עבור מהנדסי מתקנים האחראים על מחממי עוקף מגדל קירור במערכות HVAC וקירור תהליכים תעשייתיים, השילוב של מיחזור מים עם ריכוזי כלוריד משתנים ופעולת מחמם לסירוגין יוצר סביבת קורוזיה מאתגרת. מי מגדל הקירור מכילים בדרך כלל 200-2,000 ppm כלוריד ממי איפור וריכוז אידוי, עם שיאים של מעל 5,000 ppm בחודשי הקיץ. תנורי חימום עוקפים פועלים כדי למנוע הקפאה בחורף או כדי לשמור על טמפרטורות התהליך, ולעתים קרובות מופעלים ומכבים על אופניים עם תנודות טמפרטורה משמעותיות. מעטפת נירוסטה 1.2 מ"מ 316 נפוצה עקב דרישות תגובה תרמית ומגבלות עלויות. מאמר זה מזהה את השילוב הספציפי של ריכוז כלוריד וטמפרטורת פני המעטפת שבה נדן 1.2 מ"מ 316 חווה חדירת בור בתוך 90 יום מהשירות.
התנהגות בורות של 316 במי מגדל קירור
ההתנגדות לחרחורים של 316 בתמיסות כלוריד נשלטת על ידי טמפרטורת הפירוק הקריטית, אשר יורדת ככל שריכוז הכלוריד עולה. במי מגדל קירור עם 500 ppm כלוריד, טמפרטורת הבור הקריטית היא כ-60 מעלות צלזיוס. ב-1,000 עמודים לדקה, הוא יורד ל-50 מעלות צלזיוס. ב-2,000 עמודים לדקה, הוא יורד ל-40 מעלות צלזיוס. ב-5,000 ppm, הטמפרטורה הקריטית היא בערך 25°C. עבור מחמם עוקף, טמפרטורת פני המעטפת היא בדרך כלל 15-30 מעלות צלזיוס מעל טמפרטורת המים בתפזורת עקב צפיפות הוואטים. מגדל קירור הפועל ב-30°C מים בתפזורת עם מחמם בעוצמה של 8 W/cm² מייצר טמפרטורת פני המעטפת של 45-55°C. אם ריכוז הכלוריד הוא 1,000 עמודים לדקה, מתקרבים או עוברים את טמפרטורת הפירוק הקריטית של 50 מעלות צלזיוס, והגלעין מתחיל בתוך ימים עד שבועות. לאחר התחלת הבורות, מתפשטים בורות בקצב של 0.2-1.0 מ"מ לחודש במי מגדל קירור חמים, וחודרים לקיר של 1.2 מ"מ תוך 1-4 חודשים. סף החדירה של 90 יום (3 חודשים) מושג כאשר השילוב של ריכוז הכלוריד וטמפרטורת פני המעטפת מייצר התחלת בור תוך 30 יום והשלמת ריבוי תוך 60 הימים הבאים.
סף קריטי לחדירה של 90 יום
בהתבסס על בדיקות טבילה של 316 דגימות במי מגדל קירור סינתטיים עם רמות חמצן מומס טיפוסיות ו-pH 7.5-8.5, השילובים הבאים של ריכוז כלוריד וטמפרטורת פני המעטפת מייצרים חדירת בור בתוך 90 יום עבור קיר של 1.2 מ"מ.
| ריכוז כלוריד (ppm) | טמפרטורת גלילה קריטית (°C) | טמפרטורת פני המעטפת להתחלת בור בתוך 30 יום | קצב התפשטות הבור בטמפרטורת הנדן (מ"מ/חודש) | זמן עד 1.2 מ"מ חדירה לאחר התחלת (חודשים) | חיי שירות כולל (חודשים) |
|---|---|---|---|---|---|
| 300 - 500 | מעל 60 מעלות צלזיוס | 65 - 70 מעלות צלזיוס | 0.3 - 0.5 | 2.5 - 4 | 3.5 - 5 |
| 500 - 800 | 55 - 60 מעלות צלזיוס | 60 - 65 מעלות צלזיוס | 0.4 - 0.7 | 1.7 - 3 | 2.7 - 4 |
| 800 – 1,200 | 45 - 55 מעלות צלזיוס | 50 - 60 מעלות צלזיוס | 0.5 - 0.9 | 1.3 - 2.5 | 2.3 - 3.5 |
| 1,200 – 1,500 | 40 - 45 מעלות צלזיוס | 45 - 50 מעלות צלזיוס | 0.7 - 1.2 | 1.0 - 1.7 | 2.0 - 2.7 |
| 1,500 - 2,000 | 35 - 40 מעלות צלזיוס | 40 - 45 מעלות צלזיוס | 0.8 - 1.5 | 0.8 - 1.5 | 1.8 - 2.5 |
| 2,000 - 3,000 | 30 - 35 מעלות צלזיוס | 35 - 40 מעלות צלזיוס | 1.0 - 2.0 | 0.6 - 1.2 | 1.6 - 2.2 |
| 3,000 - 5,000 | 25 - 30 מעלות צלזיוס | 30 - 35 מעלות צלזיוס | 1.5 - 2.5 | 0.5 - 0.8 | 1.5 - 1.8 |
עבור מגדל קירור עם 1,000 ppm כלוריד ותנור חימום המייצר טמפרטורת פני המעטפת של 55°C, נחצה סף החדירה של 90{11}}הימים. בורות מתחילים תוך 30 יום ומתפשטים ל-1.2 מ"מ תוך כ-1.5-2.5 חודשים, מה שמעניק חיים כולל של 2.5-3.5 חודשים - ממש על גבול 90 הימים. ב-1,500 ppm כלוריד עם טמפרטורת פני המעטפת של 50°C, אורך החיים הכולל יורד לחודשיים.
מעטפת הפעלה בטוחה לחיי שירות של 90 יום
הטבלה הבאה מספקת את טמפרטורת המים הבטוחה המקסימלית של מגדל קירור בתפזורת עבור מעטה של 1.2 מ"מ 316 בצפיפויות וואט שונות להשגת חיי שירות של 90 יום בטווחי ריכוזי כלוריד שונים. ערכים מבטיחים שטמפרטורת פני המעטפת תישאר לפחות 5 מעלות צלזיוס מתחת לטמפרטורת הבור הקריטית עבור רמת הכלוריד שצוינה.
| טווח ריכוז כלוריד (ppm) | טמפרטורת גלילה קריטית מינוס 5°C מרווח בטיחות | טמפרטורת נפח בטוחה מרבית ב-5 W/cm² (עלייה של 12°C) | טמפרטורת נפח בטוחה מרבית ב-8 W/cm² (עלייה של 20°C) | טמפרטורת נפח בטוחה מרבית ב-10 ואט/סמ"ר (עלייה של 25°C) |
|---|---|---|---|---|
| מתחת ל-300 עמודים לדקה | 65 מעלות צלזיוס | 53 מעלות צלזיוס | 45 מעלות צלזיוס | 40 מעלות צלזיוס |
| 300 - 500 עמודים לדקה | 55 מעלות צלזיוס | 43 מעלות צלזיוס | 35 מעלות צלזיוס | 30 מעלות צלזיוס |
| 500 - 800 עמודים לדקה | 50 מעלות צלזיוס | 38 מעלות צלזיוס | 30 מעלות צלזיוס | 25 מעלות צלזיוס |
| 800 - 1,200 עמודים לדקה | 40 מעלות צלזיוס | 28 מעלות צלזיוס | 20 מעלות צלזיוס | 15 מעלות צלזיוס |
| 1,200 - 1,500 עמודים לדקה | 35 מעלות צלזיוס | 23 מעלות צלזיוס | 15 מעלות צלזיוס | 10 מעלות צלזיוס |
| 1,500 - 2,000 עמודים לדקה | 30 מעלות צלזיוס | 18 מעלות צלזיוס | 10 מעלות צלזיוס | 5 מעלות צלזיוס |
| מעל 2,000 עמודים לדקה | מתחת ל-25 מעלות צלזיוס | לא בר ביצוע | לא בר ביצוע | לא בר ביצוע |
עבור מגדל קירור עם 800 ppm כלוריד הפועל בטמפרטורת מים בתפזורת של 25°C, מעטפת 1.2 מ"מ 316 ב-8 W/cm² מייצרת טמפרטורת פני המעטפת של כ-45°C. הגבול הבטוח ל-800 ppm היא 40°C, כך שהמחמם חורג מהסף. השגת חיי שירות של 90 יום תדרוש הפחתת צפיפות הוואט ל-5 W/cm² (משטח 37°C) או הורדת טמפרטורת המים בתפזורת.
שינויי עיצוב להארכת חיים מעבר ל-90 יום
כאשר תנאי מגדל הקירור דורשים מעטה של 1.2 מ"מ 316 וחיי שירות של 90- ימים אינם מספיקים, שלושה שינויי עיצוב יכולים להאריך את החיים. הראשון הוא התקנת טיימר או בקר טמפרטורה המגבילים את פעולת המחמם לתקופות בהן טמפרטורת המים בתפזורת נמוכה מ-25 מעלות צלזיוס. הפעלה רק בחודשי החורף כאשר מי מגדל הקירור קרים מפחיתה את הזמן בטמפרטורות נדן גבוהות. השינוי השני הוא לשפר את השליטה בכימיה במים. שמירה על pH מעל 8.0 והוספה של מעכב קורוזיה כגון אורתופוספט או אבץ יכולים להעלות את טמפרטורת הפירוק הקריטית ב-5-10 מעלות צלזיוס, ולהזיז את המעטפת הבטוחה. השינוי השלישי הוא להגביר את מהירות המים על פני משטח המחמם. לולאה עוקפת עם סירקולטור קטן יכולה להגביר את הזרימה מסטגנציה ל-1 m/s, ולהפחית את עליית טמפרטורת פני המעטפת מ-20°C ל-8-10°C באותה צפיפות וואט. עבור מגדלי קירור עם ריכוזי כלוריד באופן עקבי מעל 1,000 עמודים לדקה, על המהנדסים לציין סגסוגת עמידה יותר בפני פיתולים כגון פלדת אל חלד 317 (3.5% מוליבדן) או טיטניום. העלות המצטברת של 317 על 316 היא בדרך כלל 15-25%, אך חיי השירות נמשכים בין 3-6 חודשים ל-2-3 שנים. עבור יישומי HVAC קריטיים שבהם כשל בחימום עלול להוביל לנזקי הקפאה, טיטניום הוא הבחירה האמינה ביותר. בעת ציון מחממי עוקפים למגדלי קירור, השג תמיד נתוני ריכוז כלוריד מאירועי דגימה מרובים במהלך השנה. מחמם שצוין לתנאי חורף עם 500 ppm כלוריד עלול להיכשל במהירות בקיץ כאשר האידוי מרכז כלורידים ל-2,000 ppm. סף החדירה של 90 יום אינו מספר קבוע אלא פונקציה צפויה של ריכוז הכלוריד וטמפרטורת פני המעטפת. על ידי מדידת שני הפרמטרים ויישום מרווחי הבטיחות בטבלה, המהנדסים יכולים לחזות את חיי המחמם ולתכנן תחזוקה, ולמנוע כשלים בלתי צפויים בהגנה מפני הקפאה.
