Μια σειρά από ανοξείδωτο χάλυβα αντικατέστησε τον τρίτο θερμαντήρα εμβάπτισης 316L μέσα σε δύο χρόνια. Κάθε θερμαντήρας είχε αποτύχει με τον ίδιο τρόπο-διάβρωσης κατά μήκος των ραφών συγκόλλησης και στη γραμμή υγρού, ακολουθούμενη από διαρροές από-τοίχους που μόλυναν το λουτρό. Το διάλυμα τουρσί ήταν ένα μείγμα νιτρικού και υδροφθορικού οξέος στους 55 βαθμούς, μια χημεία που ο ανοξείδωτος χάλυβας 316L δεν είναι σχεδιασμένος να χειρίζεται. Η ομάδα συντήρησης είχε υποθέσει ότι ο ανοξείδωτος χάλυβας ήταν επαρκής επειδή το μπάνιο ήταν "απλώς ένα οξύ". Οι αποτυχίες απέδειξαν το αντίθετο.
Ο ανοξείδωτος χάλυβας 316L είναι το προεπιλεγμένο υλικό για πολλές εφαρμογές θερμαντήρα εμβάπτισης. Είναι φθηνό, άμεσα διαθέσιμο και ανθεκτικό σε ένα ευρύ φάσμα ήπιων χημικών ουσιών. Αλλά σε μικτά οξέα τουρσί-ιδιαίτερα εκείνα που περιέχουν υδροφθορικό οξύ, χλωρίδια ή υψηλές συγκεντρώσεις αναγωγικών οξέων-316L είναι η λάθος επιλογή. Το PTFE, παρά τη χαμηλότερη θερμική αγωγιμότητα και το υψηλότερο κόστος, προσφέρει διάρκεια ζωής που δεν μπορεί να ταιριάξει ο ανοξείδωτος χάλυβας.
Γιατί το 316L αποτυγχάνει στο μικτό τουρσί με οξύ
Ο ανοξείδωτος χάλυβας 316L βασίζεται σε παθητικό φιλμ οξειδίου του χρωμίου για αντοχή στη διάβρωση. Το φιλμ είναι σταθερό σε οξειδωτικά περιβάλλοντα και σε πολλά ήπια οξέα. Διασπάται παρουσία συγκεκριμένων επιθετικών ειδών.
Το υδροφθορικό οξύ είναι το πιο επιζήμιο. Τα ιόντα φθορίου επιτίθενται απευθείας στο παθητικό φιλμ, εμποδίζοντάς το να αναμορφωθεί. Μόλις σπάσει η μεμβράνη, το υποκείμενο μέταλλο διαβρώνεται γρήγορα. Η διάβρωση είναι εντοπισμένη-προσβολή με ρωγμές, ρωγμές και συγκόλληση-επίθεση γραμμής-και όχι ομοιόμορφη. Ένας θερμαντήρας μπορεί να χάσει το πάχος του τοιχώματος σε μια μικρή περιοχή και να αστοχήσει ενώ το υπόλοιπο περίβλημα εξακολουθεί να φαίνεται άθικτο.
Τα χλωρίδια προκαλούν παρόμοια βλάβη, αν και ο μηχανισμός είναι διαφορετικός. Τα ιόντα χλωρίου διεισδύουν στην παθητική μεμβράνη σε αδύναμα σημεία και ξεκινούν το άνοιγμα. Οι λάκκοι βαθαίνουν και μπορούν να διεισδύσουν στον τοίχο. Τα λουτρά μικτού νιτρικού-υδροφθοριούχου τουρσί περιέχουν και τα δύο είδη και ο συνδυασμός είναι πιο επιθετικός από το καθένα μόνο του.
| Χημεία | Ρυθμός διάβρωσης 316L | Λειτουργία κύριας επίθεσης | Αναμενόμενη διάρκεια ζωής | Καταλληλότητα PTFE |
|---|---|---|---|---|
| 10% νιτρικό οξύ, 50 βαθμοί | <0.1 mm/year | Ομοιόμορφο, ήπιο | >10 χρόνια | Καλός |
| 10% νιτρικό + 2% HF, 50 βαθμοί | 1,0–5,0 mm/έτος | Pitting, επίθεση συγκόλλησης | 3–10 μήνες | Εξοχος |
| 15% νιτρικό + 3% HF, 55 βαθμοί | 3,0–10,0 mm/έτος | Σοβαρό κοίλωμα | 1–4 μήνες | Εξοχος |
| 20% HCl, 60 βαθμοί | 5,0–15,0 mm/έτος | Λάκωμα, σχισμή | <2 months | Εξοχος |
| 10% θειικό + 2% HF, 60 βαθμοί | 2,0–8,0 mm/έτος | Επίθεση με γραμμή συγκόλλησης | 2-8 μήνες | Εξοχος |
Ποσοστά διάβρωσης για ανοξείδωτο χάλυβα 316 λίτρων σε μικτό όξινο τουρσί σε σύγκριση με την καταλληλότητα PTFE
Η ευπάθεια Weld-Line
Οι θερμαντήρες εμβάπτισης από ανοξείδωτο χάλυβα κατασκευάζονται με συγκολλημένες ενώσεις-θηκάρι-σε-φλάντζα, θήκη-σε-τελικές και μερικές φορές διαμήκεις συγκολλήσεις. Η διαδικασία συγκόλλησης μεταβάλλει τη μεταλλουργία στη ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα-, δημιουργώντας περιοχές που είναι λιγότερο ανθεκτικές στη διάβρωση από το βασικό μέταλλο.
Στο μικτό όξινο τουρσί, οι γραμμές συγκόλλησης είναι οι πρώτες περιοχές που αποτυγχάνουν. Η ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα{1}}μπορεί να έχει μειωμένη περιεκτικότητα σε χρώμιο λόγω της κατακρήμνισης καρβιδίου ή μπορεί να έχει υπολειμματικές τάσεις που προάγουν το ράγισμα. Τα ιόντα φθορίου και χλωρίου προσβάλλουν αυτές τις εξασθενημένες περιοχές κατά προτίμηση.
Οι θερμαντήρες εμβάπτισης από PTFE δεν έχουν γραμμές συγκόλλησης στην βρεγμένη περιοχή. Το περίβλημα είναι μια συνεχής εξώθηση ή χύτευση πολυμερούς και ο σύνδεσμος φλάντζας είναι μηχανικά σφραγισμένος ή χημικά συνδεδεμένος αντί συγκολλημένος. Αυτό εξαλείφει την ευπάθεια της γραμμής συγκόλλησης-που περιορίζει τη διάρκεια ζωής του ανοξείδωτου χάλυβα σε επιθετικές χημικές ουσίες αποξείδωσης.
Μεταφορά θερμότητας και Μεταφορά μεγέθους-Απενεργοποίηση
Ο ανοξείδωτος χάλυβας 316L έχει θερμική αγωγιμότητα περίπου 16 W/m·K-περίπου 64 φορές υψηλότερη από το PTFE. Ένας θερμαντήρας από ανοξείδωτο χάλυβα μπορεί να λειτουργήσει στα 3–5 W/cm² χωρίς υπερθέρμανση, ενώ ένας θερμαντήρας PTFE περιορίζεται στα 1,0–1,5 W/cm² στα περισσότερα λουτρά αποστράγγισης.
Η πρακτική συνέπεια είναι το μέγεθος. Ένας θερμαντήρας από ανοξείδωτο ατσάλι 6 kW μπορεί να απαιτεί μόνο 1.500 cm² επιφάνειας θήκης, που χωράει σε μια συμπαγή δέσμη. Ένας θερμαντήρας PTFE 6 kW στα 1,2 W/cm² απαιτεί 5.000 cm²-περισσότερο από το τριπλάσιο της επιφάνειας. Σε δεξαμενές με περιορισμένο χώρο θέρμανσης, η επιλογή από ανοξείδωτο χάλυβα μπορεί να ταιριάζει εκεί όπου δεν ταιριάζει το PTFE.
| Υλικό θερμαντήρα | Θερμική αγωγιμότητα | Ασφαλής πυκνότητα Watt σε μικτό οξύ | Επιφάνεια για 6 kW | Σχετικό Αποτύπωμα |
|---|---|---|---|---|
| Ανοξείδωτο ατσάλι 316L | 16 W/m·K | 3–5 W/cm² | 1.200–2.000 cm² | Συμπαγής |
| PTFE | 0.25 W/m·K | 1,0–1,2 W/cm² | 5.000–6.000 cm² | 3–4× μεγαλύτερο |
| Τιτάνιο | 22 W/m·K | 2–4 W/cm² (περιορίζεται από HF) | 1.500–3.000 cm² | Συμπαγής |
| PVDF | 0.20 W/m·K | 0,8–1,2 W/cm² | 5.000–7.500 cm² | Μεγαλύτερος |
Μεταφορά θερμότητας και σύγκριση μεγεθών για θερμαντήρες εμβάπτισης σε μικτό όξινο τουρσί
Όταν ο ανοξείδωτος χάλυβας έχει νόημα
Ο ανοξείδωτος χάλυβας δεν είναι πάντα η λάθος επιλογή. Σε ήπια διαλύματα τουρσί-το αραιό νιτρικό οξύ χωρίς φθόριο ή χλωρίδια-316L αποδίδει καλά και κοστίζει λιγότερο από το PTFE. Σε αυτές τις εφαρμογές, η υψηλότερη πυκνότητα watt και το συμπαγές μέγεθος του ανοξείδωτου χάλυβα είναι πλεονεκτήματα.
Το σημείο απόφασης είναι η παρουσία επιθετικών ειδών. Εάν το λουτρό περιέχει υδροφθορικό οξύ, χλωριούχα άλατα ή υψηλές συγκεντρώσεις αναγωγικών οξέων, ο ανοξείδωτος χάλυβας είναι μια επιλογή σύντομης διάρκειας-. Εάν το λουτρό είναι ένα ήπιο οξειδωτικό οξύ, ο ανοξείδωτος χάλυβας μπορεί να είναι επαρκής.
Σύγκριση συνολικού κόστους σε βάθος χρόνου
Η τιμή αγοράς ενός θερμαντήρα 316 λίτρων είναι συνήθως 40–60% χαμηλότερη από έναν συγκρίσιμο θερμαντήρα PTFE. Αλλά στο μικτό όξινο τουρσί, ο θερμαντήρας από ανοξείδωτο χάλυβα μπορεί να διαρκέσει μόνο 3-10 μήνες, ενώ ο θερμαντήρας PTFE διαρκεί 3-5 χρόνια.
Σε μια περίοδο πέντε-χρόνων, η επιλογή από ανοξείδωτο χάλυβα απαιτεί 6–20 αντικαταστάσεις, ενώ η επιλογή PTFE απαιτεί 1–2. Η εργασία και ο χρόνος διακοπής για κάθε αντικατάσταση-η αποστράγγιση της δεξαμενής, η αφαίρεση της αποτυχημένης θέρμανσης, η εγκατάσταση της νέας και η εκ νέου-επιλογή του λουτρού-προσθέτουν ουσιαστικά το κόστος της επιλογής από ανοξείδωτο χάλυβα.
Όταν οι τυπικοί θερμαντήρες δεν μπορούν να χωρέσουν στην απαιτούμενη επιφάνεια
Οι μικτές δεξαμενές αποξίδωσης με περιορισμένο περιφερειακό χώρο συχνά δεν μπορούν να φιλοξενήσουν τυπικούς θερμαντήρες εμβάπτισης από PTFE στις χαμηλές πυκνότητες watt που απαιτεί η χημεία. Μια ισχύς 6 kW σε 1,0 W/cm² απαιτεί 6.000 cm² επιφάνειας περιβλήματος-περισσότερες από αυτές που παρέχει μια ενιαία ευθεία ή σε σχήμα L- μονάδα εντός τυπικών διαστάσεων δεξαμενής.
Μια προσαρμοσμένη διαμόρφωση θερμαντήρα εμβάπτισης από PTFE με πολλαπλό-πέρασμα ή περιμετρικό-ακολουθούμενο σχεδιασμό κατανέμει τη θερμαντική επιφάνεια σε όλη τη δεξαμενή, διατηρώντας παράλληλα χαμηλή πυκνότητα watt. Η διαδικασία προδιαγραφής απαιτεί τη χημεία του μπάνιου, τη θερμοκρασία λειτουργίας, τις διαστάσεις της δεξαμενής και την απαιτούμενη ισχύ. Για εγκαταστάσεις που εκτελούν γραμμές μικτής οξίνισης, αυτή η συγκεκριμένη προσέγγιση-εφαρμογής παρέχει τη χημική αντοχή του PTFE σε μια διαμόρφωση που ταιριάζει στον διαθέσιμο χώρο.
