Почему следует уделять больше внимания паровым автоклавам
Автоклавы, которые определяются как сосуды под давлением, используются в различных отраслях для различных целей. Они применяются в процессах, где продукты помещаются непосредственно в автоклав или камеру, подвергаются давлению выше атмосферного и часто воздействию высоких температур. Независимо от цели использования, автоклавы представляют собой оборудование с высоким уровнем риска, поэтому необходимо соблюдать важные меры предосторожности при их эксплуатации.
Наиболее серьезные риски с точки зрения безопасности связаны с неконтролируемым выбросом энергии в случае отказа критических компонентов автоклава. Это может привести к сильному выбросу материалов изнутри автоклава. Кроме того, при эксплуатации автоклава существуют потенциальные риски ожогов паром, ошпаривания горячими жидкостями и травм рук и предплечий при закрытии крышки автоклава.
Чтобы предотвратить физические травмы, каждый, кто использует автоклав, должен быть осведомлен о потенциальных опасностях и необходимых мерах безопасности. Принятие соответствующих мер предосторожности может снизить вышеупомянутые риски. Меры предосторожности зависят от размера автоклава, рабочего давления и типа среды давления. Однако в целом критические точки безопасности являются общими для всех автоклавов.
В первую очередь необходимо обратить внимание на следующие критические моменты:
Химическое загрязнение паровых систем
Химическое загрязнение имеет место, когда в питательной воде котла присутствуют химические вещества. Например, химическому загрязнению способствуют вредные тяжелые металлы, такие как ртуть, кадмий, свинец, а также хлориды, оказывающие коррозионное воздействие на материалы из нержавеющей стали.
Сухость пара
Как мы знаем, капли воды в паре снижают энтальпию парообразования, что приводит к кальцинированию труб и передаточных поверхностей. Следовательно, пар, поступающий в систему, будет влажным. Капли воды также препятствуют теплопередаче. Капли воды, скопившиеся вдоль паропровода, также способствуют образованию гидроудара. Накопленная вода движется со скоростью пара, вызывая в этой ситуации звук и вибрацию.
Качество воды, используемой в автоклавах
На качество воды может влиять множество факторов, таких как жесткость, содержание минералов, наличие хлоридов и т. д. Многие компании, использующие паровые автоклавы с водопроводной водой, могут со временем столкнуться с дорогостоящими поломками, если качество воды будет недостаточным. Водопроводная вода, безусловно, является практичным источником для производства пара, но она также может повредить автоклав.
Чтобы защитить внутреннюю поверхность автоклава от износа и предотвратить кальцификацию в трубах, воду можно подвергнуть химическому кондиционированию. Использование фильтра обратного осмоса (RO) в источнике воды также может значительно продлить срок службы ваших нагревательных элементов, улавливая минералы, которые вызывают жесткость вашей воды.
Вода со следующими характеристиками существенно увеличит срок службы автоклава и эффективность процесса:
- Уровень pH: 7,5 – 9
- Проводимость: < 220 мСм/м
- Общая жесткость GH: 5 – 8 Fr.
- Fe (железо): < 0,05 мг/л
- CO2: < 20 мг/л
- Cl: < 100 г/м3
- SO4: < 325 г/м3
- O2: < 0,05 мг/л
- SiO2: минимум
- Масло: < 2 мг/л
Умягчение воды
Умягчители воды — это ионообменники, которые способствуют удалению положительно заряженных ионов. Обычно умягчители удаляют ионы кальция (Ca+2) и магния (Mg+2). Умягчители действуют путем сбора и отделения твердых минералов. Реакция происходит на поверхности смолы. Жесткая вода, проходя через смолу, поглощает ионы кальция и магния, обменивая их на нежесткие ионы натрия.
- MgSO4 + R2Na → R2Mg + Na2SO4
- CaCl2+ R2Na → R2Ca + NaCl
В котел нельзя подавать сырую воду. Использование сырой воды в котле приводит к образованию накипи и выносу воды из котла. Следует использовать только питательную или деминерализованную воду. Умягченную воду можно также использовать в котлах низкого давления.
Коррозия в автоклавах
В автоклавном производстве предпочтительны стали для сосудов под давлением, такие как P355GH и P295GH, из-за их механических свойств. Ключевым фактором, отличающим эти виды стали от нержавеющей стали, является количество содержащегося в них хрома. Нержавеющая сталь имеет на поверхности очень тонкий, прочный и стабильный слой оксида хрома. Этот слой предотвращает проникновение молекул кислорода во внутренние поверхности стали, препятствуя окислению и защищая сталь от ржавчины. Однако содержание хрома в корпусных сталях ниже, чем в нержавеющей стали.
Углеродистые стали P355GH и P295GH, используемые в автоклавах, обычно имеют следующий состав: C ≤ 0,12, Si: 0,25~0,75, Mn: 0,20~0,50, P: 0,07~0,15, S ≤ 0,03, Cu: 0,25~0,55, Cr: 0,30~ 1,25, Ni ≤ 0,65, остальное железо (Fe) и примеси.
Помимо износа, длительное воздействие на стальной материал тепла и влаги может привести к появлению ржавчины. Такие компоненты, как хлориды и хлор, содержащиеся в воде в больших количествах, очень вредны для стали.
Атомы пара и кислорода из воздуха, подаваемые в автоклав, проникают в сталь, со временем вступая в реакцию с атомами железа, что приводит к окислению.
- Fe(тв) + 2H2O(г) → Fe(OH)2(тв) + H2(г)
Еще одной существенной причиной коррозии в автоклавах является неправильный наклон автоклава на полу. При установке автоклав должен быть наклонен в продольном направлении примерно на 0,1–0,2%. Правильный наклон позволяет отводить конденсат, образующийся в процессе автоклавирования, через слив конденсата, предотвращая коррозию. При чрезмерном наклоне вода может обойти слив конденсата, скапливаясь в другой точке и вызывая коррозию стали. В случае недостаточного уклона вода не может достичь конденсатоотводчика и не может быть отведена из системы, что приводит к коррозии там, где она скапливается. Наклон должен ежегодно проверяться профессионалами. Должно быть обеспечено достаточное освещение через регулярные промежутки времени для проверки скопления воды на дне автоклава и, при необходимости, его очистки. Регулярное выполнение этой очистки поможет предотвратить коррозию нижней части автоклава.
Когда на внутренних поверхностях автоклавов начинается коррозия, необходима пескоструйная обработка для удаления ржавчины. Если не применить своевременное вмешательство, образовавшиеся на поверхности оксидные слои ослабляют этот участок материала и могут возникнуть трещины и отслоения.
По причинам, указанным выше, периодическое техническое обслуживание автоклавов необходимо проводить регулярно. Качество воды и анализ конденсата воды должны тщательно оцениваться уполномоченным персоналом. При появлении поверхностной ржавчины при необходимости следует повторить неразрушающий контроль (NDT), чтобы обеспечить безопасность автоклава.
