PTFE apvalka un cauruļu siltummainis savā apvalkā apstrādā tīru, nekodīgu dzesēšanas ūdeni, tāpēc standarta, lēts oglekļa tērauda apvalks šķiet pilnīgi piemērota izvēle. Bet šis siltummainis dzīvo hlora gāzes kompresora ēnā vai blakus skābes tvertnei, kur noplūde vai pastāvīgi, mitri, kodīgi dūmi ir ikdienas realitāte. Korpusa ārpuse ir pakļauta nerimstošam ķīmiskam uzbrukumam, kas dažu mēnešu laikā sarūsēs un iegremdēs tukšu tērauda sienu. Pareiza apvalka materiāla izvēle ir apmainītāja bruņošana pret šo ārējo, atmosfēras ienaidnieku.
Šajā rakstā ir sniegti praktiski norādījumi, kā izvēlēties piemērotākoapvalka materiāls PTFE siltummainis kodīga ārējā videapstākļu pieprasījums, līdzsvarojot izmaksas, izturību un drošību.
Kāpēc ārējā korozija bieži tiek ignorēta
Koncentrēšanās uz iekšējo šķidrumu saderību
Norādot PTFE siltummaini, lielākā daļa inženiertehnisko darbu tiek vērsta uz procesa šķidrumu{0}}korozīvo šķidrumu vai gāzi, kas plūst caur caurulēm vai korpusa pusi. PTFE oderes vai cietās PTFE caurules ir atlasītas, lai apstrādātu šo iekšējo agresoru. Turpretim apvalka materiāls bieži tiek izvēlēts, pamatojoties tikai uz mehāniskā spiediena prasībām un vispārēju pieņēmumu par "tīru atmosfēru telpās". Tomēr daudzās ķīmiskās rūpnīcās, metāla apdares cehos un rafinēšanas rūpnīcās ir atmosfēra, kas ir viegli vai stipri kodīga, ko izraisa difūzās emisijas, noplūdes vai vienkārši augsts mitrums kopā ar gaisā esošiem hlorīdiem vai skābes miglu.
Nepietiekami norādīta apvalka sekas
Oglekļa tērauda apvalks, kas ir pilnīgi piemērots sausai iekštelpu videi, var sabojāties dažu mēnešu laikā, ja tiek pakļauts:
Skābes dūmi(HCl, H2SO4, HNO₃) no tuvējām tvertnēm vai ventilācijas atverēm
Hlora vai broma tvaikino ūdens attīrīšanas vai ķīmiskiem procesiem
Hlorīdiem bagāts piekrastes gaiss(sāls aerosols)
Amonjaka vai amīna miglasno mēslojuma vai naftas ķīmijas darbībām
Noplūdesagresīvas ķīmiskas vielas uz korpusa virsmas apkopes laikā vai nejaušas izplūdes laikā
Kļūme parasti sākas ar punktveida koroziju, kam seko vispārēja sienu retināšana un galu galā noved pie noplūdēm caur korpusu. Šādas noplūdes ne tikai izraisa procesa dīkstāvi, bet arī apdraud drošību un vidi. Siltummaiņa tērauda ādai jābūt pārklātai ar savām ķīmiskajām bruņām, lai izdzīvotu augu atmosfēras klusajā gaisa uzbrukumā.
Apvalka materiālu iespējas
1. iespēja: oglekļa tērauds ar ķīmiski izturīgu krāsu (minimums)
Ekonomiskākā izvēle ir oglekļa tērauda apvalks (piem., SA-516 Gr. 70 vai līdzvērtīgs), kam ir sagatavota virsma (abrazīvā strūkla līdz Sa 2,5) un pārklāta ar augstas kvalitātes, daudzslāņu ķīmiski izturīgu krāsu sistēmu. Tipiskās pārklājuma sistēmas ietver:
Gruntsvielas uz epoksīda bāzes(divkomponentu, augstas konstrukcijas), kam seko epoksīda vai poliuretāna virskārta.
Poliuretāna vai fluorpolimēru modificētas virskārtaspaaugstinātai ķīmiskajai izturībai.
Vinilestera vai stikla pārslām pildīti pārklājumismagai iedarbībai.
Piemērota vide:Viegla, iekštelpu sausa atmosfēra ar neregulāru neagresīvu izgarojumu iedarbību (piemēram, zems organisko šķīdinātāju līmenis). Krāsa darbojas kā upurēšanas barjera. Tomēr krāsa ir trausla. Viens skrāpējums vai brīvdiena (caurums) var izraisīt korozijas šūnu, kas ātri iedragā pārklājumu un uzbrūk tēraudam. Nepieciešama regulāra pārbaude un pieskāriens. Jebkurā vidē ar pastāvīgiem kodīgiem dūmiem vai šļakatām krāsots oglekļa tērauda apvalks ir minimāls īslaicīgs risinājums.
2. iespēja: 316 L nerūsējošais tērauds (standarta rūpnieciskais jauninājums)
Lai iegūtu izturīgāku, pastāvīgāku risinājumu zināmā korozīvā atmosfērā, ciets 316 l nerūsējošā tērauda apvalks ir standarta rūpnieciskais jauninājums. 316L (zems oglekļa saturs) satur molibdēnu (2–3%), kas nodrošina izcilu izturību pret:
Hlorīda punktveida un plaisu korozija(mērenā koncentrācijā)
Skābes dūmi(ieskaitot atšķaidītu sērskābi, sālsskābi un fosforskābi)
Piekrastes (sāls) atmosfēra
316 L apvalkam nav nepieciešama krāsa, regulāra pārklājuma apkope, kā arī nav nepieciešama pieskāriens pēc skrāpējumiem vai mehāniskiem bojājumiem. Tas pēc būtības ir izturīgs pret koroziju no virsmas uz iekšu. Lielākajai daļai ķīmisko rūpnīcu vidi un jebkurai iekārtai dažu kilometru attālumā no krasta līnijas ieteicamais minimums ir 316L.
Ierobežojumi:316L nav izturīgs pret karstu, koncentrētu sālsskābi, stiprām reducējošām skābēm vai augstas temperatūras hlorīda šķīdumiem (virs aptuveni 50–60 grādiem ar augstu hlorīda līmeni). To var uzbrukt arī karstas organiskās skābes. Tomēr tipiskai ārējai atmosfēras iedarbībai (pat smagai) 316L nodrošina lielisku servisu.
Izmaksu prēmija:316L korpusi ir aptuveni 3–5 reizes dārgāki nekā oglekļa tērauds pēc materiāla, taču izmaksas bieži vien ir zemākas, jo nav nepieciešama pārkrāsošana vai ar koroziju saistīti remontdarbi.
3. iespēja: ar stiklšķiedru pastiprināta plastmasa (FRP) — ekstrēmiem apstākļiem
Vissmagākajā vidē, ārā vai jauktā skābju vidē,{0}}piemēram, siltummaiņam, kas uzstādīts tieši zem sālsskābes ventilācijas skursteņa vai augsta hlora un augsta mitruma atmosfērā ar temperatūru zem 100 grādiem -no stiklšķiedras pastiprinātas plastmasas (FRP) izgatavots apvalks var būt galīgais risinājums. FRP apvalki ir izgatavoti no termoreaktīviem sveķiem (piemēram, vinilestera, epoksīda vai poliestera), kas pastiprināti ar stikla šķiedrām. Galvenās priekšrocības:
Praktiski neierobežota izturība pret korozijuar plašu skābju, sārmu, sāls šķīdumu un organisko šķīdinātāju klāstu (atkarībā no sveķu izvēles).
Nav galvaniskās korozijas– FRP nav no metāla.
Viegls– parasti viena piektā daļa no tērauda svara.
Nav nepieciešama krāsošana vai apkopeārējai virsmai.
FRP apvalku kritiskie ierobežojumi:
Temperatūras ierobežojums– Tipiski 100–120 grādi vinila esteram, zemāks poliesteram. FRP nevar izmantot augstas temperatūras pakalpojumiem.
Spiediena ierobežojums– FRP apvalki ir paredzēti, lai samazinātu spiedienu (parasti līdz 10 bāriem, bet bieži vien mazāk), salīdzinot ar tēraudu. Augstspiediena lietojumiem (virs 10 bāriem) FRP nav piemērots.
Uzliesmojamība– FRP ir degošs. Tas sadedzinās un izdalīs dūmus un toksiskus izgarojumus. Lietojumos, kur ugunsdrošība ir galvenā problēma (piemēram, aizņemtās ēkās vai aizdegšanās avotu tuvumā), FRP var aizliegt ar vietējiem kodeksiem. Ir pieejami ugunsdrošie sveķi, taču tiem joprojām ir ierobežojumi.
Caurlaidība– Laika gaitā dažas ķīmiskas vielas var iekļūt caur sveķu slāni un uzbrukt stikla šķiedrām. Pareiza sveķu izvēle ir ļoti svarīga.
Mehāniskā izturība– FRP ir zemāks modulis un triecienizturība nekā tēraudam. Tas prasa rūpīgu atbalstu un aizsardzību pret fiziskiem bojājumiem.
Kad izvēlēties FRP:
Ārējā atmosfērā ir skābes, kas uzbrūk 316L (piemēram, karsta koncentrēta HCl, fluorūdeņražskābe vai oksidējošu un reducējošu skābju maisījumi).
Korpusa temperatūra ir zema līdz mērena (zem 100 grādiem).
Projektētais spiediens ir zems (parasti < 5–6 bāri).
Ugunsgrēka risks ir pieņemams un atbilst vietējiem noteikumiem.
Siltummainis atrodas vietā, kur sagaidāma bieža ļoti agresīvu ķīmisko vielu noplūde.
Salīdzinošā atlases matrica
| Vides smagums | Ieteicamais apvalka materiāls | Nepieciešams pārklājums | Apm. izmaksu indekss | Ierobežojumi |
|---|---|---|---|---|
| Sausa, iekštelpu, tīra atmosfēra | Oglekļa tērauds + ķīmiski izturīga epoksīda/uretāna krāsa | Jā (daudzslāņu) | 1.0 | Krāsa ir trausla; nepieciešama regulāra pārbaude |
| Mitri, ik pa laikam skābes izgarojumi | 316L nerūsējošais tērauds | Nē | 3–5 | Nav izturīgs pret augstas temperatūras hlorīdiem vai karstām reducējošām skābēm |
| Piekraste (sāls aerosols) | 316L nerūsējošais tērauds (vai superaustenīta ārkārtējam) | Nē | 3–5 | Standarta 316L var ievilkties šļakatu zonā, ja ir ļoti augsts hlorīda līmenis; apsveriet 2205 dupleksu, ja ir smaga |
| Nepārtrauktas skābes miglas (HCl, H2SO4) mērenā temperatūrā | 316L nerūsējošais tērauds (pārbaudiet specifisko skābi) vai FRP | Nē abiem | 4–6 (FRP līdzīgs vai nedaudz augstāks) | FRP ierobežots līdz zemam spiedienam un temperatūrai; pārbaudiet sveķu saderību |
| Hot, concentrated acid fumes (>80 grādi) | FRP (augstas temperatūras vinila esteris) vai oderēts tērauds (ja spiediens ir augsts) | Nav (FRP) vai krāsas + oderējums (tērauds) | 5–8 | FRP degtspēja; tērauda oderējums palielina sarežģītību |
| Jaukta skābe (HF + HNO₃) | FRP ar specializētiem sveķiem (vai ar PTFE oderētu oglekļa tērauda apvalku) | Nē | 6–10 | Nepieciešams speciāls dizains |
Papildu dizaina apsvērumi
Apvalka sprauslas un atloki
Korpusa sprauslu, atloku un skrūvju materiālam arī jābūt izturīgam pret ārējo vidi. 316 L apvalkam arī visiem pievienotajiem atlokiem un sprauslām jābūt 316 l. FRP apvalkam sprauslas arī ir FRP vai ir izgatavotas no korozijizturīgiem sakausējumiem (piemēram, Hastelloy) ar atbilstošiem pārejas savienojumiem. Skrūvām jābūt izgatavotām no korozijizturīga materiāla (piem., 316 nerūsējošā tērauda vai B7 ar korozijizturīgu pārklājumu) un jāaizsargā no atmosfēras iedarbības.
Ugunsbīstamības novērtējums FRP
Pirms FRP korpusa noteikšanas ir jāveic ugunsbīstamības novērtējums. FRP čaumalas veicina ugunsgrēku un var izplatīt liesmas. Daudzās ķīmiskajās rūpnīcās ugunsdrošības noteikumi nosaka, ka FRP ir jāizmanto tikai vietās, kur ir piemērotas ugunsdzēšanas sistēmas, attālums no aizdegšanās avotiem vai ugunsdrošu sveķu sastāvs (kas parasti samazina mehāniskās īpašības). Dažas rūpnīcas aizliedz FRP pilnībā izmantot apvalka un cauruļu siltummaiņus. Speciātoram vajadzētu iepazīties ar vietējiem noteikumiem un iekārtas drošības standartiem.
Spiediena un temperatūras ierobežojumi
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 grādu) pakalpojumus, FRP nav risinājums. Šādos gadījumos ir nepieciešams oglekļa tērauds vai 316L apvalks, bet ir jāuzliek papildu ārējā aizsardzība (piemēram, ķīmiski izturīgs pārklājums vai apšuvums). Kā alternatīvu var izmantot divu sienu vai apvalka apvalku, kur ārējais oglekļa tērauda apvalks ir aizsargāts ar iekšējo FRP vai PTFE starpliku. Tas ir specializēts un dārgs risinājums.
Ārējā izolācija un laika apstākļu barjeras
Ja apvalks ir jāizolē (piem., lai novērstu siltuma zudumus vai aizsargātu personālu), izolācijas sistēma nedrīkst noķert korozīvu mitrumu pret korpusu. Oglekļa tērauda korpusiem būtiska ir laika apstākļu barjera (metāla apvalks). 316L korpusiem ieteicams izmantot tādu pašu laikapstākļu barjeru, lai novērstu plaisu koroziju zem mitras izolācijas. FRP korpusiem izolāciju var uzklāt tieši, bet līmei un izolācijas materiālam jābūt ķīmiski saderīgam ar sveķiem.
Izmaksas salīdzinājumā ar dzīves ciklu
Krāsota oglekļa tērauda apvalka pirmās izmaksas ir viszemākās, taču tai ir nepieciešama pastāvīga apkope (pārkrāsošana ik pēc 3–10 gadiem, atkarībā no smaguma pakāpes). 316 L apvalkam ir augstākas pirmās izmaksas, taču 20 gadu kalpošanas laikā ārējai korozijai nav nepieciešama apkope. FRP apvalkam ir mērenas pirmās izmaksas (līdzīgas 316 l vai nedaudz lielākas), un tai arī nav nepieciešama apkope, taču tam ir spiediena, temperatūras un ugunsdrošības ierobežojumi. Aprites cikla izmaksu analīze bieži dod priekšroku 316L lielākajai daļai kodīgu vidi, kur tas ir piemērots.
Praktisks atlases piemērs
Scenārijs:Metāla apdares rūpnīcā ir uzstādīts PTFE siltummainis. Atmosfērā ir smalka sālsskābes migla (0,5–5 ppm) no blakus esošajām kodināšanas tvertnēm. Apvalku tieši nesamitrina noplūdes, bet mitrais, skābais gaiss ir klāt 24/7. Korpuss darbojas pie 80 grādiem un 6 bāriem. Siltummainis atrodas iekštelpās, ar ugunsdzēšanas sistēmu.
Analīze:
Oglekļa tērauds ar krāsu: augstas kvalitātes epoksīda pārklājums var kalpot 2–3 gadus, pirms parādās caurumi un malu korozija. Nepieciešama bieža pārkrāsošana. Nav ieteicams.
316L nerūsējošais tērauds: iztur atšķaidītu HCl miglu istabas temperatūrā līdz mērenai temperatūrai. Ja hlorīda līmenis ir augsts, 316 l temperatūrā 80 grādos var rasties nelielas bedres, bet miglā (nevis šķidrumā) risks ir zems. Pieņemams. Superaustenīts (piem., 904L) būtu augstākās kvalitātes jauninājums, taču tas, iespējams, nav vajadzīgs.
FRP: Vinilestera FRP ir pilnībā izturīgs pret atšķaidītu HCl 80 grādu temperatūrā. Spiediens (6 bar) ir FRP jaudas robežās (parasti max 10 bar). Ugunsgrēka risks ir mērens; iekārtai ir ugunsgrēka dzēšana, tāpēc tas ir pieņemams. FRP ir dzīvotspējīga alternatīva, taču tā var būt dārgāka par 316 l.
Ieteikums:316L nerūsējošā tērauda korpuss. Tas nodrošina ilgstošu pakalpojumu bez apkopes par saprātīgām izmaksām un novērš FRP uguns un spiediena ierobežojumus.
Secinājums: Apmainītāja bruņošana divās frontēs
Korpusa materiāls ir kritisks, neatkarīgs un rentabls lēmums{0}}ārējo bruņu izvēle, kas aizsargā siltummaiņa strukturālo integritāti no neredzamā atmosfēras ienaidnieka. Oglekļa tērauda apvalks ar ķīmiski izturīgu krāsu sistēmu ir minimums vieglai iekštelpu videi. Kodīgai atmosfērai, kas raksturīga ķīmiskajām rūpnīcām un piekrastes vietām, 316L nerūsējošais tērauds ir standarta, izturīgs jauninājums. Ekstrēmiem, zema spiediena un zemas temperatūras pakalpojumiem, kur pat 316L neizdodas, FRP piedāvā nepārprotamu izturību pret koroziju uz ugunsdrošības un spiediena ierobežojumu rēķina. Siltummainis cīnās divās frontēs: iekšpusē un ārpusē. Kamēr PTFE caurules apstrādā iekšējo procesa šķidrumu, apvalka materiāls ir jāizvēlas tā, lai tas izdzīvotu ārējā vidē. Pielāgojot korpusa materiālu faktiskajai rūpnīcas atmosfērai, var nodrošināt ilgu un bezproblēmu kalpošanas laiku.
