Bij welke specifieke combinatie van chlorideconcentratie en oppervlaktetemperatuur van de mantel ondervindt een mantel van 316 roestvrij staal van 1,2 millimeter putpenetratie binnen 90 dagen tijdens onderhoud van de bypass-verwarming van de koeltoren?

Facilitair ingenieurs die werken met HVAC-systemen en industriële proceskoeling met bypass-verwarmers van de koeltoren worden geconfronteerd met een zware corrosieomgeving door de combinatie van recirculerend water met een fluctuerend chloridegehalte en intermitterende werking van de verwarming. Typisch koeltorenwater bevat 200–2.000 ppm chloride als gevolg van suppletiewater en verdampingsconcentratie met maxima boven 5.000 ppm tijdens warme maanden. Bypassverwarmers gaan aan en uit om bevriezing in de winter te voorkomen of om de procestemperatuur op peil te houden, vaak met grote temperatuurschommelingen. Een 316 roestvrijstalen omhulsel van 1,2 mm wordt gewoonlijk gekozen vanwege de vereisten voor thermische respons en kostenbeperkingen. Dit papier bepaalt de combinatie van het chloridegehalte en de oppervlaktetemperatuur van de mantel die putpenetratie van een 316-huls van 1,2 mm in 90 dagen gebruik veroorzaakt.

316 Putgedrag in koeltorenwater
De kritische puttemperatuur regelt de putweerstand van 316 in chlorideoplossingen en neemt af met toenemende chlorideconcentratie. De kritische puttemperatuur in koeltorenwater met 500 ppm chloride bedraagt ​​ongeveer 60°C. De temperatuur daalt tot 50°C bij 1.000 ppm. Deze daalt tot 40°C bij 2000 ppm. De kritische temperatuur bij 5000 ppm bedraagt ​​ongeveer 25°C. En de wattdichtheid in een bypass-verwarmer zorgt ervoor dat de oppervlaktetemperatuur van de mantel over het algemeen 15-30 graden hoger is dan de temperatuur van het bulkwater. Een koeltoren die werkt op 30 graden bulkwater en een verwarming op 8 W/cm2 resulteert in een oppervlaktetemperatuur van de mantel van 45-55 graden. Bij een chlorideconcentratie van 1.000 ppm wordt de drempeltemperatuur voor putcorrosie van 50 graden benaderd of overschreden en treedt putcorrosie binnen enkele dagen tot weken op. Eenmaal gelanceerde putten groeien met een snelheid van 0,2–1,0 mm per maand in warm koeltorenwater en zullen binnen 1–4 maanden door een muur van 1,2 mm heen dringen. De penetratiedrempel van 90 dagen (3 maanden) wordt bereikt wanneer de combinatie van de chlorideconcentratie en de temperatuur van het omhulseloppervlak resulteert in putinitiatie binnen 30 dagen en proliferatie in de volgende 60 dagen.

Kritieke penetratiedrempels van 90 dagen
Resultaten van onderdompelingstests uitgevoerd op 316 monsters in synthetisch koeltorenwater met een normaal gehalte aan opgeloste zuurstof en een pH van 7,5–8,5 geven de combinaties van chlorideconcentratie en oppervlaktetemperatuur van de mantel aan die binnen 90 dagen putjespenetratie veroorzaken bij een wand van 1,2 mm.

Chlorideconcentratie (ppm) Kritische puttemperatuur (°C) Oppervlaktetemperatuur van de mantel voor putinitiatie binnen 30 dagen Voortplantingssnelheid van de put bij manteltemperatuur (mm/maand) Tijd tot 1,2 mm penetratie na initiatie (maanden) Totale levensduur (maanden) 300 – 500 Boven 60°C 65 – 70°C 0,3 – 0.5 2.5 – 4 3.5 – 5 500 – 800 55 – 60°C 60 – 65°C 0,4 – 0.7 1.7 – 3 2.7 – 4 800 – 1,200 45 – 55°C 50 – 60°C 0,5 – 0.9 1.3 – 2.5 2.3 – 3.5 1,200 – 1,500 40 – 45°C 45 – 50°C 0,7 – 1.2 1.0 – 1.7 2.0 – 2.7 1,500 – 2,000 35 – 40°C 40 – 45°C 0,8 – 1.5 0.8 – 1.5 1.8 – 2.5 2,000 – 3,000 30 – 35°C 35 – 40°C 1,0 – 2.0 0.6 – 1.2 1.6 – 2.2 3.000 – 5,000 25 – 30°C 30 – 35°C 1,5 – 2.5 0.5 – 0.8 1.5 – 1,8 Voor een koeltoren met 1.000 ppm chloride en een verwarming die een oppervlaktetemperatuur van 55°C produceert, de penetratiedrempel van 90 dagen wordt gekruist. Pitten beginnen ongeveer 30 dagen en groeien in ongeveer 1,5 tot 2,5 maanden uit tot 1,2 mm voor een totale levensduur van 2,5 tot 3,5 maanden – precies op de drempel van 90 dagen. Bij 1.500 ppm chloride en een oppervlaktetemperatuur van 50 graden neemt de totale levensduur af tot 2 maanden.

Veilig bedrijfsbereik voor een levensduur van 90 dagen
De onderstaande tabel toont de maximaal toegestane watertemperatuur van de bulkkoeltoren voor een 1,2 mm 316-mantel bij verschillende wattdichtheden om een ​​levensduur van 90 dagen te bieden bij verschillende chlorideconcentratiebereiken. De waarden zorgen ervoor dat de oppervlaktetemperatuur van de mantel 5°C onder de kritische puttemperatuur voor het geleverde chlorideniveau ligt.

Chlorideconcentratiebereik (ppm) Kritische puttemperatuur Minus 5 graden veiligheidsmarge Maximale veilige bulktemperatuur bij 5 W/cm2 (12 graden stijging) Maximale veilige bulktemperatuur bij 8 W/cm2 (20 graden stijging) Maximale veilige bulktemperatuur bij 10 W/cm2 (25 graden stijging)
Onder 300 ppm 65°C 53°C 45°C 40°C 300 – 500 ppm 55°C 43°C 35°C 30°C 500 – 800 ppm 50°C 38°C 30°C 25°C 800 – 1.200 ppm 40°C 28°C 20°C 15°C 1.200 – 1.500 ppm 35°C 23°C 15°C 10°C 1.500 – 2.000 ppm 30°C 18°C 10°C 5°C Boven 2.000 ppm Onder 25°C Niet haalbaar Niet haalbaar Niet haalbaar
Voor een 800 ppm chloride-koeltoren die werkt bij een bulkwatertemperatuur van 25°C, zorgt een 1,2 mm 316-mantel bij 8 W/cm² voor een manteloppervlaktetemperatuur van ongeveer 45°C. Voor 800 ppm is de veilige grens 40°C en de verwarmer overschrijdt de drempel. De wattdichtheid moet worden verlaagd tot 5 W/cm² (oppervlakte 37°C) of de bulkwatertemperatuur moet worden verlaagd om de levensduur van 90 dagen te bereiken.

Ontwerpwijzigingen om de levensduur te verlengen tot meer dan 90 dagen
De levensduur kan worden verlengd door drie ontwerpwijzigingen onder koeltorenomstandigheden als de levensduur van 90 dagen niet voldoende is en een 316-mantel van 1,2 mm noodzakelijk is. De eerste is het installeren van een timer of temperatuurregelaar die de werking van de verwarming beperkt tot momenten waarop de temperatuur van het bulkwater lager is dan 25°C. Alleen gebruik in de wintermaanden, wanneer het koeltorenwater koud is, verkort de tijd bij hogere manteltemperaturen. De tweede verandering is het verbeteren van de regulering van de waterchemie. Door de pH boven 8,0 te houden en een corrosieremmer zoals orthofosfaat of zink toe te voegen, kan de veilige envelop worden verschoven. De kritische puttemperatuur kan met 5–10°C worden verhoogd. De derde verandering is het verbeteren van de watersnelheid over het verwarmingsoppervlak. Een kleine bypass-lus met een bescheiden circulatiepomp kan de stroom van stationair naar 1 m/s verhogen en de temperatuurstijging van het manteloppervlak verlagen van 20 graden naar 8-10 graden bij dezelfde wattdichtheid. In koeltorens waar de chlorideconcentratie continu boven de 1000 ppm ligt, moeten ingenieurs een legering kiezen die beter bestand is tegen putcorrosie, zoals 317 roestvrij staal (3,5% molybdeen) of titanium. De meerkosten van 317 boven 316 bedragen ongeveer 15–25%, maar de levensduur wordt verlengd van 3–6 maanden naar 2–3 jaar. Titanium is de beste materiaalkeuze voor essentiële HVAC-toepassingen waarbij defecten aan de verwarming vorstschade kunnen veroorzaken. Bij het specificeren van bypassverwarmers voor koeltorens dient u altijd gegevens over de chlorideconcentratie te verkrijgen van vele bemonsteringsevenementen gedurende het hele jaar. Een zomerkachel die is ontworpen met een specificatie van 500 ppm chloride voor winterse omstandigheden, kan snel defect raken als de chloriden door verdamping worden geconcentreerd tot 2000 ppm. De 90-daagse penetratie is geen vast getal, maar een voorspelbaar gevolg van de chlorideconcentratie en de temperatuur van het omhulseloppervlak. Door beide parameters te evalueren en de veiligheidsmarges in de tabel toe te passen, kunnen ingenieurs de levensduur van de verwarming voorspellen en onderhoud plannen, waardoor onverwachte storingen in de vorstbeveiliging worden vermeden.