खुले टैंकों में 316 स्टेनलेस स्टील फ़्लैंग्ड हीटर का विसर्जन गहराई प्रतिशत हवा में विफलता बिंदु को क्यों परिभाषित करता है -जल इंटरफ़ेस

वाष्प चरण क्षेत्र: शीथेड हीटर पर सबसे अधिक संक्षारक और थर्मली तनावग्रस्त स्थान

खुले या हवादार टैंकों में स्थापित 316 स्टेनलेस स्टील फ़्लैंग्ड इमर्शन हीटरों की समयपूर्व विफलता का स्थान वायु - जल इंटरफ़ेस क्षेत्र में निरंतर, पूर्वानुमानित तरीके से होता है, जो आम तौर पर औसत तरल स्तर से 20‑50 मिमी ऊपर और नीचे होता है। यह क्षेत्र आंशिक गीलापन, घुले हुए ठोस पदार्थों की वाष्पीकरणीय सांद्रता, आंतरायिक जोखिम के कारण थर्मल साइक्लिंग और बढ़ी हुई ऑक्सीजन उपलब्धता के अनूठे संयोजन के अधीन है। अलगाव में इनमें से प्रत्येक संक्षारण को तेज करता है, और साथ में वे एक ही आवरण के पूरी तरह से डूबे हुए, या पूरी तरह से उजागर भागों की तुलना में 5 {{9 }}10 गुना अधिक विफलता दर उत्पन्न करते हैं। विसर्जन गहराई%, जो कि डूबे हुए म्यान की लंबाई और कुल गर्म लंबाई का अनुपात है, सीधे नियंत्रित करता है कि इस आक्रामक इंटरफेसियल क्षेत्र में हीटर की सतह कितनी सक्रिय है। यह पेपर इंटरफेस के हमले को नियंत्रित करने वाले थर्मोकेमिकल सिद्धांतों को संबोधित करता है और एक गहराई-विनिर्देश रूपरेखा प्रस्तुत करता है जो परिमाण के क्रम से हीटर जीवन को बढ़ाता है।

आंशिक रूप से गीला इंटरफ़ेस एकाग्रता सेल तंत्र

316 स्टेनलेस स्टील शीथ के वायु-}जल इंटरफ़ेस को पार करने के मामले में, तरल स्तर के ठीक ऊपर का क्षेत्र एक पतली बाष्पीकरणीय फिल्म से गीला रहता है और नीचे का क्षेत्र पूरी तरह से डूब जाता है। यह व्यवस्था एक मानक विभेदक वातन या सांद्रता कोशिका है। पूरी तरह से डूबे हुए खंड में ऑक्सीजन की सांद्रता कम हो गई है (परिवेश के तापमान पर लगभग 8-10 पीपीएम, तापमान के साथ घट रही है) और एनोड है। संपर्क के ऊपर की गीली फिल्म, परिवेशी ऑक्सीजन (21% O₂) के संपर्क में आने पर, ऑक्सीजन की सांद्रता अधिक होती है और यह कैथोड है। उत्पन्न गैल्वेनिक धारा धातु के माध्यम से डूबे हुए एनोड से पतली-फिल्म कैथोड तक गुजरती है और एनोड पर धातु के विघटन का कारण बनती है, जो आमतौर पर स्थिर तरल स्तर से 10-30 मिमी नीचे स्थित होती है। अकेले इस विभेदक सेल से तटस्थ क्लोराइड समाधान में संक्षारण दर 0.2-0.5 मिमी प्रति वर्ष है, जो 3-7 वर्षों में 1.5 मिमी दीवार मोटाई को छिद्रित करने के लिए पर्याप्त है। यह उपकरण केवल स्थिर तरल स्तर के लिए काम करता है। बैच प्रसंस्करण या अलग-अलग भराव वाले टैंकों में उतार-चढ़ाव के स्तर, म्यान के विभिन्न वर्गों को चक्रीय रूप से एकाग्रता सेल में उजागर करके हमले को बढ़ाते हैं, इस प्रकार एक व्यापक क्षेत्र में संक्षारण फैलाते हैं, लेकिन पहली बार प्रवेश करने का समय कम हो जाता है क्योंकि प्रत्येक अनुभाग एनोडिक कैथोडिक स्थितियों के बार-बार उलट अनुभव करता है।

मेनिस्कस पर आक्रामक प्रजातियों का बाष्पीकरणीय संवर्धन

वाष्पीकरणीय सांद्रण सबसे विनाशकारी अंतरापृष्ठीय प्रक्रिया है। तरल स्तर के ऊपर आवरण पर पतली फिल्म से पानी के वाष्पीकरण पर गैर-वाष्पशील विलेय, यानी क्लोराइड, सल्फेट, कठोरता आयन और कार्बनिक अम्ल पीछे रह जाते हैं और मेनिस्कस के पास जमा हो जाते हैं। रनिंग प्लेटिंग बाथ में, क्षेत्र माप से पता चला है कि हवा में क्लोराइड की सांद्रता {5}पानी के इंटरफ़ेस में 50,000 -100,000 पीपीएम तक है, जबकि बल्क टैंक समाधान केवल 500-1000 पीपीएम है। इतनी उच्च सांद्रता पर, 316 स्टेनलेस स्टील की पिटिंग क्षमता ओपन-सर्किट क्षमता से कम है, इसलिए स्वचालित पिटिंग वर्षों के बजाय दिनों या हफ्तों में शुरू होती है। इसके अलावा, संकेंद्रित घोल धातु क्लोराइड के हाइड्रोलिसिस द्वारा पीएच को कम कर देता है, जिससे गड्ढे स्थल पर स्थानीयकृत अम्लता पीएच 2-3 तक कम हो जाती है। उच्च क्लोराइड, कम पीएच और ऊंचा तापमान (इंटरफ़ेस पर आवरण आमतौर पर उबलते पानी के टैंक में 80-95 डिग्री पर चलता है) का संयोजन किसी भी थोक औद्योगिक तरल पदार्थ की तुलना में अधिक प्रतिकूल संक्षारक वातावरण प्रदान करता है। वाष्पीकरण के बाद बचे अवशेषों को सफेद, हरे या भूरे रंग की परत के रूप में देखा जा सकता है। यह आक्रामक आयनों का भंडार है जो टैंक खाली होने या हीटर बंद होने पर भी संक्षारण का कारण बनता रहता है।

तरल स्तर की सीमा पर थर्मल साइक्लिंग और यांत्रिक तनाव

इलेक्ट्रोकेमिकल तंत्र के अलावा, 316 म्यान वायु {{1} जल इंटरफ़ेस पर उच्च तापीय और यांत्रिक तनाव के संपर्क में भी आता है। डूबा हुआ हिस्सा, एक बार हीटर द्वारा सक्रिय हो जाने पर, गर्मी को तरल में कुशलतापूर्वक संचारित कर सकता है और अपेक्षाकृत ठंडा रहता है (आमतौर पर थोक तापमान का 10 - 30 डिग्री)। हालाँकि, तरल के ऊपर का खुला क्षेत्र ज्यादातर विकिरण और हवा के प्राकृतिक संवहन से ठंडा हो जाता है और इसलिए इसका तापमान काफी बढ़ जाता है, अक्सर बिजली घनत्व और पर्यावरणीय स्थितियों के आधार पर 200-400 डिग्री तक। संपर्क के साथ तापमान प्रवणता 10-20 मिमी म्यान लंबाई में 300 डिग्री से अधिक हो सकती है। यह ढाल एक थर्मल विस्तार बेमेल का कारण बनती है: गर्म हिस्सा ठंडे हिस्से की तुलना में अधिक फैलता है, जिससे इंटरफ़ेस पर तन्य तनाव पैदा होता है जो प्रत्येक हीटिंग चक्र के दौरान 316 स्टेनलेस स्टील की उपज ताकत से अधिक हो सकता है। बार-बार साइकिल चलाने से थर्मल थकान क्रैकिंग होती है। विशिष्ट दरारें परिधीय होती हैं और बाहरी आवरण सतह पर उत्पन्न होती हैं और अंदर की ओर बढ़ती हैं। एक बार जब कोई दरार दीवार में घुस जाती है, तो टैंक के अंदर का गर्म संक्षारक तरल पदार्थ हीटर के विद्युत डिब्बे में रिस जाता है, जिससे तत्काल ग्राउंड फॉल्ट फेल हो जाता है। गैर-साइक्लिंग तरल पदार्थों के साथ निश्चित स्तर के हीटरों में थर्मल ग्रेडिएंट तनाव स्थिर होता है, लेकिन फिर भी लंबी अवधि में रेंगने और तनाव जंग टूटने में योगदान देता है।

विभिन्न सेवा शर्तों के लिए सुरक्षित विसर्जन गहराई प्रतिशत की गणना

विसर्जन की गहराई % को इस प्रकार परिभाषित किया गया है: . 100  L डूबा हुआ L कुल गर्म जहां L कुल गर्म हुआ=L डूबा हुआ + L खुला हुआ आवरण। जलीय सेवा में 316 स्टेनलेस स्टील फ्लैंज्ड हीटरों के लिए, उद्योग का सर्वोत्तम अभ्यास 75% की न्यूनतम विसर्जन गहराई है (यानी गर्म लंबाई का 25% से अधिक न्यूनतम ऑपरेटिंग तरल स्तर पर हवा के संपर्क में नहीं आता है)। 75% विसर्जन पर, इंटरफेशियल क्षेत्र कुल म्यान की लंबाई का एक छोटा सा हिस्सा है और मेनिस्कस के ऊपर गीली फिल्म अत्यधिक वाष्पीकरण एकाग्रता को रोकने के लिए पर्याप्त पतली है। 50% विसर्जन के साथ, आधा हीटर इंटरफ़ेस पर या उसके निकट होता है और संपूर्ण ताप प्रवाह म्यान के ऊपरी आधे भाग में केंद्रित होता है, जिससे इंटरफ़ेस पर हमले की गति काफी बढ़ जाती है। विसर्जन की गहराई, थोक क्लोराइड सांद्रता और प्रक्षेपित इंटरफ़ेस के बीच का लिंक सीमित हीटर जीवनकाल नीचे दी गई तालिका में दिखाया गया है।

न्यूनतम विसर्जन गहराई (गर्म लंबाई का%) थोक क्लोराइड एकाग्रता (पीपीएम) इंटरफ़ेस छिद्रण से पहले अपेक्षित जीवनकाल (वर्ष) प्रिंसिपल विफलता मोड अनुशंसित कार्रवाई 85 से अधिक या उसके बराबर कोई भी 8-12 न्यूनतम इंटरफ़ेस, व्यापक संक्षारण सर्वोत्तम दीर्घायु
75‑85 <500 5‑8 Meniscus pitting Standard industrial specification 
75‑85 500‑2000 3‑5 बाष्पीकरणीय सांद्रण बीडिंग अर्ध-वार्षिक निरीक्षण के साथ स्वीकार्य (निरीक्षण के साथ या बिना)
60-75 <200 3-5 Thermal fatigue + pitting Marginal; consider automatic level control
60-75 200-1000 1-2 तीव्र मेनिस्कस पिटिंग। निरंतर ड्यूटी के लिए डिज़ाइन नहीं किया गया
50‑60 6-18 महीने किसी भी संयुक्त एकाग्रता सेल + थर्मल थकान से बचें; टैंक या हीटर को स्थानांतरित करें<50Any<6 monthsSevere interface assault, early perforation.Not valid for any water services
इंटरफ़ेस हमले को कम करने के लिए व्यावहारिक डिज़ाइन संशोधन

जहां प्रक्रिया की बाधाएं 75% न्यूनतम विसर्जन की अनुमति नहीं देती हैं, वहां कई तकनीकी समायोजन इंटरफ़ेस हमले की गंभीरता को कम करते हैं। पहला एक स्तर नियंत्रण प्रणाली का कार्यान्वयन है जो तरल स्तर को एक तंग बैंड (±25 मिमी) में रखता है ताकि इंटरफ़ेस को एक विस्तृत म्यान क्षेत्र में जाने से रोका जा सके। दूसरा एक स्टिलिंग वेल या बैफल का स्थान है जो सतह की अशांति और तरंग क्रिया को कम करता है, इस प्रकार उजागर आवरण पर बाष्पीकरणीय जमा की मोटाई को कम करता है। तीसरा और सबसे फायदेमंद परिवर्तन कम बिजली घनत्व के साथ एक लंबे हीटर को नियोजित करना है, जो समान वाट क्षमता को व्यापक गीले क्षेत्र में वितरित करता है और इस प्रकार इंटरफ़ेस पर शीथ तापमान को कम करता है। उदाहरण के लिए, 600 मिमी गर्म लंबाई (410 मिमी पानी की गहराई पर 68% विसर्जन) वाले 6 किलोवाट हीटर को 1200 मिमी गर्म लंबाई (985 मिमी गहराई पर 82% विसर्जन, एक गहरे टैंक या क्षैतिज माउंटिंग का उपयोग करके) के साथ 9 किलोवाट हीटर के साथ बदलने से इंटरफ़ेस एक गंभीर विफलता क्षेत्र से एक सौम्य क्षेत्र में चला जाता है। मौजूदा टैंकों में जहां गहरा विसर्जन संभव नहीं है, कम लागत वाला सुधार एक सुरक्षात्मक ओवरशीथ या इंटरफ़ेस पर प्रतिस्थापन योग्य थर्मोवेल के साथ हीटर का निर्माण करना है, जो कि अधिक संक्षारण प्रतिरोधी मिश्र धातु जैसे इंकोनेल 625 या शीर्ष 150 मिमी के लिए टाइटेनियम का उपयोग करता है।

निष्कर्ष: विसर्जन की गहराई एक गैर-परक्राम्य विश्वसनीयता पैरामीटर के रूप में

आंशिक रूप से डूबे हुए 316 स्टेनलेस स्टील फ्लैंग्ड हीटर पर वायु {{0} पानी इंटरफ़ेस एक उपद्रव क्षेत्र से अधिक है, यह वह स्थान है जहां इलेक्ट्रोकेमिकल, थर्मल और मैकेनिकल विफलता प्रक्रियाएं पूरे हीटिंग तत्व पर सबसे कम सेवा जीवन प्रदान करने के लिए संयोजित होती हैं। डिज़ाइन नियम जो खुले टैंकों में हीटर के जीवन को सर्वोत्तम रूप से बढ़ाता है, वह न्यूनतम अनुमानित तरल स्तर पर गर्म लंबाई के 75% की न्यूनतम विसर्जन गहराई बनाए रखना है। ऐसे किसी भी अनुप्रयोग में जहां प्रक्रिया की स्थितियाँ इस गहराई पर रोक लगाती हैं, इंजीनियरों को या तो काफी कम जीवनकाल (5-10 वर्षों के बजाय 12{7}}24 महीने) को स्वीकार करना होगा या स्तर नियंत्रण, कम बिजली घनत्व, या इंटरफ़ेस-क्षेत्र मिश्र धातु सुधार जैसे प्रतिपूरक तरीकों को अपनाना होगा। फ़्लैंग्ड विसर्जन हीटरों के लिए कोटेशन मांगते समय, खरीदारों को गर्म म्यान की लंबाई के सापेक्ष न्यूनतम, सामान्य और अधिकतम तरल स्तर निर्दिष्ट करना चाहिए और आपूर्तिकर्ता से यह पुष्टि करने की आवश्यकता है कि प्रस्तावित डिज़ाइन इच्छित द्रव रसायन शास्त्र के लिए 75% विसर्जन दिशानिर्देश को पूरा करता है। यहां प्रस्तुत प्रणाली उपभोक्ताओं को अपेक्षित विफलता प्रकारों के साथ विसर्जन की गहराई को सहसंबद्ध करके खुले टैंक प्रतिष्ठानों में समय से पहले हीटर की विफलता के सबसे आम कारण से बचने की क्षमता प्रदान करती है।