What Is the Verified Sheath Thickness for 316 Stainless Steel Flow Heaters in 50% Propylene Glycol with 2000 ppm Chlorides at 90℃ and Low Flow Conditions

ক্লোরাইড দূষণের সাথে গ্লাইকল ইনহিবিশনে বেসিক ট্রেড-বন্ধ

প্রোপিলিন গ্লাইকোল (PG) হল খাদ্য প্রক্রিয়াকরণ, ফার্মাসিউটিক্যাল ম্যানুফ্যাকচারিং এবং ব্রুইং অ্যাপ্লিকেশনে পছন্দের তাপ স্থানান্তর তরল যেখানে ইথিলিন গ্লাইকোলের বিষাক্ততা অগ্রহণযোগ্য। পানিতে একটি 50% পিজি দ্রবণ প্রায় -35 ডিগ্রি সেলসিয়াসে ভালো হিমায়িত সুরক্ষা দেয় এবং সঠিকভাবে প্রস্তুত হলে ক্ষয় প্রতিরোধক হিসাবে কাজ করে। যাইহোক, ইন্ডাস্ট্রিয়াল PG সার্কিটে ক্লোরাইডগুলি অনেকগুলি উত্স থেকে সার্কিটে তাদের পথ তৈরি করার প্রবণতা রয়েছে যেমন অবশিষ্ট পরিচ্ছন্নতা এজেন্ট, হিট এক্সচেঞ্জারের মাধ্যমে কুলিং টাওয়ারের জলের অনুপ্রবেশ বা প্লেইন (অনমনীয়) মেকআপ জলের ব্যবহার। পিজি 2000 পিপিএম ক্লোরাইড স্তরে তার ক্ষয় সুরক্ষা হারায়, যা একটি স্তর যা সাধারণত খারাপভাবে রক্ষণাবেক্ষণ করা সিস্টেমে বা সমুদ্রের জলের ফুটো সহ সিস্টেমে পরিলক্ষিত হয়। 90 ডিগ্রী অপারেটিং তাপমাত্রা এবং কম প্রবাহের পরিস্থিতিতে সীমানা স্তরের স্থবিরতার পক্ষে, 316 স্টেইনলেস স্টিল পিটিং এবং ফাটল ক্ষয়ের জন্য যথেষ্ট ঝুঁকিতে রয়েছে। এই অ্যাপ্লিকেশনে, খাপের পুরুত্ব একটি সাধারণ জারা ভাতা গণনা নয়, তবে এটি দেখানোর জন্য একটি যাচাইকরণ অনুশীলন যে নির্বাচিত প্রাচীর ক্লোরাইডের সম্মিলিত আক্রমণ, উচ্চ তাপমাত্রা এবং কম প্রবাহের কারণে তাপ স্থানান্তর হ্রাস করতে পারে।

প্রোপিলিন গ্লাইকোল দ্রবণে ক্লোরাইড দ্বারা প্ররোচিত পিটিংয়ের প্রক্রিয়া

90 ডিগ্রিতে 50% প্রোপিলিন গ্লাইকোল দ্রবণে 2000 পিপিএম ক্লোরাইড 316 স্টেইনলেস স্টিলের প্যাসিভ ফিল্মের জন্য একটি আক্রমণাত্মক পরিবেশ। প্রোপিলিন গ্লাইকোল নিজেই দুর্বলভাবে বাধা দেয় তবে এর বাধা প্রক্রিয়া ধাতব পৃষ্ঠের উপর গ্লাইকোল অণুর শোষণের উপর নির্ভর করে। 90 ডিগ্রিতে শোষিত স্তর তাপ গতির কারণে কম কার্যকর। ক্লোরাইড আয়নগুলি অত্যন্ত মোবাইল এবং ক্ষুদ্র এবং পৃষ্ঠের অবস্থানগুলির জন্য প্রতিদ্বন্দ্বিতা করে এবং নিষ্ক্রিয় আবরণ লঙ্ঘন করার পরে পৃষ্ঠের উপর সালফাইড অন্তর্ভুক্তি বা স্ক্র্যাচের মতো দুর্বল জায়গায় পিটিং সৃষ্টি করে। 2000 পিপিএম ক্লোরাইড দ্রবণে 316 স্টেইনলেস স্টিলের সমালোচনামূলক পিটিং তাপমাত্রা শুধুমাত্র পানিতে প্রায় 50-60 ডিগ্রি। ইনহিবিটর গ্লাইকোলের উপস্থিতি 50% প্রোপিলিন গ্লাইকোলে 10-15 ডিগ্রী থেকে প্রায় 65-75 ডিগ্রীতে ক্রিটিক্যাল পিটিং তাপমাত্রা বাড়ায়। অপারেটিং তাপমাত্রা 90 ডিগ্রী এবং সিস্টেমটি এইভাবে গুরুত্বপূর্ণ পিটিং তাপমাত্রার উপরে পরিচালিত হয়, যাতে পিট সূচনার প্রশ্নটি "যদি" নয় বরং "কখন" হয়। একবার একটি পিট তৈরি হয়ে গেলে, অক্সিজেনের প্রাপ্যতা এবং দ্রবণ প্রতিরোধ ক্ষমতার উপর নির্ভর করে লগারিদমিক বা রৈখিক প্রবণতা দ্বারা এর বৃদ্ধির হার অনুমান করা যেতে পারে। 90 ডিগ্রিতে ক্লোরাইড দূষিত গ্লাইকোলে 316 স্টেইনলেস স্টিলের জন্য প্রকাশিত ফলাফলগুলি বায়ুযুক্ত অবস্থার জন্য 0.2 - 0.6 মিমি/বছর পিট বৃদ্ধির হার প্রকাশ করে। 0.4 মিমি/বছর হারে প্রসারিত একটি পরিখা প্রতি বছর 5000 ঘন্টা প্রত্যাশিত অপারেটিং সময় (প্রায় 60% ডিউটি) সহ একটি হিটারের জন্য 3.75 বছরে একটি 1.5 মিমি প্রাচীরকে ছিদ্র করবে। একটি 2.0 মিমি প্রাচীর এটি 5 বছর পর্যন্ত প্রসারিত করবে। যাইহোক, এই গণনাগুলি একটি একক পিটের উপর ভিত্তি করে করা হয়, যখন প্রকৃতপক্ষে অনেকগুলি গর্ত শুরু করা হয় এবং ব্যর্থতা গভীরতমটি দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়।

ক্ষয় এবং এর পরিবর্ধনের উপর কম প্রবাহের অবস্থার প্রভাব

এই প্রয়োগের জন্য, নিম্ন প্রবাহের অবস্থা বিশেষভাবে ক্ষতিকর কারণ তারা আবরণ পৃষ্ঠের সীমানা স্তরকে জারা পণ্য এবং ক্লোরাইড আয়ন দ্বারা অতিস্যাচুরেটেড হতে দেয়। 0.5 মি/সেকেন্ডের কম প্রবাহ বেগের জন্য পৃষ্ঠ থেকে দূরে ক্লোরাইডের পরিচলন দৃঢ়ভাবে সীমিত। ধাতব পৃষ্ঠে ক্লোরাইডের পরিমাণ বাল্কের চেয়ে পাঁচ বা দশগুণ হতে পারে এবং তাই পিটিং সম্ভাবনাকে অনেকাংশে কমিয়ে দেয়। নিম্ন প্রবাহও তাপ প্রবাহ শক্তিশালী হলে আবরণ পৃষ্ঠে আংশিক ফুটন্ত বা ফিল্ম ফুটানোর পক্ষে থাকে। বুদবুদের গঠন এবং পতন যান্ত্রিকভাবে প্যাসিভ লেয়ারকে ক্ষয় করে এবং বুদবুদের নিচের পাতলা তরল ফিল্মে স্থানীয়ভাবে ঘনীভূত ক্লোরাইড দ্রবণ তৈরি করে। এই প্রক্রিয়াটি বৈশিষ্ট্যযুক্ত "পিটিং রিং" প্যাটার্নের দিকে নিয়ে যায় যা ব্যর্থ হিটারগুলিতে বুদ্বুদ নিউক্লিয়েশন সাইটগুলির চারপাশে পরিলক্ষিত হয়। উদাহরণস্বরূপ, 316 স্টেইনলেস স্টিলের তৈরি একটি ফ্লো হিটারের জন্য যা 90 ডিগ্রির বাল্ক তাপমাত্রায় ব্যবহৃত হয় এবং 7-8 ওয়াট/সেমি 2 এর একটি শীথ ওয়াট ঘনত্ব, সীমানা স্তরের পৃষ্ঠের তাপমাত্রা কম প্রবাহের অবস্থায়ও 110-120 ডিগ্রির বেশি হতে পারে। এই তাপমাত্রায় গুরুত্বপূর্ণ পিটিং থ্রেশহোল্ড ব্যাপকভাবে অতিক্রম করে এবং পিট প্রচারের হার 1-2 মিমি/বছর হতে পারে। তাই যাচাইকৃত বেধকে কেবলমাত্র বাল্ক ক্লোরাইডের ঘনত্ব এবং তাপমাত্রা নয় বরং নিম্ন প্রবাহের স্থানীয় প্রবর্ধন প্রভাবকেও বিবেচনা করতে হবে। একটি পুরুত্ব যা বাল্ক সেটিংসে যথেষ্ট বলে মনে হয় কয়েক মাসের মধ্যে ভেঙ্গে যেতে পারে যখন প্রবাহ 0.3 m/s এর নিচে থাকে।

তাপীয় হাইড্রোলিক মিথস্ক্রিয়া সর্বাধিক বেধ সীমাবদ্ধ

প্রাচীরের পুরুত্ব, তাপ সঞ্চালন এবং কম প্রবাহের পারস্পরিক সম্পর্ক সর্বাধিক ব্যবহারযোগ্য খাপের পুরুত্বের উপর আরও সীমা আরোপ করে। প্রাচীরের বেধ বৃদ্ধির সাথে সাথে তাপ প্রতিরোধ ক্ষমতা বৃদ্ধি পায় যা একই বৈদ্যুতিক শক্তি ইনপুটের জন্য খাপের পৃষ্ঠের তাপমাত্রা বৃদ্ধি করে। কম প্রবাহে, পরিবাহী তাপ স্থানান্তর গুণাঙ্ক ইতিমধ্যেই কমে গেছে-সাধারণত 300–600 W/m²·K 0.3 m/s এ 1500-2500 W/m²·K এর তুলনায় 2 m/s এ। একটি মোটা প্রাচীর একটি খারাপ পরিবাহী পরিস্থিতিতে পরিবাহী প্রতিরোধ ক্ষমতা বাড়ায়। 50% PG তে 12 মিমি বাইরের ব্যাসের টিউবের প্রাচীরের পুরুত্ব 90 ডিগ্রীতে এবং 0.3 মি/সেকেন্ড প্রবাহের বেগ 1.2 মিমি থেকে 2.0 মিমি 2 ওয়াট ডব্লিউ7 সেমি ডেনে শেথের তাপমাত্রা ∼125 ডিগ্রি থেকে 155 ডিগ্রি পর্যন্ত বৃদ্ধি করে। 30 ডিগ্রি তাপমাত্রা বৃদ্ধির ফলে আরহেনিয়াস আচরণের পরে ক্লোরাইড পিটিং হার 3 থেকে 5 গুণ বৃদ্ধি পায়। মোটা প্রাচীর, যা ক্ষয় ভাতা দেওয়ার কথা, পরিবর্তে পিটিং আক্রমণকে এত দ্রুত করে যে নেট পরিষেবা জীবন একটি পাতলা, শীতল প্রাচীরের চেয়ে কম হতে পারে। এই স্ব-পরাজিত প্রতিক্রিয়া লুপের অর্থ হল কম-প্রবাহ, উচ্চ-ক্লোরাইড গ্লাইকোল সিস্টেমে একটি সর্বোত্তম বেধের পরিসীমা রয়েছে যার বাইরে আরও ধাতু এটিকে প্রসারিত করার পরিবর্তে জীবনকে হ্রাস করে। ব্রুয়ারি এবং ফুড ইন্ডাস্ট্রি সার্কুলেশন হিটার উভয়ের জন্য যাচাইকৃত ফিল্ড ডেটা ক্লোরাইড দূষণ সহ বেশিরভাগ 50% পিজি সিস্টেমের জন্য সর্বোত্তম 1.4 এবং 1.8 মিমি হতে দেখায়।

বিভিন্ন প্রবাহ ব্যবস্থার জন্য নিশ্চিত বেধের সুপারিশ

যেখানে প্রবাহের বেগ সর্বদা 1.0 মি/সেকেন্ডের বেশি হওয়ার নিশ্চয়তা দেওয়া যায়, সেখানে 1.5-1.7 মিমি পুরুত্ব 2000 পিপিএম ক্লোরাইডের উপস্থিতিতে পাঁচ বছরের জন্য নির্ভরযোগ্য পরিষেবা দেয়। মাঝারি পুরুত্ব সাধারণ ওয়াটের ঘনত্বে খাপের তাপমাত্রা 120 ডিগ্রির নিচে রাখে এবং অশান্ত প্রবাহ পৃষ্ঠে ক্লোরাইডের ঘনত্বকে বাধা দেয়। ন্যূনতম যাচাইকৃত বেধ হয়ে যায় 1.8-2.0 মিমি এমন সিস্টেমের জন্য যেখানে বিরতিহীন প্রবাহ রয়েছে বা যেখানে কিছু অপারেশনাল পর্যায়ে প্রবাহ 0.5 মি/সেকেন্ডের কম হতে পারে। এই অতিরিক্ত ধাতুটি জারা ভাতার জন্য এত বেশি নয় যে কম প্রবাহের ঘটনাগুলির সময় ঘটে যাওয়া দ্রুত পিটিং সহ্য করার জন্য। যাইহোক, 2.0 মিমি প্রাচীরের জন্য, কম প্রবাহে খাপের তাপমাত্রা 135 ডিগ্রির নিচে রাখতে ওয়াটের ঘনত্ব অবশ্যই 5-6 ওয়াট/সেমি 2-এ সীমাবদ্ধ থাকতে হবে। স্থান বা গরম করার ক্ষমতার সীমাবদ্ধতার কারণে ওয়াটের ঘনত্ব কমানো সম্ভব না হলে, ক্ষয়ের তাপীয় ত্বরণ রোধ করার জন্য বেধ অবশ্যই 1.5-1.6 মিমি পর্যন্ত সীমাবদ্ধ হতে হবে এবং সিস্টেমের মালিককে অবশ্যই তিন থেকে চার বছরের একটি সংক্ষিপ্ত পরিষেবা জীবন গ্রহণ করতে হবে গরম করার চক্র, বেধ নির্বিশেষে। স্থবির অবস্থায় স্থানীয়ভাবে ফুটানো অনিবার্য এবং উচ্চ পৃষ্ঠের তাপমাত্রা, ক্লোরাইডের উপাদান এবং যান্ত্রিক বুদবুদের ক্রিয়া এক থেকে দুই বছরের মধ্যে যেকোনো ব্যবহারিক বেধের মধ্য দিয়ে যাবে। এই ধরনের পরিস্থিতিতে একটি টাইটানিয়াম খাপ বা Incoloy 825 হিটার নির্দিষ্ট করা উচিত।

জারা পরীক্ষা এবং ক্ষেত্রের ডেটার মাধ্যমে যাচাইকরণ

বেধের জন্য উপরের সুপারিশগুলিকে সমর্থনকারী প্রমাণের তিনটি উত্স হল: 0.2-0.3 মিমি/বছরের গভীরতা আলোড়িত পরীক্ষায় দেখা গেছে (উচ্চ প্রবাহ) এবং 0.5-0.8 মিমি/বছর অস্থির পরীক্ষায় (নিম্ন প্রবাহ) পরীক্ষাগারে নিমজ্জন পরীক্ষার সময় 316 স্টেইনলেস স্টিল কুপন 0%0 পিএম00 পিএম 0 পিএমজিতে। 90 ডিগ্রী। দ্বিতীয়ত, ফুড প্ল্যান্ট গ্লাইকল লুপগুলিতে তিন থেকে পাঁচ বছর পর পরিষেবার বাইরে নেওয়া সঞ্চালন হিটারগুলির ফিল্ড পরিদর্শন যেখানে 1500-2500 পিপিএমে ক্লোরাইডের মাত্রা রিপোর্ট করা হয়েছে তা দেখায় যে 1.5-1.6 মিমি প্রাচীর এবং অশান্ত প্রবাহের ইউনিটগুলির সর্বোচ্চ পিট গভীরতা 0.4-0.7 মিমি প্রাচীর ছেড়ে যায়। 2.0-2.2 মিমি দেয়াল এবং দুর্বল প্রবাহের ইউনিটগুলির গর্তের গভীরতা 0.8-1.2 মিমি কম প্রতিরোধী উপাদানের কারণে নয় বরং বর্ধিত প্রাচীরের বেধ পৃষ্ঠের তাপমাত্রাকে বাড়িয়েছে এবং আক্রমণকে ত্বরান্বিত করেছে। তৃতীয়ত, 80-100 ডিগ্রীতে ক্লোরাইড দূষিত PG-তে 316 স্টেইনলেস স্টিলের ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল পোলারাইজেশন স্ক্যানগুলি দেখায় যে পিটিং সম্ভাব্যতা 100 ডিগ্রির উপরে তীব্রভাবে নেমে আসে যা নিশ্চিত করে যে এই থ্রেশহোল্ডের নীচে খাপের তাপমাত্রা রাখা বেধ যোগ করার চেয়ে বেশি গুরুত্বপূর্ণ।

উপসংহার: নির্ভরযোগ্য পরিষেবার জন্য পুরুত্বের যাচাইকৃত পরিসর

পিটিং প্রতিরোধ এবং তাপীয় ত্বরণের ভারসাম্য বজায় রাখতে 90 ডিগ্রিতে 2000 পিপিএম ক্লোরাইড সহ 50% প্রোপিলিন গ্লাইকোলে 316 স্টেইনলেস স্টিল ফ্লো হিটারের জন্য শীথের বেধ নির্ধারণের জন্য একটি বৈধ পরিসর প্রয়োজন। ভাল ডিজাইনের সিস্টেমের জন্য, 1.0 m/s এর প্রবাহ বেগ এবং 6-8 W/cm2 ওয়াট ঘনত্ব সহ, 1.5-1.7 মিমি পুরুত্ব একটি বৈধ 5 বছরের পরিষেবা জীবন দেয়। 0.5 মিটার/সেকেন্ডের নিচে স্বাভাবিক অপারেশন প্রবাহের হার সহ সিস্টেমগুলির জন্য, বেধ 1.8-2.0 মিমিতে বাড়ানো উচিত, তবে শুধুমাত্র যদি ওয়াটের ঘনত্ব একই সাথে 5-6 ওয়াট/সেমি² এ কমে যায়। কোনো সিস্টেম যেখানে প্রবাহের স্থবিরতা ঘটতে পারে 316 স্টেইনলেস স্টিলের জন্য গ্রহণযোগ্য নয়, তার বেধ নির্বিশেষে। এই কঠিন পরিবেশের জন্য একটি হিটার নির্দিষ্ট করা প্রকৌশলীদের শুধুমাত্র দেয়ালের বেধই নয়, সর্বনিম্ন অনুমোদিত প্রবাহের বেগ, সর্বাধিক ওয়াট ঘনত্ব, এবং পরিষেবার সময় অনুসরণ করা যাচাইকরণ পদ্ধতি (কুপন পরীক্ষা বা ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল মনিটরিং) উল্লেখ করতে হবে। এটি একটি বৈধ জারা ব্যবস্থাপনা কৌশলে একটি মৌলিক মাত্রিক প্রয়োজনীয়তা পরিবর্তন করে যা ক্লোরাইড-দূষিত গ্লাইকল সিস্টেমে পিটিং প্রতিরোধ এবং তাপীয় কর্মক্ষমতার সাথে প্রাচীরের বেধকে সরাসরি সম্পর্কিত করে।