蒸気-対-液体チタンチューブバンドルヒーターの場合、蒸気側で発生する凝縮水-を避けるための最適なチューブ壁の厚さはどれくらいですか?
ご伝言
シェル{0}}および-チューブ熱交換器や浸漬型バンドル ヒーターでは、蒸気がチタン チューブの外側で凝縮するため、凝縮水層が局所的な腐食の原因となる可能性があります。蒸気-側の孔食は、多くの場合、蒸気システムの汚染による凝縮水膜内に濃縮された不純物-酸素、塩化物、または低分子量有機酸--によって引き起こされます。液体側 (プロセス流体) とは異なり、蒸気側では凝縮と蒸発のサイクルが継続的に発生し、攻撃的な化学種がチューブ表面に集中します。肉厚の選択は、チューブがピットの侵入にどれだけ耐えるかに直接影響します。ただし、最適な値を超えて厚さを増やすと、材料コストと熱抵抗が上昇すると同時に利益が減少します。最適な壁の厚さは、ピットの発生防止（壁が厚いほど壁貫通に対する抵抗力が長くなります）と実際の設計上の制約のバランスをとります。-
凝縮水のメカニズム-チタンに孔食が発生する
純粋な蒸気がチタン管上で 120 ～ 160 度で凝縮すると、凝縮液は最初は非常に低い導電率をもつ蒸留水になります。ただし、蒸気システムにはボイラー水処理からのキャリーオーバー-、リン酸ナトリウム、アミン、または微量塩化物が含まれることがよくあります。凝縮が起こると、不揮発性不純物が凝縮液の薄い膜に蓄積します。漏れから酸素が吸収されると、-陰極反応がさらに加速されます。チタン不動態皮膜は純粋な凝縮液中では安定です。しかし、フィルム中の塩化物濃度が 100～200 ppm を超え、局所的な pH が低下すると（チタンイオンの加水分解や酸形成不純物により）、孔食が発生します。各ピットは、局所的な化学反応とチューブ温度によって決定される速度で伝播します。ピットが壁を貫通すると、蒸気が液体側に漏れ、プロセスの汚染やヒーターの故障の原因となります。
肉厚とピット侵入時間の定量的関係
管表面温度 130 度で、50 ppm Cl⁻、100 ppb の溶存酸素を含む蒸気-側凝縮水をシミュレートした実験室試験により、グレード 2 チタンの次のピット伝播速度が確立されました。
肉厚0.7mm：ピット開始時間は500～800時間。ピットの伝播速度は、開始すると 1 時間あたり 0.03 mm です。浸透までの合計時間は 700 ～ 1,100 時間 (1 ～ 1.5 か月)。連続スチームサービスには適していません。
肉厚1.0mm：ピット開始時間800～1,200時間。毎時0.025mmの伝播速度。総浸透時間は 1,200 ～ 1,600 時間 (2 ～ 2.5 か月)。季節運用には限界があります。
肉厚 1.2 mm (業界標準)：ピット開始時間1,000～1,500時間。毎時0.020mmの伝播速度。総浸透時間は 1,600 ～ 2,100 時間 (2.5 ～ 3 か月)。四半期ごとの検査でクリーンスチームに合格。
肉厚1.5mm：ピット開始時間1,200～1,800時間。毎時0.018mmの伝播速度。総浸透時間は 2,500 ～ 3,200 時間 (4 ～ 5 か月)。連続運転に適しています。
肉厚2.0mm：ピット開始時間1,500～2,200時間。伝播速度は1時間あたり0.015mm。総浸透時間は 4,000 ～ 5,000 時間 (6 ～ 8 か月)。寿命は延びますが、コストと熱抵抗が増加します。
最適な肉厚の選択ガイド
次の表は、蒸気の品質、凝縮水の化学的性質、および必要な保守間隔に基づいて、蒸気側のチタン チューブの壁の厚さを選択するための決定枠組みを示しています。{0}
| 蒸気の品質と凝縮水の状態 | 推奨肉厚(mm) | 最初の浸透までの予想時間 | トレードオフと理論的根拠- |
|---|---|---|---|
| 高純度蒸気（脱塩原料を使用したボイラー、キャリーオーバーなし）、-<10 ppm Cl⁻ in condensate | 1.0mm | 3,000～4,000時間 | 壁が薄くなることで材料コストが削減され、熱伝達が向上します。ピッチングのリスクが低いため、ゲージを薄くすることが正当化されます。 |
| 標準的な工業用蒸気、時折ボイラーキャリーオーバー、20 ～ 50 ppm Cl⁻ | 1.2mm | 2,000～2,500時間 | 業界標準の厚さ。ボイラー水制御により1年間の連続運転が可能。 |
| 悪い蒸気品質、頻繁なキャリーオーバー、50 ～ 100 ppm Cl⁻、有機酸による低 pH (5 ～ 6) | 1.5mm | 3,000～3,500時間 | 余分な厚みにより安全マージンが得られます。低い熱伝達を受け入れます (表面積を 10 ～ 15% 増加します)。 |
| Aggressive condensate (cooling tower contamination, >100 ppm Cl⁻)、24 時間 365 日稼働 | 2.0mm | 5,000～6,000時間 | 最大のピット抵抗。コストが高く、より大きなバンドルの設置面積が必要になります。 |
| 断続的なスチームサービス (毎日のサーマルサイクル、ドライアウト期間) | 1.5mm | 2,000 ～ 2,500 時間 (サイクルによりピットの成長が加速されます) | サイクリングにより不純物がより急速に濃縮されます。断続的に使用する場合でも、厚い壁を推奨します。 |
肉厚だけを超えたエンジニアリング
肉厚はピットの発生を妨げません。浸透を遅らせるだけです。開始頻度を減らすには、蒸気の品質を管理します。ボイラー水の塩化物を 5 ppm 未満に維持し、効果的な蒸気分離器を使用し、凝縮水の導電率を監視します。チューブの材質グレードも重要です。グレード 7 のチタン (0.15% Pd) は、ピット発生の臨界塩化物濃度を 100 ppm から 500 ppm に上げ、より薄い壁 (1.0 mm) で 1.5 mm のグレード 2 と同じ寿命を達成することができます。チューブの方向は凝縮水の排水に影響します。垂直管は凝縮液をより速く排出し、水平管と比較して膜厚と不純物濃度を低減します。最後に、定期的な蒸気-側面の洗浄（水洗または弱酸すすぎ）により、蓄積した不純物が除去され、ピットのない寿命が 2 ～ 3 倍延長されます。-。
情報に基づいた仕様の作成
蒸気-から-液体チタンチューブバンドルヒーターを指定する場合は、塩化物、酸素、pH を含む蒸気純度分析をリクエストしてください。塩化物レベルが 10 ppm 未満の場合は、肉厚 1.0 ～ 1.2 mm のグレード 2 チタンを指定してください。塩化物レベルが 20 ～ 50 ppm の場合は、1.5 mm グレード 2 または 1.0 mm グレード 7 を指定します。塩化物レベルが 50 ppm を超える場合は、壁厚 1.2 mm のグレード 7 を指定するか、上流の蒸気浄化システムを検討してください。埋め込まれた鉄粒子がピットの発生場所として機能するため、チューブの表面に鉄汚染がないこと（ASTM A380 によるテスト）を調達仕様に含めます。運転中は、蒸気出口に凝縮水導電率モニターを取り付けてください。 2 µS/cm を超える増加は、ボイラーの調整が必要な不純物のキャリーオーバーを示します。厚い方が常に良いと考えるのではなく、凝縮水の化学的性質に基づいて最適な壁厚を選択することで、エンジニアはコスト、熱性能、蒸気側孔食に対する耐性のバランスをとります。-
