船舶用冷凍ヒーターのサービスにおいて、ブライン濃度とシース表面温度の特定の組み合わせでは、1.2 ミリメートル 316 ステンレス鋼シースは 3 か月ごとに交換する必要がありますか?

冷凍室、冷蔵船、水産加工施設の霜取りヒーターを担当する海洋冷凍技術者にとって、ブラインを含んだ凝縮水と周期的な運転の組み合わせは、316 ステンレス鋼シースにとって最も激しい腐食環境の 1 つを作り出します。{0}船舶用冷凍霜取りヒーターは、海水の飛沫、塩水の漏れ、凝縮水の蒸発による塩化物濃度が 50,000～150,000 ppm に達する可能性がある環境で動作します。-一般的な工業限界をはるかに超えています。スペースの制約と熱応答要件のため、これらのヒーターでは壁厚 1.2 mm が一般的です。ただし、ブライン濃度とシース表面温度の特定の組み合わせでは、3 か月以内に孔食の侵入が発生する可能性があり、頻繁で高価な交換が必要になります。この記事では、船舶用冷凍ヒーターのサービスにおいて、1.2 mm 316 シースが 3 か月の耐用年数制限に達する正確なしきい値を特定します。-

解凍温度における高濃度ブライン中の 316 の孔食挙動-

船舶用冷凍霜取りヒーターは、蒸発器コイルに蓄積した氷を溶かすために通電することによって動作します。霜取りサイクル中のシース表面温度は通常 150 ～ 250 度に達しますが、周囲環境には 30,000 ppm (海水) から 150,000 ppm 以上 (蒸発により濃縮) の範囲の塩化物濃度を含む塩水が含まれています。このような高い塩化物レベルでは、316 の臨界孔食温度は劇的に低下します。 30,000 ppm の塩化物 (海水) では、臨界孔食温度は約 25 度です。 50,000ppmでは15度まで下がります。 100,000 ppm では臨界温度が 0 度を下回ります。これは、氷点を超えるどの温度でも孔食が発生することを意味します。デフロストヒーターの場合、動作中のシース表面温度は 150 ～ 250 度で、濃度に関係なく臨界孔食温度を大幅に超えます。最初の暴露から数時間以内に孔食が始まります。温かい高塩化物塩水中でのピットの発生速度は、一度始まると非常に速くなります。-通常、50 度で 1 か月あたり 2 ～ 5 mm、80 度で 1 か月あたり 5 ～ 10 mm です。この環境における 1.2 mm のシースは、ピット開始後 1 ～ 3 週間で貫通します。 3 か月の耐用年数は、ヒーターがオフ サイクルを延長して断続的に動作する場合にのみ達成されます。これによりブラインが乾燥し、腐食条件での時間が短縮されます。{40}}

臨界塩水-3 か月間使用できる温度の組み合わせ-

海洋冷凍システムからの現場故障データと、濃縮ブラインでの 1.2 mm 316 シース サンプルの実験室での加速試験に基づいて、次のブライン濃度とシース表面温度の組み合わせにより、最長 3 か月の耐用年数が得られます。-

典型的な海洋冷凍ブライン濃度 30,000 ～ 50,000 ppm では、1.2 mm 316 シースは理論的には 2 ～ 4 週間以内に穴が開きます。実際には、3 か月の耐用年数が達成されるのは、ヒーターが断続的に 1 日あたり 4 ～ 6 回の霜取りサイクルで動作するためだけです。-それぞれのサイクルは 10 ～ 20 分続きます。高温での合計時間は 1 日あたり 1 ～ 2 時間であり、実際の腐食時間はわずか 60 ～ 120 時間ですが、カレンダーの寿命は 2 ～ 4 か月に延長されます。累積腐食暴露時間が約 100～200 時間に達すると、3 か月の交換しきい値に達します。-。

3 か月の耐用年数を保証する安全動作エンベロープ-

次の表は、船舶冷凍サービスにおける 1.2 mm 316 シースの 1 週間あたりの最大安全累積霜取り時間を示しており、3 か月の交換間隔を達成できます。-値は、さまざまな海洋環境で見られる典型的な塩水濃度を想定しています。

1 日あたり 8 回の霜取りサイクルをそれぞれ 15 分で動作させる一般的な船舶用冷凍システム (1 日あたり 2 時間の霜取り、週あたり 14 時間) の場合、外洋条件 (30,000 ～ 35,000 ppm) での 1.2 mm 316 シースは、週 10 ～ 15 時間の制限を超えます。現場での経験によると、予想される耐用年数は 2 ～ 3 か月です。塩水の濃度が高くなると、寿命は数週間にまで低下します。

寿命を 3 か月以上延長するための設計変更

海洋冷凍サービスで 1.2 mm 316 シースを使用する必要があり、3 か月の交換が受け入れられない場合、4 つの設計変更により耐用年数を延ばすことができます。まず最も効果的なのは、解凍後のコイルの排水を改善することです。滞留ブラインを排除すると、シースが腐食性電解液と接触する時間が短縮されます。傾斜した取り付けと完全に排水されるドリップパンを使用すると、寿命を 2 ～ 3 倍延ばすことができます。 2 番目の変更は、霜取りの頻度と時間を減らすことです。時間指定霜取りではなくデマンド霜取り (氷が検出された場合にのみ開始) を使用すると、霜取り時間を 50 ～ 70% 短縮できます。 3 番目の変更は、シースに保護コーティングを施すことです。無電解ニッケルまたはフッ素ポリマーコーティングは、316 とブラインの間にバリアを提供し、寿命を 3 ～ 5 倍に延長します。ただし、コーティングは劣化することなく 200 度の解凍温度に耐える必要があります。 4 番目の変更は、より耐孔食性の高い合金にアップグレードすることです。-チタン (グレード 2 またはグレード 7) は、100,000 ppm の塩化物中でも 100 度を超える臨界孔食温度を有しており、海上冷凍サービスにおいて孔食の影響をほとんど受けません。壁厚 0.8 mm のチタン シースは、1.2 mm の 316 シースよりも 10 ～ 20 倍長持ちします。ヒーターの交換に霜取りとコイルへのアクセスが必要な船舶用冷凍システムの場合、頻繁な交換の人件費は通常、316 とチタンのコスト差を上回ります。新しい海洋設備用の霜取りヒーターを指定する場合、エンジニアは塩水への曝露が避けられない用途ではデフォルトでチタンを使用する必要があります。既存の 316 ヒーターの場合、厳密な排水と霜取りスケジュールの削減を実装することが、寿命を 3 か月以上延ばす最も現実的なアプローチです。 3 か月の交換しきい値は固定された数値ではなく、ブライン濃度と累積霜取り時間の予測可能な関数です。両方のパラメータを測定することで、エンジニアは交換間隔を予測してメンテナンスを計画し、コイルの氷結や冷凍のダウンタイムにつながる予期しない霜取り障害を回避できます。