लागत क्या है-50 डिग्री पर 30% सोडियम हाइड्रॉक्साइड घोल में 316 स्टेनलेस स्टील स्टोरेज टैंक हीटर के लिए अनुकूलित शीथ मोटाई, पांच साल की डिजाइन लाइफ के साथ

मध्यम तापमान कास्टिक सेवा में बुनियादी व्यापार छूट

50 डिग्री पर 30% सोडियम हाइड्रॉक्साइड सोडियम हाइड्रॉक्साइड भंडारण टैंकों पर 316 स्टेनलेस स्टील विसर्जन हीटरों के लिए एक विशिष्ट, हालांकि अक्सर गलत व्याख्या की गई है। इस तापमान और सांद्रता पर, 316 स्टेनलेस स्टील आमतौर पर संक्षारण प्रतिरोधी होता है। संकेंद्रित कास्टिक वातावरण में एक स्थिर, सुरक्षात्मक निष्क्रिय कोटिंग के निर्माण के कारण, समान संक्षारण दर बहुत कम होती है (आमतौर पर 0.01–0.03 मिमी प्रति वर्ष)। अकेले समान हमले के आधार पर, 1.0 मिमी की दीवार सैद्धांतिक रूप से 33 से 100 साल तक चल सकती है। वास्तविक खतरे व्यापक संक्षारण नहीं हैं, बल्कि दो स्थानीय घटनाएं हैं: कास्टिक तनाव संक्षारण, तरल वाष्प इंटरफ़ेस पर दरार और भरने के दौरान या अशुद्ध कास्टिक फ़ीड से पेश किए गए क्लोराइड संदूषण से गड्ढा। पांच साल के डिजाइन जीवन के लिए लागत अनुकूलित म्यान मोटाई को शास्त्रीय अर्थ में संक्षारण भत्ता द्वारा परिभाषित नहीं किया गया है, बल्कि स्थानीयकृत परेशानियों से बचने के लिए न्यूनतम मोटाई, स्थापना और सफाई के लिए यांत्रिक मजबूती प्रदान करने और अनावश्यक सामग्री व्यय को रोकने के लिए परिभाषित किया गया है। इस शोध में वास्तविक लागत अनुकूलित मोटाई सामग्री लागत और जोखिम समायोजित सेवा जीवन के बीच व्यापार छूट के आधार पर विकसित की गई है।

पांच-वर्षीय सेवा वर्दी संक्षारण भत्ता

एनएसीई और एएसटीएम इंटरनेशनल द्वारा प्रकाशित 50 डिग्री पर 30% सोडियम हाइड्रॉक्साइड में 316 स्टेनलेस स्टील के लिए संक्षारण डेटा, वातित स्थितियों में 0.01 {{11 }} 0.03 मिमी/वर्ष की एक समान संक्षारण दर का संकेत देता है और इससे भी कम (0.005 {{22 }} 0.015 मिमी/वर्ष) संग्रहीत कास्टिक की विशिष्ट परिस्थितियों में जो अपने घुलित ऑक्सीजन का उपभोग करता है। प्रति पाँच वर्ष में कुल एकसमान धातु हानि 0.05-0.15 मिमी है। दबाव अखंडता और यांत्रिक शक्ति को संरक्षित करने के लिए 316 स्टेनलेस स्टील शीथ की न्यूनतम मोटाई लगभग 0.4-0.5 मिमी है। इस न्यूनतम में पांच साल का संक्षारण भत्ता जोड़ने से 0.45–0.65 मिमी की सैद्धांतिक आवश्यक मोटाई उत्पन्न होती है। 0.7 मिमी से अधिक की मोटाई लगातार संक्षारण प्रतिरोध को नहीं बढ़ाती है। हीटर निर्माताओं द्वारा प्रस्तावित सभी 1.2 मिमी, 1.5 मिमी और 2.0 मिमी की दीवारें इस न्यूनतम से कहीं अधिक हैं। शुद्ध एकसमान संक्षारण दृष्टिकोण से, व्यावसायिक रूप से उपलब्ध सबसे पतला म्यान (आमतौर पर 1.0-1.2 मिमी) पांच साल के डिजाइन जीवन के लिए उपयुक्त से अधिक है।

स्थानीय हमले का जोखिम और अपसेट मार्जिन की आवश्यकता

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 >50 डिग्री पर 60 डिग्री इसलिए सामान्य परिस्थितियों में गड्ढे की उम्मीद नहीं है। वाष्पीकरण चक्र के दौरान म्यान की सतह पर क्लोराइड की स्थानीयकृत सांद्रता उत्पन्न हो सकती है, हालांकि, यदि टैंक को गर्म किया जाता है और फिर ठंडा होने दिया जाता है, या यदि हीटर चालू और बंद होता है। ऐसी सदमे की स्थिति में, संक्षिप्त अवधि के लिए 0.1-0.3 मिमी/वर्ष तक की उच्च दर संभव है। यहां तक ​​कि केवल एक महीने की अस्थिर स्थितियों के परिणामस्वरूप पांच वर्षों में गड्ढे की गहराई 0.025-0.075 मिमी हो सकती है। अधिक महत्वपूर्ण बात यह है कि तरल वाष्प इंटरफ़ेस पर कास्टिक तनाव संक्षारण दरार की घटना के लिए तन्य तनाव, कास्टिक एकाग्रता और बढ़े हुए तापमान का संयोजन आवश्यक है। 50 डिग्री पर सीएससीसी का जोखिम छोटा है लेकिन शून्य नहीं है। यदि शुरू किया जाए, तो फ्रैक्चर वृद्धि दर लगभग 0.05-0.2 मिमी/वर्ष है। 0.1 मिमी/वर्ष की गति से फैलने वाला एक फ्रैक्चर 12 वर्षों में 1.2 मिमी की दीवार को तोड़ देगा। यदि दीवार 1.0 मिमी मोटी होती तो यह 10 साल में टूट जाती। दोनों पांच साल के डिजाइन जीवन के लिए अच्छे हैं। लेकिन 0.8 मिमी पतली दीवार को आठ साल में छिद्रित किया जाएगा, जिससे तीन साल का सुरक्षा मार्जिन बचेगा। कि 1.5 मिमी से अधिक की मोटाई आनुपातिक जोखिम में कमी के बिना लागत बढ़ाएगी।

फिटिंग और सफाई के लिए यांत्रिक शक्ति

वायुमंडलीय कार्बन डाइऑक्साइड अवशोषित होता है और सोडियम कार्बोनेट क्रिस्टल बनते हैं, इसलिए सोडियम हाइड्रॉक्साइड भंडारण टैंकों को समय-समय पर साफ किया जाना चाहिए। सफाई के दौरान हीटरों को बाहर निकाला जा सकता है, संभाला जा सकता है और वापस रखा जा सकता है। वे सफाई उपकरणों से या कभी-कभी टैंकों की दीवारों पर जमी हुई कास्टिक से भी घायल हो सकते हैं। इसलिए म्यान की यांत्रिक शक्ति का आकलन करना व्यावहारिक रुचि का विषय है। 1.2 मिमी की दीवार हल्के प्रभाव से मुड़ सकती है या उसमें डेंट पड़ सकता है। 1.5 मिमी की दीवार काफी सख्त होती है। क्षति से निपटना 2.0 मिमी की दीवार की तुलना में कहीं अधिक प्रतिरोधी है। लेकिन क्षतिग्रस्त हीटर की मरम्मत या बदलने की लागत अक्सर हीटरों के पूरे बेड़े के लिए मोटी दीवार के वृद्धिशील खर्च से बहुत कम होती है। एकल 3 किलोवाट हीटर के लिए, 1.2 मिमी और 2.0 मिमी शीथ के बीच सामग्री लागत का अंतर पूरे हीटर लागत का लगभग 15 - 25% है। यदि पांच साल के जीवन के दौरान यांत्रिक क्षति की संभावना 10% से कम है, तो क्षति की अनुमानित लागत मोटी दीवार की अतिरिक्त अग्रिम लागत से कम है। अधिकांश अच्छी तरह से प्रबंधित भंडारण सुविधाओं में जहां हीटरों का सावधानीपूर्वक उपचार किया जाता है, यांत्रिक मजबूती के लिए लागत अनुकूलित मोटाई 1.2-1.5 मिमी है। खराब संचालन वाले पौधों में या जहां हीटर दुर्गम स्थिति में हैं, 1.8-2.0 मिमी की लागत उचित हो सकती है।

ऊर्जा लागत और थर्मल प्रदर्शन से संबंधित मुद्दे

विभिन्न मोटाई में थर्मल प्रतिरोध में अंतर सीधे पांच वर्षों में ऊर्जा के उपयोग को प्रभावित करता है। 12 मिमी ओडी हीटर के लिए, 50 डिग्री पर 30% NaOH में, उत्तेजना के आधार पर संवहन ताप हस्तांतरण गुणांक लगभग 600 - 1000 W/m^2K है। दीवार की मोटाई 1.2 मिमी से 2.0 मिमी तक बढ़ने से लगभग 0.004 m2K/W का अतिरिक्त थर्मल प्रतिरोध होता है। प्रति वर्ष 8000 घंटे (निरंतर संचालन) के लिए 50 डिग्री के परिवेश तापमान पर काम करने वाले 0.1 वर्ग मीटर के शीथ क्षेत्र वाले हीटर के लिए यह अतिरिक्त गर्मी हानि तापमान अंतर और क्षेत्र का लगभग 0.004 गुना है, या समान विद्युत इनपुट के लिए लगभग 2-3% कम गर्मी उत्पादन है। पांच वर्षों में, दक्षता की इस हानि का मतलब है प्रति 10 किलोवाट हीटिंग क्षमता पर 2000-3000 किलोवाट अतिरिक्त बिजली का उपयोग। $0.08 प्रति किलोवाट की औद्योगिक बिजली कीमत पर, पांच वर्षों में अतिरिक्त ऊर्जा लागत $160-240 प्रति 10 किलोवाट हीटर है। 10 किलोवाट हीटर के लिए 1.2 मिमी और 2.0 मिमी शीथ के बीच अग्रिम लागत में अंतर आमतौर पर $50-100 है। पतली दीवार बेहतर दक्षता के साथ अपनी कम सामग्री लागत को उचित ठहराती है और इसलिए निरंतर संचालन के लिए लागत-अनुकूलित विकल्प का प्रतिनिधित्व करती है। रुक-रुक कर चलने वाले संचालन (हीटर के उपयोग के प्रति वर्ष 2000 घंटे) के लिए, ऊर्जा लागत में अंतर 5 साल की अवधि के लिए $ 40-60 तक कम हो जाता है, जो दक्षता तर्क को मान्य करने के लिए पर्याप्त नहीं हो सकता है लेकिन फिर भी अकेले सामग्री लागत के आधार पर पतली दीवार का पक्ष लेता है।

लागत अनुकूलित मोटाई विश्लेषण तालिका

लागत कारक 1.2 मिमी शीथ 1.5 मिमी शीथ 2.0 मिलीमीटर शीथ 2,5 मिमी शीथ सामग्री लागत (1.2 मिमी की तुलना में) 1.00 1.10 1.17 1.31
समान संक्षारण भत्ता (5 वर्ष) 0.05-0.15 मिमी 0.05-0.15 मिमी 0.05-0.15 मिमी 0.05-0.15 मिमी
अपसेट सर्वाइवल मार्जिन (पिटिंग/सीएससीसी) 1.05-1.15 मिमी 1.35-1.45 मिमी 1.85-1.95 मिमी 2.35-2.45 मिमी
ऊर्जा दक्षता जुर्माना (5 वर्ष, निरंतर) 0% (बेसलाइन) 1-2% 2-3% 3-5%
अपेक्षित यांत्रिक क्षति की 5 साल की संभावना लागत $30-50 $20-40 $10-20 $5-15
10 किलोवाट के लिए कुल 5 साल की लागत (हीटर+ऊर्जा+क्षति) $1000-1100 $1050-1180 $1100-1250 $1200-1400
24/7 संचालन के लिए अनुकूलित लागत, उत्कृष्ट, बहुत अच्छा, उचित, ख़राब
आंतरायिक संचालन के लिए अनुकूलित सर्वोत्तम सर्वोत्तम स्वीकार्य खराब
जब मोटी दीवारों की लागत उचित है

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 पीपीएम) और टैंक 60 डिग्री से अधिक तापमान पर काम कर रहा है, 1.8-2.0 मिमी की दीवार आवश्यक संक्षारण सहनशीलता प्रदान करती है जो 1.2 मिमी की दीवार नहीं दे सकती है। मोटाई का प्रारंभिक व्यय 2 वर्षों में समयपूर्व विफलता की लागत से अधिक है। दूसरा, जब टैंक बार-बार थर्मल साइक्लिंग से गुजरता है तो एक मोटी दीवार माउंटिंग फ्लैंज को घिसने से रोकती है, जिससे हीटर टैंक के उद्घाटन के खिलाफ फैलता और सिकुड़ता है। तीसरा, यदि हीटर एक टैंक में लगाया गया है जिसे उत्पादन में बड़ी रुकावट के बिना निरीक्षण या मरम्मत के लिए सूखा नहीं जा सकता है, तो अनिर्धारित डाउनटाइम की लागत 2.0 मिमी की रूढ़िवादी मोटाई का समर्थन करती है, भले ही विफलता की सांख्यिकीय संभावना न्यूनतम हो। चौथा, यदि कास्टिक में सोडियम कार्बोनेट क्रिस्टल जैसे अपघर्षक ठोस पदार्थ होते हैं जो हीटर पर जमा होते हैं, तो 0.05-0.1 मिमी/वर्ष की क्षरण-संक्षारण दर और अतिरिक्त धातु भंडार की आवश्यकता होती है।

निष्कर्ष: लागत-नियमित सेवा में अनुकूलित मोटाई

50 डिग्री पर 200 पीपीएम से कम सामान्य क्लोराइड स्तर और उचित हैंडलिंग प्रक्रियाओं के साथ 30% सोडियम हाइड्रॉक्साइड भंडारण टैंकों के विशाल बहुमत के लिए, पांच साल के डिजाइन जीवन के लिए अनुकूलित म्यान की मोटाई 1.2 से 1.4 मिमी है। यह मोटाई प्रत्याशित समान हानि से दस गुना अधिक संक्षारण भत्ता, 1.0 मिमी या अधिक के स्थानीय हमले के खिलाफ सुरक्षा मार्जिन, सावधानीपूर्वक संचालन के लिए उपयुक्त यांत्रिक मजबूती और सर्वोत्तम थर्मल दक्षता देती है। 1.5-1.6 मिमी पर जाने से भौतिक व्यय बढ़ जाता है, और संक्षारण द्वारा विफलता की पहले से ही कम संभावना में थोड़े लाभ के साथ दक्षता कम हो जाती है। यह केवल तभी उचित है जब लागत उचित हो, और केवल तभी जब उच्च क्लोराइड, अपघर्षक कण, बार-बार थर्मल साइक्लिंग, या अनिर्धारित प्रतिस्थापन के लिए गंभीर उत्पादन दंड जैसी विशेष परेशान परिस्थितियाँ हों। कास्टिक भंडारण के लिए हीटर निर्दिष्ट करते समय, इंजीनियरों को सोडियम हाइड्रॉक्साइड आपूर्ति और अनुमानित कार्य चक्र का क्लोराइड विश्लेषण करना चाहिए। इससे, 100पीपीएम से नीचे क्लोराइड के साथ स्वच्छ कास्टिक के लिए लागत -अनुकूलित मोटाई 1.2 मिमी के रूप में निर्धारित की जा सकती है; 500 पीपीएम तक क्लोराइड के साथ कास्टिक के लिए 1.4 - 1.6 मिमी; और 2.0 मिमी केवल तभी जब कुछ जोखिम विचार प्रीमियम की गारंटी देते हैं। यह मोटाई के निर्णय को डिफ़ॉल्ट से बड़ी दीवारों की ओर डेटा संचालित, लागत-अनुकूलित इंजीनियरिंग निर्णय में बदल देता है, जो 5 साल के परिचालन व्यय और जोखिम-समायोजित विफलता संभावना के साथ अग्रिम सामग्री लागत को संतुलित करता है।