150 डिग्री और 6 बार पर 316 स्टेनलेस स्टील बॉयलर वॉटर इमर्शन हीटर में 1.2 मिमी बनाम 2.0 मिमी शीथ मोटाई के लिए इंजीनियरिंग औचित्य क्या है?

उच्च तापमान दबावयुक्त जल सेवा: बुनियादी व्यापार छूट

किसी भी धातु आवरण सामग्री के लिए सबसे कठोर परिस्थितियों में से एक बॉयलर जल विसर्जन हीटर है। पानी 150C और 6 बार दबाव पर तरल है, लेकिन अपने संतृप्ति वक्र के करीब है, ताकि म्यान की सतह पर कोई भी स्थानीय तापमान भ्रमण न्यूक्लियेट उबलने या यहां तक ​​कि फिल्म उबलने की शुरुआत कर सके। इन परिस्थितियों में सही ढंग से प्रबंधित जल रसायन के साथ, 316 स्टेनलेस स्टील में पर्याप्त सामान्य संक्षारण प्रतिरोध होता है। हालाँकि, दो विफलता तंत्र महत्वपूर्ण हो जाते हैं। संकेंद्रित हाइड्रॉक्साइड से तनाव संक्षारण दरार और क्लोराइड के किसी भी प्रवेश से गड्ढा। 1.2 मिमी बनाम 2.0 मिमी म्यान मोटाई का चयन पसंद का मामला नहीं है। प्रत्येक संख्या दबाव रोकथाम, संक्षारण भत्ता, थर्मल प्रतिक्रिया और उबलते शासन नियंत्रण के आधार पर विभिन्न स्पष्टीकरणों के साथ एक अलग इंजीनियरिंग दर्शन का प्रतिनिधित्व करती है। यह शोध प्रत्येक मोटाई विकल्प के लिए इंजीनियरिंग तर्क प्रस्तुत करता है और उन परिस्थितियों की पहचान करता है जिनमें एक स्पष्ट रूप से दूसरे से अधिक होता है।

6 बार, 150 डिग्री पर दबाव बनाए रखने का औचित्य

6 बार (गेज) के ऑपरेटिंग दबाव पर 316 स्टेनलेस स्टील शीथ में घेरा तनाव की गणना पतली दीवार सिलेंडर सूत्र का उपयोग करके की जाती है। 12 मिमी बाहरी व्यास और 1.2 मिमी मोटाई वाली ट्यूब की आंतरिक त्रिज्या 4.8 मिमी है। घेरा तनाव दबाव गुणा आंतरिक त्रिज्या को दीवार की मोटाई से विभाजित किया जाता है: 0.6 एमपीए गुणा 4.8 मिमी 1.2 मिमी से विभाजित 2.4 एमपीए के बराबर होता है। 2.0 मिमी की दीवार मोटाई के लिए, आंतरिक त्रिज्या 4.0 मिमी है और घेरा तनाव 0.6 एमपीए × 4.0 मिमी / 2.0 मिमी=1.2 एमपीए है। दोनों आंकड़े लगभग 170 एमपीए की 150 डिग्री पर 316 स्टेनलेस स्टील की उपज ताकत से कम परिमाण के कई ऑर्डर हैं। दबाव नियंत्रण मोटी दीवार को उचित नहीं ठहराता। यहां तक ​​कि 1.2 मिमी की दीवार में भी उपज विफलता के खिलाफ 70 सुरक्षा कारक हैं। 6 बार पर दबाव सख्त होने के लिए, दीवार की मोटाई न्यूनतम 0.3 मिमी से कम होनी चाहिए। इसलिए किसी भी मोटाई के लिए इंजीनियरिंग का आधार अन्य आधारों पर आधारित होना चाहिए न कि फटने वाले दबाव के विचारों पर।

बॉयलर जल रसायन विज्ञान में संक्षारण भत्ता क्यों

बॉयलर के पानी को आमतौर पर क्षारीय स्थिति (पीएच 9-11) बनाए रखने और घुलित ऑक्सीजन, क्लोराइड और अन्य प्रतिकूल प्रजातियों को खत्म करने के लिए उपचारित किया जाता है। 150 डिग्री पर इष्टतम जल रसायन में 316 स्टेनलेस स्टील की सामान्य संक्षारण दर काफी कम है, लगभग 0.005-0.015 मिमी/वर्ष। 1.2 मिमी की दीवार लगातार हमले के तहत संभावित रूप से केवल 80 से 240 वर्षों तक ही टिक पाएगी। लेकिन वास्तविक बॉयलर सिस्टम की अपनी परेशानियाँ होती हैं: कंडेनसर लीक से क्लोराइड आ जाते हैं, खराब रासायनिक उपचार के कारण रखरखाव के दौरान कास्टिक सांद्रता या ऑक्सीजन घुसपैठ हो जाती है। झटके की स्थिति में स्थानीयकृत संक्षारण दर 0.1-0.3 मिमी/वर्ष तक होने का अनुमान लगाया गया था। दीवार 1.2 मिमी मोटी है, जो आपको 0.5 मिमी की न्यूनतम संरचनात्मक मोटाई तक पहुंचने से पहले 0.6-0.7 मिमी का संक्षारण भत्ता देती है। यह परमिट 0.2 मिमी/वर्ष की परेशान संक्षारण दर पर 3 से 4 वर्षों में खर्च किया जाएगा। 2.0 मिमी की दीवार 1.3-1.4 मिमी का संक्षारण भत्ता देती है, और अपसेट सर्वाइवल टाइम को छह से आठ साल तक बढ़ा देती है। तो बॉयलर जल सेवा में 2.0 मिमी की दीवार का इंजीनियरिंग कारण सामान्य परिचालन स्थितियों के लिए नहीं है, बल्कि जल रसायन व्यवधानों की मजबूती के लिए है। अच्छी जल उपचार निगरानी और नियंत्रण वाली सुविधाओं के लिए पतली दीवार को उचित ठहराया जा सकता है। परिवर्तनीय जल गुणवत्ता, लगातार कंडेनसर लीक या सीमित रासायनिक उपचार कार्यबल वाली सुविधाओं के लिए गड़बड़ी से सुरक्षा के रूप में मोटी दीवार को उचित ठहराया जाना चाहिए।

क्वथनांक व्यवस्था और गंभीर मोटाई अंतर का नियंत्रण

1.2 मिमी और 2.0 मिमी के बीच अंतर का सबसे अनूठा इंजीनियरिंग कारण म्यान की सतह पर उबलते शासन के साथ प्रत्येक मोटाई की बातचीत है। 150 डिग्री और 6 बार दबाव पर, पानी का संतृप्ति तापमान 150 डिग्री है। गर्मी को स्थानांतरित करने के लिए हीटर शीथ को थोक तापमान से ऊपर होना चाहिए इसलिए वाट घनत्व और प्रवाह की स्थिति के आधार पर सतह का तापमान सामान्य रूप से 160-180 डिग्री होता है। ऐसे तापमान न्यूक्लियेट उबलने को प्रेरित करते हैं। दूसरा, न्यूक्लियेट उबलना, तब होता है जब वाष्प के बुलबुले म्यान की सतह पर न्यूक्लियेशन साइटों से न्यूक्लियेट होते हैं, बढ़ते हैं और अलग होते हैं, और गर्मी हस्तांतरण में बहुत कुशल होते हैं। लेकिन यदि ऊष्मा प्रवाह बहुत बड़ा है या सतह का तापमान एक निश्चित मूल्य से ऊपर है, तो न्यूक्लियेट उबलना फिल्म उबलने में बदल जाएगा जहां एक निरंतर वाष्प परत म्यान को इन्सुलेट करती है और तेजी से तापमान में वृद्धि करती है। दीवार की मोटाई एक निश्चित वाट घनत्व पर सतह के तापमान को प्रभावित करती है। 150 डिग्री पानी में म्यान की सतह पर 12 डब्ल्यू/सेमी 2 के दिए गए वाट घनत्व के लिए, 1.2 मिमी की दीवार की मोटाई में लगभग 165-170 डिग्री का सतह तापमान होगा, जो न्यूक्लियेट उबलते शासन के अंदर अच्छी तरह से है। समान वाट घनत्व पर, बढ़े हुए थर्मल प्रतिरोध के साथ 2.0 मिमी की दीवार सतह के तापमान को 180-185 डिग्री तक बढ़ा देती है। यह इस दबाव और तापमान पर पानी के क्रांतिक ताप प्रवाह के करीब है। यदि आप फिल्म उबलने के संक्रमण के करीब हैं तो प्रवाह गिरने या वाट घनत्व बढ़ने पर त्वरित तापमान भ्रमण का जोखिम उठाते हैं। तो 1.2 मिमी दीवार के लिए इंजीनियरिंग का आधार बेहतर थर्मल प्रदर्शन और फिल्म उबलने के खिलाफ उच्च मार्जिन है। पतली दीवार सतह के निचले तापमान को बनाए रखती है, जिससे बड़े वाट घनत्व या प्रक्रिया में गड़बड़ी के खिलाफ बफर की अनुमति मिलती है।

बॉयलर के पानी की संवेदनशीलता तनाव संक्षारण क्रैकिंग पर केंद्रित है

कास्टिक तनाव संक्षारण क्रैकिंग (सीएससीसी) बॉयलर जल स्थितियों में ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील्स के लिए एक मान्यता प्राप्त विफलता तंत्र है जहां जमा के नीचे या जलरेखा पर स्थानीय कास्टिक एकाग्रता होती है। सीएससीसी के प्रति संवेदनशीलता तापमान और सोडियम हाइड्रॉक्साइड सांद्रता के साथ बढ़ती है। 316 स्टेनलेस स्टील के सीएससीसी के लिए थ्रेसहोल्ड तनाव पतला कास्टिक समाधान में 150 डिग्री पर लगभग 150 - 200 एमपीए है लेकिन बढ़ते तापमान के साथ तेजी से घटता है। हीटर शीथ में अवशिष्ट तन्य तनाव के दो स्रोत हैं: आंतरिक दबाव तनाव (ऊपर न्यूनतम दिखाया गया है) और ट्यूब ड्राइंग और झुकने से अवशिष्ट तनाव का निर्माण। खींची गई 316 स्टेनलेस स्टील ट्यूबों में अवशिष्ट घेरा तनाव आम तौर पर ठंडे काम की डिग्री और ट्यूब की एनील स्थिति के आधार पर 50-150 एमपीए होता है। 1.2 मिमी की दीवार पतली होती है, इसलिए ड्राइंग के बाद 2.0 मिमी की दीवार की तुलना में कम अवशिष्ट तनाव होता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि अंतिम आयाम तक पहुंचने के लिए कम ठंडे काम की आवश्यकता होती है। क्षेत्र का अनुभव बताता है कि कम अवशिष्ट तनाव और कम सतह के तापमान के कारण पतली दीवार वाले हीटरों में सीएससीसी आरंभ होने की संभावना कम होती है, जिससे कास्टिक एकाग्रता दर कम हो जाती है। 1.2 मिमी की दीवार के लिए इंजीनियरिंग का आधार समान जल रसायन परिस्थितियों में तनाव संक्षारण दरार के लिए कम आंतरिक संवेदनशीलता है।

थर्मल रिस्पांस और सिस्टम नियंत्रण

बॉयलर जल विसर्जन हीटर आमतौर पर उन प्रणालियों में नियोजित होते हैं जिनके लिए सटीक तापमान नियंत्रण की आवश्यकता होती है। म्यान का थर्मल द्रव्यमान संकेतों को नियंत्रित करने के लिए प्रतिक्रिया समय को प्रभावित करता है। 2.0 मिमी की दीवार में 1.2 मिमी की दीवार की तुलना में प्रति इकाई लंबाई लगभग 67% अधिक धातु होती है (समान बाहरी व्यास के लिए, यानी 12 मिमी ट्यूब के लिए, म्यान का क्रॉस अनुभागीय क्षेत्र 40.7 मिमी² से बढ़कर 62.8 मिमी² हो जाता है)। यह अतिरिक्त धातु एक थर्मल कैपेसिटर के रूप में कार्य करती है, जो बिजली लगाने या हटाने पर शीथ तापमान में परिवर्तन की दर को धीमा कर देती है। ऐसी प्रणाली के लिए जो बहुत अधिक चालू और बंद होती है, मोटी दीवार के परिणामस्वरूप बड़े तापमान में उतार-चढ़ाव होता है और लंबे समय तक स्थिर रहने की अवधि होती है। अधिक महत्वपूर्ण बात यह है कि प्रतिरोध तार और म्यान की सतह के बीच थर्मल अंतराल के कारण, एक नियंत्रण प्रणाली जो म्यान पर रखे गए थर्मोकपल पर प्रतिक्रिया करती है, तार के तापमान में परिवर्तन पर प्रतिक्रिया करने में धीमी होगी। 1.2 मिमी की दीवार के लिए तार से बाहरी सतह तक गर्मी संचारित करने का समय स्थिरांक लगभग 0.5-1.0 सेकंड है। 2.0 मिमी की दीवार में यह समय स्थिरांक 1.5-3.0 सेकंड है। अधिकांश बॉयलर नियंत्रणों के लिए यह अंतर मामूली है, लेकिन उच्च परिशुद्धता अनुप्रयोगों या तेजी से लोड परिवर्तन वाले सिस्टम के लिए, पतली दीवार बेहतर नियंत्रणीयता प्रदान करती है। इन अनुप्रयोगों में 1.2 मिमी दीवार के लिए इंजीनियरिंग तर्क बेहतर गतिशील प्रतिक्रिया और सख्त तापमान नियंत्रण है।

इंजीनियरिंग औचित्य सारांश तालिका

विचार 1.2 मिमी शीथ 2.0 मिमी शीथ
6 बार 70 (उत्कृष्ट) 140 (अति डिज़ाइन) पर दबाव नियंत्रण सुरक्षा कारक
सामान्य संचालन के लिए संक्षारण भत्ता 0.6 मिमी (80+ वर्ष) 1.4 मिमी ({{3%) वर्ष)
अपसेट सर्वाइवल टाइम (संक्षारण दर 0.2 मिमी/वर्ष)3-4 वर्ष 6-8 वर्ष
सतह का तापमान 12 डब्लू/सेमी2 165-170 डिग्री 180-185 डिग्री
फिल्म उबलने के लिए संक्रमण मार्जिन बड़ा छोटा
विनिर्माण अवशिष्ट तनाव कम (50-100 एमपीए) बढ़ा हुआ (80-150 एमपीए)
CSCCLowerHigher आरंभ करने का जोखिम
थर्मल प्रतिक्रिया समय स्थिरांक 0.5 से 1.0 सेकंड 1.5 से 3.0 सेकंड
उचित सामान्य अनुप्रयोग, अच्छी तरह से नियंत्रित प्रणाली, उच्च वाट घनत्व, परिशुद्धता नियंत्रण, रूढ़िवादी डिज़ाइन, अपसेट -प्रोन सिस्टम, परिवर्तनीय फीडवाटर
निष्कर्ष: प्रत्येक मोटाई के लिए इंजीनियरिंग औचित्य

यह एक के दूसरे से बेहतर होने का मामला नहीं है। उदाहरण के लिए, 150 डिग्री और 6 बार पर 316 स्टेनलेस स्टील बॉयलर जल विसर्जन हीटर: 1.2 मिमी या 2.0 मिमी म्यान मोटाई। 1.2 मिमी की दीवार तब उचित होती है जब जल रसायन को अच्छी तरह से नियंत्रित किया जाता है और लगातार बनाए रखा जाता है, जब उच्च वाट घनत्व संचालन की आवश्यकता होती है और जब थर्मल प्रतिक्रिया समय महत्वपूर्ण होता है। इसके परिणामस्वरूप सतह का तापमान कम होता है, फिल्म उबलने के खिलाफ अधिक मार्जिन होता है, कम अवशिष्ट तनाव होता है और तनाव संक्षारण टूटने की संभावना कम होती है। 2.0 मिमी की दीवार की आवश्यकता होती है जहां जल रसायन में गड़बड़ी की उम्मीद होती है, अधिक गड़बड़ी में जीवित रहने का समय आवश्यक होता है और जहां डिजाइन दर्शन द्वारा थर्मल प्रदर्शन के लिए संक्षारण भत्ता को प्राथमिकता दी जाती है। यह स्थानीय हमले के लिए बड़ा धातु भंडार देता है लेकिन उच्च सतह तापमान और शायद उच्च सीएससीसी जोखिम की कीमत पर। अधिकांश मौजूदा बॉयलर सिस्टम के लिए जहां रासायनिक उपचार स्वचालित है और निगरानी निरंतर है, इंजीनियरिंग औचित्य 1.2-1.5 मिमी रेंज में है। 2.0 मिमी की दीवार बुजुर्ग पौधों, पानी की गुणवत्ता में उतार-चढ़ाव वाले पौधों, या ऐसी परिस्थितियों में जहां हीटर का आसानी से निरीक्षण और परिवर्तन नहीं किया जाता है, के लिए एक उचित सतर्क विकल्प है। इन मामलों में इंजीनियर को जल रसायन प्रबंधन क्षमता, अपेक्षित अपसेट आवृत्ति और वाट घनत्व आवश्यकताओं के आधार पर चयन को उचित ठहराना चाहिए, न कि इस गलत विचार पर कि उच्च तापमान दबाव वाली जल सेवा में मोटा हमेशा सुरक्षित होता है।