungiami prie srieginių arba flanšinių jungiamųjų detalių, kurios turi atlaikyti montavimo sukimo momentą ir šiluminio plėtimosi įtempius. Mažiausias 1,2 mm storis reikalingas sriegio sujungimui ir mechaniniam tvirtumui sujungimo vietose. Plonesnės sienos, mažesnės nei 1,0 mm, montuojant rizikuoja sriegio nulupimu arba deformacija.
Atsparumas įdubimams koncentruotame kalcio chlorido sūryme
316 nerūdijančio plieno atsparumas įdubimams kalcio chlorido sūryme yra žymiai geresnis nei natrio chlorido sūryme, esant lygiavertei chlorido masės procentinei daliai. Taip yra dėl mažesnio chlorido jonų aktyvumo kalcio chlorido tirpaluose. Esant 25 % chlorido jonų koncentracijai (nuo 40 % CaCl₂), kritinė 316 nerūdijančio plieno duobės temperatūra yra maždaug 45-55 laipsniai, priklausomai nuo deguonies kiekio ir srauto sąlygų. Esant 90 laipsnių, tirpalas gerokai viršija kritinę duobių susidarymo temperatūrą, tai reiškia, kad atsiras duobių susidarymo. Aktualus klausimas yra duobės sklidimo greitis. Paskelbti duomenys apie 316 nerūdijantį plieną 40 % CaCl₂ esant 90 laipsnių aeruojamomis sąlygomis rodo, kad duobės augimo greitis yra 0,3-0,8 mm per metus, o mažesnis greitis taikomas turbulentiškoms tekėjimo sąlygoms, kurios neleidžia chlorido koncentracijai duobės žiotyse. Cirkuliaciniam šildytuvui, kurio srauto greitis yra 1,5-2,0 m/s, duobės augimo greitis yra maždaug 0,3-0,5 mm per metus. Penkerių metų projektavimo laikotarpiu numatomas didžiausias duobės gylis yra 1,5–2,5 mm. Šis skaičiavimas tiesiogiai lemia storio pasirinkimą. 1,5 mm siena turėtų didelę perforacijos tikimybę per penkerius metus. 2,0 mm siena suteikia 0,5–1,5 mm saugos ribą po penkerių metų duobės augimo. 2,5 mm siena suteikia didesnę maržą, tačiau su dideliu šilumos ir išlaidų nuostoliu. Patikimas storio diapazonas penkerių metų projektavimo laikotarpiui yra 2,0–2,3 mm.
Vienodos korozijos ir plyšių atakos svarstymai
Nors pagrindinis rūpestis yra duobių susidarymas, 40% kalcio chlorido sūryme 90 laipsnių temperatūroje galima išmatuoti vienodą koroziją. Paskelbti svorio netekimo duomenys rodo vienodą 0,05-0,12 mm korozijos greitį per metus tekančiomis sąlygomis. Per penkerius metus susidaro vienodas 0,25–0,60 mm nuostolis. Šis praradimas sumažina efektyvų sienelės storį, kad būtų išvengta įdubimų. 2,0 mm sienai po penkerių metų vienodos korozijos 0,10 mm per metus likęs storis yra 1,5 mm, prieš apskaičiuojant duobes. Penkerius metus 0,4 mm per metus auganti duobė pasiektų 2,0 mm gylį ir perforuotų sieną. Vienodų nuostolių ir įdubimų derinys reiškia, kad 2,0 mm siena yra patikima visą penkerių metų tarnavimo laiką. Įtrūkimai ant flanšo tarpiklių, srieginių jungčių ir po bet kokiomis nuosėdų nuosėdomis suteikia dar vieną dimensiją. Kalcio chlorido sūryme plyšiai gali sukelti vietinį 0,5–1,0 mm korozijos greitį per metus. Dėl šios priežasties cirkuliaciniai šildytuvai, naudojami sūrymu, turėtų būti suprojektuoti su suvirintomis jungtimis, o ne su srieginėmis, ir, jei įmanoma, reikėtų vengti tarpiklių.
Šiluminis efektyvumas ir storų sienų kaina
40 % kalcio chlorido sūrymo šilumos laidumas yra maždaug 0,55 W/m·K esant 90 laipsnių, tai yra žymiai mažesnis nei vandens 0,68 W/m·K. Konvekcinis šilumos perdavimo koeficientas turbulentiniame sraute yra atitinkamai mažesnis, paprastai 600-1000 W/m²·K, palyginti su 1500-2500 W/m²·K vandeniu. Todėl apvalkalo šiluminė varža sudaro didesnę visos šiluminės grandinės dalį nei vandens tiekimo sistemoje. Padidinus sienelės storį nuo 1,5 mm iki 2,5 mm ant 12 mm išorinio skersmens vamzdžio, laidumo varža padidėja maždaug 0,004 m²·K/W. Esant įprastam cirkuliacinio šildytuvo vatų tankiui 7-8 W/cm², ši papildoma varža pakelia apvalkalo temperatūrą 8-10 laipsnių. Sistemoje, veikiančioje 90 laipsnių tūrinėje temperatūroje, 2,5 mm sienelė gali pakelti apvalkalo temperatūrą iki 110–115 laipsnių. Esant tokioms temperatūroms, duobėjimo greitis padidėja maždaug 50–100%, palyginti su 100 laipsnių. Storesnė sienelė, skirta atsparumui korozijai užtikrinti, dėl šiluminio poveikio gali paspartinti duobių susidarymą. Taip sukuriamas optimalaus storio langas: pakankamai plonas, kad apvalkalo temperatūra būtų žemesnė nei 105 laipsniai, tačiau pakankamai storas, kad būtų išvengta duobių susidarymo. Daugumos kalcio chlorido cirkuliacijos sistemų optimalus diapazonas yra 2,0–2,2 mm.
Patikimos storio rekomendacijos skirtingoms aptarnavimo sąlygoms
Cirkuliaciniam šildytuvui 40 % kalcio chlorido sūryme, esant 90 laipsnių ir 5 barų slėgiui, turbulentiniam srautui (Re > 10 000) ir penkerių -metų projektiniam tarnavimo laikui, patikimas apvalkalo storis yra 2,0-2,2 mm. Šis storis suteikia 1,0-1,5 mm duobių nuolaidą, įvertinus penkerius metus trunkančią vienodą koroziją, darant prielaidą, kad duobės augimo greitis yra 0,4 mm per metus. Trejų -metų projektiniam tarnavimo laikui pakanka 1,6-1,8 mm. Dešimt metų projektiniam eksploatavimo laikotarpiui reikia 2,5–2,8 mm, tačiau esant tokiam storiui šiluminė nuobauda tampa reikšminga, o naujovinimas į aukštesnį lydinį, pvz., 316Ti arba 317L, gali būti ekonomiškesnis. Sistemoms su laminariniu srautu arba sustingusiomis zonomis, kuriose duobių susidarymo greitis yra didesnis, storis turėtų būti padidintas 0,3–0,5 mm. Sistemose su deaeruotu sūrymu (ištirpusio deguonies kiekis mažesnis nei 100 ppb) įdubimų dažnis sumažėja iki 0,1–0,2 mm per metus, o tai leidžia sumažinti iki 1,5–1,8 mm per penkerius metus.
Praktinės projektavimo priemonės, kurios sumažina storio poreikį
Kelios projektavimo priemonės gali sumažinti reikiamą apvalkalo storį išlaikant patikimumą. Pirma, srauto valdymas: minimalaus 1,5 m/s srauto greičio užtikrinimas apsaugo nuo ribinio sluoksnio sąstingio ir du kartus sumažina duobių susidarymą. Antra, oro pašalinimas: palaikius azoto dangą ant išsiplėtimo bako, ištirpusio deguonies kiekis sumažėja nuo 8 ppm iki mažiau nei 0,5 ppm, o tai žymiai sumažina duobių susidarymą ir vienodą korozijos greitį. Trečia, pridėjus inhibitorių: natrio chromatas arba natrio molibdatas esant 200-500 ppm žymiai pagerina atsparumą duobėms, todėl storis sumažėja 0,3–0,5 mm. Ketvirta, paviršiaus apdaila: elektropoliruoti vamzdžiai turi mažiau duobių atsiradimo vietų ir pasižymi mažesniu duobės augimo greičiu nei mechaniškai poliruoti vamzdžiai. Elektropoliruota 1,8 mm siena gali pranokti 2,2 mm temptą sieną.
Išvada: patikimas kalcio chlorido sūrymo storis
316 nerūdijančio plieno cirkuliacinių šildytuvų 40 % kalcio chlorido sūryme esant 90 laipsnių temperatūrai ir 5 barų slėgiui, patikimas apvalkalo storis penkerių -metų projektiniam eksploatavimo laikotarpiui yra 2,0-2,2 mm turbulentinėmis, vėdinamomis sąlygomis. Šis storis subalansuoja konkuruojančius duobių dydžių, vienodos korozijos ribos ir šiluminių savybių reikalavimus. Tikėtina, kad plonesnės nei 1,8 mm sienos pradurtų per trejus metus. Storesnės nei 2,5 mm sienos pakelia apvalkalo temperatūrą iki tokio diapazono, kuriame pagreitėja duobių susidarymas, todėl sumažėja grąža. Patikimiausia specifikacija apima ne tik storį, bet ir minimalaus srauto greičio (1,5 m/s), paviršiaus apdailos (elektropoliravimo) ir, jei įmanoma, ištirpusio deguonies kontrolės reikalavimus. Nurodydami inžinieriai turėtų nurodyti numatomą projektinį tarnavimo laiką metais ir srauto režimą. Tai paverčia storio sprendimą iš spėlionės į skaičiavimą, pagrįstą paskelbtais korozijos duomenimis ir terminiu modeliavimu, užtikrinant patikimą ilgalaikį veikimą vienoje iš sudėtingiausių 316 nerūdijančio plieno sūrymo aplinkų.
