Beth Yw'r Trwch Gwain Critigol ar gyfer 316 o Gwresogyddion Dur Di-staen mewn Datrysiad Ysgythru Clorid Ferric 15% ar 55 gradd gyda Submersion Rhannol

Y Fasnach Sylfaenol-i ffwrdd yn y Gwasanaeth Clorid Ocsideiddio Ymosodol

FeCl₃ (ferric clorid) yw un o'r cyfansoddion mwyaf costig a ddefnyddir yn aml mewn ysgythru diwydiannol a thrin dŵr gwastraff. Ar grynodiad o 15% a 55 ° C mae gan yr hydoddiant hwn dri ffactor ymosodol: crynodiad uchel o ïonau clorid (tua 10% yn ôl pwysau), ïon ferrig ocsideiddio sy'n cynnal potensial electrocemegol uchel a pH asidig (1.5-2.5 fel arfer). Mae'r amgylchedd hwn ymhell y tu allan i'r ystod weithredu safonol o 316 o ddur di-staen. Mae'r tymheredd tyllu critigol ar gyfer 316 mewn clorid ferric yn is na 30 ° C ac felly ar 55 ° C mae tyllu yn sicr ac yn gyflym. Yn y gwasanaeth hwn nid swyddogaeth trwch y wain yw atal cyrydiad, ond darparu digon o fetel wrth gefn i allu goroesi'r ymosodiad tyllu ac unffurf disgwyliedig ar gyfer bywyd gwasanaeth cyfyngedig penodol. Y trwch critigol yw'r isafswm trwch y gellir ei drydyllog yn yr amser gweithredu gofynnol a thu hwnt i hynny mae gan y metel ychwanegol enillion gostyngol gan fod y gyfradd cyrydiad yn hunan-gyflymu.

Pitting mewn Atebion Clorid Ferric

Y prawf arferol ar gyfer ymwrthedd tyllu dur gwrthstaen yw ASTM G48 (nid G46). Mae'r prawf yn cyflogi 6% ferric clorid ar 50 ° C. O dan yr amodau hyn, mae 316 o ddur di-staen yn gyffredinol yn dangos tyllu ar ôl 24-72 awr gyda dyfnder pwll o 0.2-0.5 mm. Mae ymddygiad ymosodol yn llawer uwch mewn 15% ferric clorid ar 55 ° C. Mae canfyddiadau'r labordy yn datgelu bod 316 o gwponau dur di-staen sy'n agored i 15% FeCl3 ar 55 gradd yn datblygu tyllau gweladwy o fewn 4-8 awr, gyda dyfnder y pwll yn cyrraedd 0.5-1.0 mm ar ôl 100 awr o amlygiad parhaus. Mae'r tyllu yn broses awtocatalytig, unwaith y bydd pwll yn cael ei gychwyn mae hydrolysis clorid fferrig o fewn y pwll yn creu amgylchedd asidig iawn, llawn clorid sy'n ffafrio diddymiad dilynol. Mae cyfraddau twf pyllau yn yr amgylchedd hwn yn llinol neu ychydig yn cyflymu, fel arfer 0.1-0.3 mm y dydd o amlygiad parhaus. Ar gyfer gwresogydd ysbeidiol, fel 8 awr y dydd, 5 diwrnod yr wythnos, mae'r gyfradd datblygu pwll effeithiol tua 0.03-0.10 mm bob diwrnod gweithredu. Y dyfnder mwyaf a ragwelir yn y pwll ar gyfer bywyd gwasanaeth chwe mis (tua. 500 oriau gweithredu) yw 2-5 mm.

Trochi Rhannol ac Ymosodiad yn y Cyfnod Anwedd

Mae'r angen am foddi rhannol yn ychwanegu ail fecanwaith methiant, mwy peryglus. Mae'r rhyngwyneb anwedd hylif yn arbennig o ddifrifol mewn gwasanaeth ferric clorid gan fod anweddiad yn crynhoi'r halen ar wyneb y wain uwchben y llinell hylif. Mae'r dŵr yn anweddu ac mae'r crisialau fferrig clorid yn cronni ar y wain poeth. Mae'r crisialau blasus hyn yn sugno lleithder o'r atmosffer ac yn creu heli dirlawn sy'n fwy cyrydol na'r toddiant swmp. Mae'r tymheredd hylif fel arfer yn is na thymheredd y rhan agored o'r wain i'r anwedd, oherwydd bod yr oeri aer yn llai effeithiol na'r oeri hylif. Ar gyfer gwresogydd sydd â chyfanswm hyd trochi o 500 mm a 100 mm uwchben yr hylif, gall yr adran agored fod yn 80-100°C a'r adran drochi yn 55-60°C. Ar y tymereddau uwch hyn gall cyfradd y cyrydiad yn y parth anwedd fod 5 i 10 gwaith yn fwy nag yn yr hylif. Mae archwiliadau maes dro ar ôl tro o wresogyddion rhannol dan ddŵr mewn tanciau ferric clorid wedi dangos bod y methiant yn digwydd ar y rhyngwyneb hylif-anwedd ac nid yn y rhanbarth trochi llawn. Felly mae'r trwch critigol ar gyfer y gwasanaeth hwn yn cael ei reoli gan y gyfradd ymosod ar y rhyngwyneb yn hytrach na'r cyrydiad hylif swmp.

Cyfyngiadau Thermol a Therfyn Waliau Trwchus

Mae cosb thermol waliau trwchus yn broblemus mewn gwasanaeth ferric clorid, gan greu dolen adborth beryglus. Os caiff y gwresogydd ei drochi'n rhannol, caiff y rhan agored ei oeri gan ddarfudiad naturiol i aer. Dim ond 10-30 W/m2·K yw cyfernod trosglwyddo gwres aer ond ar gyfer hylif mae'n 500-1000 W/m2·K. Mae'r rhan sy'n agored yn llosgi ar dymheredd llawer uwch na'r rhan sy'n cael ei drochi. Mae defnyddio wal fwy trwchus (2.5 mm yn lle 1.5 mm) yn cynyddu tymheredd y rhan agored 15-25 ° C pellach, oherwydd bod y wal fwy yn inswleiddio'r wifren gwrthiant fewnol. Mae'r gyfradd cyrydiad o 316 o ddur di-staen mewn heli ferric clorid ar 120 ° C tua thair gwaith yn fwy na 100 ° C. Gall y wal fwy trwchus, er ei fod wedi'i fwriadu fel cronfa fwy o fetel, mewn gwirionedd leihau bywyd y gwasanaeth, gan ei fod yn cynyddu tymheredd yr wyneb ac yn cyflymu ymosodiad. Mae modelu thermol yn awgrymu y bydd gan wresogydd diamedr allanol 12 mm sy'n gweithio ar 8 W/cm² mewn clorid fferrig 55 ° C gyda 100 mm yn agored i aer ar 25 ° C y toriad agored ar 95 ° C ar gyfer wal 1.2 mm, 110 ° C ar gyfer wal 1.8 mm a 125 ° C ar gyfer wal 2. Mae'r gyfradd cyrydiad ar 125 gradd tua phum gwaith yn fwy na 95 gradd. Felly nid yw bywyd y gwasanaeth effeithiol yn cynyddu'n gymesur â'r trwch.

Argymhellion trwch critigol ar gyfer gwasanaeth tymor byr

Oherwydd yr amgylchedd ymosodol a natur hunan-gyflym yr ymosodiad, mae'n rhaid i'r athroniaeth ddylunio ar gyfer gwresogyddion ferric clorid newid o "oes hir" i "bywyd byr rhagweladwy gydag amnewidiad wedi'i gynllunio." Mae angen isafswm trwch o 1.8-2.0 mm ar gyfer bywyd gwasanaeth o 6 mis gydag 8 awr o weithredu'r dydd. Mae'r trwch yn darparu digon o wrth gefn metel i wrthsefyll y tyllu 2-5 mm a ragwelir wrth y cyswllt hylif-anwedd. Bydd y waliau teneuach 1.2-1.5 mm fel arfer yn tyllu mewn 2-4 mis. Ni awgrymir waliau mwy trwchus yn uwch na 2.5 mm, gan fod y gosb thermol yn codi tymheredd yr adran agored i'r ystod tymheredd lle mae'r cyrydiad yn cyflymu i'r pwynt nad yw'r metel ychwanegol yn rhoi unrhyw fantais net. Mae'r bywyd gwasanaeth 3 mis yn ddigon gyda thrwch o 1.5-1.6 mm. 1.2 mm gall trwch fod yn ddigonol ar gyfer bywyd gwasanaeth un mis neu ar gyfer gweithdrefnau swp sengl. Ym mhob amgylchiad, rhaid i'r gwresogydd gael ei ystyried yn ddefnydd traul gydag amserlen adnewyddu benodol.

Strategaethau amgen sy'n curo waliau mwy trwchus

Ni fydd 316 o ddur di-staen ar unrhyw drwch ymarferol yn gwrthsefyll defnydd tymor hir mewn 15% ferric clorid ar 55 ° C gyda suddiad rhannol. Nid y cwestiwn peirianneg pwysig yw pa drwch i'w ddefnyddio. Mae'n a ellir defnyddio 316 o gwbl. Deunydd safonol ar gyfer gwresogi ferric clorid yw Titaniwm (Gradd 2). Mae titaniwm yn cynhyrchu gorchudd goddefol sefydlog mewn clorid fferrig ac nid yw'n pylu hyd yn oed ar 80-90 ° C. Bydd gwain titaniwm 1.0-1.2 mm yn para 10-20 gwaith yn hirach na gwain 2.5 mm 316. Os nad oes titaniwm ar gael, gellir cael ymwrthedd ardderchog gyda gwresogyddion wedi'u gorchuddio â fflworopolymer (PTFE neu PFA dros graidd 316) sy'n ynysu'r metel o'r toddiant. Fodd bynnag, os yw'r cais yn golygu bod y gwresogydd bob amser wedi'i foddi'n llawn (dim rhyngwyneb anwedd), yna gallai 316 ar drwch 2.0 mm bara 6 i 12 mis, ond mae'r opsiwn cotio neu ditaniwm yn dal yn well.

Casgliad: Trwch critigol ar gyfer diffiniad bywyd gwasanaeth

Y trwch gwain hanfodol ar gyfer 316 o wresogyddion dur di-staen mewn 15% ferric clorid ar 55 gradd gyda suddiad rhannol yw 1.8-2.0 mm am oes gwasanaeth chwe mis o dan weithrediad ysbeidiol. Mae'r trwch hwn yn gyfaddawd rhwng yr angen am gronfa fetel a chyflymiad thermol cyrydiad sy'n digwydd gyda waliau mwy trwchus. Mae waliau tenau yn methu'n gynamserol oherwydd tyllau yn y cyswllt hylif-nwy. Nid yw rhwystrau mwy trwchus yn ychwanegu unrhyw fywyd, ond mae cyflymder ymosodiad ac yn cynyddu cynhesrwydd yr adran agored. Y cyngor mwyaf hanfodol yw osgoi 316 SS yn y gwasanaeth hwn os oes unrhyw ddewis arall yn bodoli. Lle bo angen, rhaid i'r peiriannydd ddarparu'r bywyd gwasanaeth rhagamcanol mewn misoedd, yr oriau gweithredu dyddiol a hyd y parth anwedd agored. Bydd y wybodaeth hon yn penderfynu a yw 316 yn addas neu a oes angen titaniwm neu wainiau wedi'u gorchuddio. Dylai'r fanyleb hefyd gynnwys amserlen arolygu orfodol ar hanner bywyd amcangyfrifedig y gwasanaeth er mwyn monitro dyfnder y pyllau a phenderfynu a oes angen ailosod yn gynnar.