Koja je cijena-Optimizirana debljina omotača za 316 grijača spremnika od nehrđajućeg čelika u 30% otopini natrijum hidroksida na 50 stepeni sa pet-godišnjim vijekom trajanja

Osnovni zamjena{0}}u servisu kaustike srednje temperature

30% natrijum hidroksida na 50 stepeni je tipična, iako se često pogrešno tumači, aplikacija za 316 uronjene grejače od nerđajućeg čelika na rezervoare za skladištenje natrijum hidroksida. Na ovoj temperaturi i koncentraciji, nehrđajući čelik 316 je općenito otporan na koroziju. Zbog stvaranja stabilnog, zaštitnog pasivnog premaza u koncentriranom kaustičnom okruženju, ujednačene stope korozije su vrlo niske (obično 0,01-0,03 mm godišnje). Samo na osnovu uniformnog napada, zid od 1,0 mm bi teoretski mogao trajati od 33 do 100 godina. Prave opasnosti nisu široko rasprostranjena korozija, već dva lokalizirana fenomena: nagrizajuća korozija naprslina na granici tečne-pare i rupica od kontaminacije hloridom unesene tokom punjenja ili od nečiste kaustične sirovine. Optimizirana po cijeni debljina omotača za projektni vijek od pet godina stoga nije definirana dodatkom korozije u klasičnom smislu, već minimalnom debljinom koja može preživjeti lokalizirane poremećaje, osigurati mehaničku robusnost za ugradnju i čišćenje i spriječiti nepotrebne troškove materijala. Prava{16}}optimizirana debljina je razvijena u ovom istraživanju na osnovu-odstupanja između troškova materijala i rizika{18}}prilagođenog vijeka trajanja.

Pet-Jedinstvena naknada za koroziju za uslugu

Podaci o koroziji za nerđajući čelik 316 u 30% natrijum hidroksidu na 50 stepeni, objavljeni od strane NACE i ASTM International, ukazuju na ujednačenu stopu korozije od 0,01-0,03 mm/godišnje u aeriranim uslovima, pa čak i nižu (0,005-0,015 mm/godišnje skladištene uslove u uslovima skladištenja) pod uobičajenim uslovima skladištenja. rastvorenog kiseonika. Ukupni ujednačeni gubitak metala je 0,05-0,15 mm za pet godina. Minimalna debljina omotača od nerđajućeg čelika 316 za očuvanje integriteta pritiska i mehaničke čvrstoće je oko 0,4-0,5 mm. Dodavanje petogodišnjeg dodatka za koroziju ovom minimumu daje teoretsku potrebnu debljinu od 0,45-0,65 mm. Debljine veće od 0,7 mm ne povećavaju postojanu otpornost na koroziju. Svi zidovi od 1,2 mm, 1,5 mm i 2,0 mm koje nude proizvođači grijača daleko su iznad ovog minimuma. Sa stanovišta čisto ujednačene korozije, najtanji komercijalno dostupan omotač (obično 1,0-1,2 mm) je više nego prikladan za petogodišnji projektni vijek.

Lokalizirani rizik od napada i zahtjevi za marginaliziranu marginu

The uniform corrosion is small but the localised attack due to chloride contamination or due to the creation of caustic concentration cells at the liquid-vapor interface demands greater metal reserve. Technical sodium hydroxide usually comprises 50-500 ppm chloride as a contaminant from the production process (membrane cell or diaphragm cell procedures). 316 stainless steel in 30% caustic with 200 ppm chlorides has a critical pitting temperature of >60 stepeni na 50 stepeni stoga se ne očekuje udubljenje u tipičnim uslovima. Lokalizirane koncentracije klorida mogu nastati na površini omotača tokom ciklusa isparavanja, međutim, ako se spremnik zagrije, a zatim ostavi da se ohladi, ili ako se grijač uključi i isključi. U takvim udarnim uvjetima, moguće su stope pitinga i do 0,1-0,3 mm/godišnje za kratko vrijeme. Čak i samo mjesec dana nesređenih uslova može rezultirati dubinom jame od 0,025-0,075 mm tokom pet godina. Što je još važnije, kombinacija zateznog naprezanja, koncentracije kaustike i povećane temperature potrebna je za pojavu korozionog pucanja kavstičnog naprezanja na granici tečne-pare. Rizik od CSCC na 50 stepeni je mali, ali nije nula. Ako se započne, stopa rasta frakture je oko 0,05-0,2 mm/godišnje. Prijelom koji se širi brzinom od 0,1 mm/god probio bi zid od 1,2 mm za 12 godina. Da je zid debljine 1,0 mm, slomio bi se za 10 godina. Oba su dobra za petogodišnji projektni vijek. Ali 0,8 mm tanji zid bi bio perforiran za osam godina, ostavljajući sigurnosnu granicu od tri godine." Stoga, debljina koja je optimizirana za troškove mora osigurati sigurnosnu granicu protiv neotkrivenog lokaliziranog napada. Iskustvo na terenu sa objektima za skladištenje kaustike pokazuje da će minimalna debljina od 1,0-1,2 mm dati prihvatljivu petogodišnju sigurnosnu marginu za većinu instalacija za rast pukotine ili dubina od 1 mm. za pet godina je izuzetno niska kada se pravilno koristi, tako da će debljina veća od 1,5 mm povećati troškove bez proporcionalnog smanjenja rizika.

Mehanička čvrstoća za postavljanje i čišćenje

Atmosferski ugljični dioksid se apsorbira i formiraju se kristali natrijum karbonata, pa se rezervoari za skladištenje natrijum hidroksida moraju periodično čistiti. Grejalice se mogu izvaditi, rukovati i vratiti tokom čišćenja. Također se mogu ozlijediti instrumentima za čišćenje ili smrznutim kaustikom koji se ponekad formira na zidovima rezervoara. Stoga je od praktičnog interesa procijeniti mehaničku čvrstoću omotača. Zid od 1,2 mm može se saviti ili udubiti od blagog udara. Zid od 1,5 mm je znatno tvrđi. Oštećenja pri rukovanju su daleko otpornija na zid od 2,0 mm. Ali trošak popravke ili zamjene oštećenog grijača je često daleko manji od inkrementalnog troška debljeg zida za cijelu flotu grijača. Za jedan grijač od 3 kW, razlika u cijeni materijala između omotača od 1,2 mm i 2,0 mm iznosi oko 15-25% cjelokupne cijene grijača. Ako je vjerovatnoća mehaničkog oštećenja tokom petogodišnjeg vijeka trajanja manja od 10%, tada je predviđeni trošak oštećenja manji od dodanog početnog troška debljeg zida. U većini dobro vođenih skladišnih objekata u kojima se grijači pažljivo postupaju, optimalna debljina za mehaničku robusnost je 1,2-1,5 mm. U postrojenjima s grubim rukovanjem ili gdje su grijači na nepristupačnim pozicijama, 1,8-2,0 mm može biti opravdano.

Pitanja u vezi sa troškovima energije i toplotnim performansama

Razlika u toplotnoj otpornosti između debljina direktno utiče na potrošnju energije tokom pet godina. Za grejač od 12 mm OD, u 30% NaOH na 50 stepeni, koeficijent konvektivnog prenosa toplote je otprilike 600-1000 W/m^2K u zavisnosti od mešanja. Povećanje debljine zida sa 1,2 mm na 2,0 mm dovodi do dodatnog toplotnog otpora od oko 0,004 m2K/W. Za grejač sa površinom plašta od 0,1 m² koji radi na temperaturi okoline od 50 stepeni tokom 8000 sati godišnje (kontinuirani rad) ovaj dodatni gubitak toplote je oko 0,004 puta veći od temperaturne razlike i površine, ili oko 2-3% manje toplotne snage za isti električni ulaz. Tokom pet godina ovaj gubitak efikasnosti znači dodatnih 2000-3000 kWh potrošnje električne energije na 10 kW kapaciteta grijanja. Po industrijskoj cijeni električne energije od 0,08 USD po kWh, dodatni trošak energije tokom pet godina je 160-240 USD po grijaču od 10 kW. Razlika u početnim troškovima između plašta od 1,2 mm i 2,0 mm za grijač od 10 kW obično iznosi 50-100 USD. Tanji zid na taj način opravdava nižu cijenu materijala uz poboljšanu efikasnost i stoga predstavlja izbor s optimalnim troškovima za kontinuirani rad. Za povremene operacije (2000 sati godišnje upotrebe grijača), razlika u troškovima energije se smanjuje na 40-60 USD za period od 5 godina što možda neće biti dovoljno da potvrdi argument efikasnosti, ali i dalje daje prednost tanjem zidu samo na osnovu cijene materijala.

Tabela za analizu debljine optimizirane cijene

Faktor troškova 1,2 mm omotač 1,5 mm omotač 2,0 milimetara omotač 2,5 mm omotač Cijena materijala (u poređenju sa 1,2 mm) 1.00 1.10 1.17 1.31
Ujednačena količina korozije (5 godina) 0,05-0,15 mm 0,05-0,15 mm 0,05-0,15 mm 0,05-0,15 mm
Poremećena margina preživljavanja (pitting/CSCC) 1,05-1,15 mm 1,35-1,45 mm 1,85-1,95 mm 2,35-2,45 mm
Kazna za energetsku efikasnost (5 godina, kontinuirano) 0% (osnovno) 1-2% 2-3% 3-5%
5-godišnja mogućnost očekivanog mehaničkog oštećenja košta 30-50 dolara 20-40 dolara 10-20 dolara 5-15 dolara
Ukupni 5-godišnji trošak (grijač+energija+šteta) za 10 kW $1000-1100 $1050-1180 $1100-1250 $1200-1400
Troškovi optimizirani za 24/7 rad Odlično Vrlo dobro Prilično Loše
Optimizirano za rad s prekidimaNajbolje Najbolje Prihvatljivo Loše
Kada je trošak debljih zidova opravdan

Notwithstanding the preceding analysis, there are certain instances where a thicker wall will be the most cost effective solution. First, if the caustic is known to have high chloride levels (>500 ppm) i rezervoar radi na temperaturama većim od 60 stepeni, zid od 1,8-2,0 mm pruža neophodnu otpornost na koroziju koju zid od 1,2 mm ne može dati. Početni trošak debljine je više nego plaćen cijenom prijevremenog kvara u 2 godine. Drugo, deblji zid je otporan na habanje prirubnice za montažu kada rezervoar prolazi kroz ponovljene termičke cikluse zbog kojih se grijač širi i skuplja prema otvorima rezervoara. Treće, ako je grijač montiran u spremnik koji se ne može isprazniti radi inspekcije ili popravke bez većeg prekida u proizvodnji, trošak neplaniranih zastoja podržava konzervativnu debljinu od 2,0 mm čak i ako je statistička vjerovatnoća kvara minimalna. Četvrto, ako kaustika sadrži abrazivne čvrste materijale kao što su kristali natrijevog karbonata koji se talože na grijaču, potrebna je stopa erozije-korozije od 0,05-0,1 mm/godišnje i dodatna rezerva metala.

Zaključak: Troškovno{0}}Optimizirana debljina u redovnom servisu

Za ogromnu većinu rezervoara za skladištenje 30% natrijum hidroksida na 50 stepeni sa tipičnim nivoom klorida ispod 200 ppm i uz razumne procedure rukovanja, troškovno-optimizirana debljina omotača za pet-godišnji projektni vijek je 1,2 do 1,4 mm. Ova debljina daje dopuštenje korozije veće od deset puta više od očekivanog ravnomjernog gubitka, sigurnosnu granicu protiv lokaliziranog napada od 1,0 mm ili više, odgovarajuću mehaničku robusnost za oprezno rukovanje i najbolju termičku efikasnost. Prelazak na 1,5-1,6 mm povećava troškove materijala i gubi efikasnost sa malim dobitkom u ionako maloj vjerovatnoći kvara zbog korozije. Opravdano je samo ako je trošak opravdan, i samo ako postoje posebne poremećene okolnosti kao što su visoki hloridi, abrazivne čestice, česti termički ciklusi ili stroge proizvodne kazne za neplaniranu zamjenu. Kada određuju grijač za skladištenje kaustike, inženjeri bi trebali tražiti analizu klorida zaliha natrijum hidroksida i procijenjenog radnog ciklusa. Iz ovoga se debljina-optimizirana za cijenu može odrediti kao 1,2 mm za čistu kaustiku sa hloridima ispod 100 ppm; 1,4-1,6 mm za kaustiku sa hloridima do 500ppm; i 2,0 mm samo kada određena razmatranja rizika opravdavaju premiju. Ovo pretvara odluku o debljini iz zadane vrijednosti prema većim zidovima u-upravljanu, troškovno optimiziranu inženjersku odluku koja balansira početne troškove materijala sa 5-godišnjim operativnim troškovima i vjerovatnoćom kvara prilagođenom riziku.