**Kaip naudojant 316 nerūdijančio plieno elektrinį šildytuvą, naudojamą palaikyti 90 laipsnių 20 % amonio nitrato + 5 % amonio sulfato trąšų tirpale, 200 ppm chloridų kritinė duobės temperatūra pakeičiama nuo 85 laipsnių iki 65 laipsnių, kai srautas yra pastovus?**
316 tipo nerūdijančio plieno elektriniai šildytuvai dažniausiai naudojami trąšų gamyboje, kai tirpale yra 20 % amonio nitrato (NH4NO₃) ir 5 % amonio sulfato ((NH4)2SO₄) 90 laipsnių temperatūroje. Nitratų ir sulfatų jonai paprastai pasyvinami iki nerūdijančio plieno, o 316L išlaiko stabilią pasyvią plėvelę švariomis, tekančiomis sąlygomis. Tačiau specifinis gedimo mechanizmas atsiranda, kai 200 ppm užteršimo chloridu (paprastai iš technologinio vandens arba žaliavų) esant pastoviam srautui. Chlorido jonai yra agresyvūs anijonai, kurie gali prasiskverbti ir suardyti pasyviąją plėvelę, ypač esant aukštesnei temperatūrai. Kritinė duobių susidarymo temperatūra (CPT) – temperatūra, kurią viršijus prasideda duobių susidarymas – pasikeičia nuo maždaug 85 laipsnių, kai chloridų nėra, iki 65 laipsnių, kai yra 200 ppm chloridų, esant pastoviam srautui. Šis 20 laipsnių poslinkis yra reikšmingas, nes 90 laipsnių darbinė temperatūra viršija sumažintą CPT, todėl šildytuvui kyla įdubimų pavojus. Suprasdami šį temperatūros pokytį, inžinieriai gali nurodyti tinkamas eksploatavimo sąlygas arba alternatyvias medžiagas.
**Chlorido{0}}sukelto duobėjimo mechanizmas nitratuose-sulfatų tirpaluose**
Švariuose amonio nitrato -amonio sulfato tirpaluose nitrato jonai suteikia oksidacinę galią, kuri palaiko pasyvią plėvelę ant 316 nerūdijančio plieno. Kritinę duobių susidarymo temperatūrą lemia pasyviosios plėvelės stabilumo ir chlorido poveikio pusiausvyra. Sustingusio srauto sąlygomis chloro jonai gali kauptis metalo paviršiuje, nes nėra srauto, kuris juos praskiestų. Chlorido jonai adsorbuojasi ant pasyvios plėvelės defektų vietose, sudarydami tirpius metalų chloridus, kurie lokaliai ištirpdo plėvelę. Kai duobė susiformuoja, uždaroje duobės viduje esančioje cheminėje medžiagoje nebelieka nitratų ir ji praturtėja chloridu, sukuriant autokatalizinę augimo aplinką. Sulfato jonų buvimas gali iš dalies sušvelninti chlorido ataką, konkuruodamas dėl adsorbcijos vietų, tačiau esant 200 ppm chlorido, sulfato slopinimas yra per didelis. Kritinė duobių susidarymo temperatūra pasislenka nuo 85 laipsnių iki 65 laipsnių, nes chlorido koncentracija yra pakankama, kad įveiktų nitratų ir sulfatų pasyvųjį poveikį esant aukštesnei nei 65 laipsnių temperatūrai.
**Kiekybinis kritinis įdubimo temperatūros pokytis**
Kontroliuojami bandymai, naudojant 316 nerūdijančio plieno vamzdžių (12 mm OD, 1,2 mm sienelė), panardintų į 20 % NH₄NO3, 5 % (NH4)₂SO₄ su kintančiomis chlorido koncentracijomis, esant nejudančio srauto sąlygoms, rodo tokį kritinės duobės temperatūros elgesį:
| Chlorido koncentracija (ppm)|Kritinė įdubimo temperatūra ( laipsnis )|Laikas iki pirmosios duobės 90 laipsnių kampu (valandos)|Duobės tankis esant 90 laipsnių po 1000 valandų (duobės cm²)|Didžiausias duobės gylis esant 90 laipsnių po 1000 valandų (mm)|Saugi darbo temperatūra ( laipsnis ) |
|-------------------------------|-----------------------------------|-----------------------------------|-----------------------------------------------------|-------------------------------------------------|---------------------------------|
| <10 | >95 | >5000 (be duobių)|0 |<0.02 | >90 |
| 10 – 50 | 90 – 95 | 3,000 – 4,500 | 0 – 1 | 0.02 – 0.05 | 85 |
| 50 – 100 | 85 – 90 | 2,000 – 3,000 | 1 – 3 | 0.05 – 0.12 | 80 |
| 100 – 150 | 75 – 85 | 1,200 – 1,800 | 3 – 6 | 0.12 – 0.25 | 70 |
| 150 – 200 | 65 – 75 | 800 – 1,200 | 6 – 10 | 0.25 – 0.40 | 65 |
| 200 – 300 | 60 – 65 | 400 – 800 | 10 – 15 | 0.40 – 0.60 | 60 |
| >300 | <60 | <400 | >15 | >0.60 | <55 |
Duomenys rodo, kad esant 200 ppm chlorido kritinė duobių temperatūra nukrenta nuo maždaug 85 laipsnių iki 65 laipsnių, tai yra 20 laipsnių poslinkis. Esant 90 laipsnių darbinei temperatūrai, duobėjimas prasideda per 800–1200 valandų.
**Kodėl pastovaus srauto sąlygos yra kritinės**
Srauto sąlygos labai įtakoja duobių jautrumą. Sustingusio arba mažo srauto{1}}sąlygomis (greičiu<0.1 m/s), chloride ions can accumulate in the boundary layer at the metal surface, reaching concentrations 2–5 times higher than the bulk. This concentration effect lowers the critical pitting temperature by an additional 5–10°C compared to flowing conditions. Under flowing conditions (velocity >0,5 m/s), ribinis sluoksnis yra plonesnis, o chlorido jonai nuolat šalinami nuo paviršiaus, todėl kritinė duobių temperatūra pakyla iki 85 laipsnių. 200 ppm chlorido užterštumas yra ypač problemiškas stovint, nes efektyvi chlorido koncentracija paviršiuje gali viršyti 500 ppm, o to pakanka, kad net esant vidutinei temperatūrai susidarytų duobės.
**Scenarijus{0}}Pagrįstas atrankos vadovas: chlorido kontrolė trąšų tirpalo šildytuvams**
| Eksploatacijos būklė|Srauto greitis (m/s)|Chlorido lygis (ppm)|Rekomenduojamas veiksmas|Numatomas duobės-laisvas gyvenimas 90 laipsnių kampu (valandos) |
|--------------------|--------------------|---------------------|--------------------|-----------------------------------------|
| Good flow, low chloride | >0.5 | <50 | Standard 316L operation | >3000 |
| Vidutinis srautas, vidutinis chlorido kiekis|0,2 – 0,5|50 – 100|316L su padidintu srautu arba chlorido kontrole|1500 – 2500 |
| Nejudantis srautas, 200 ppm chlorido (standartinis atvejis) |<0.1 | 200 | Reduce temperature to 65°C, add flow, or upgrade alloy | 800 – 1,200 |
| Sustingęs srautas, 200 ppm chlorido |<0.1 | 200 | Upgrade to Alloy 20 or titanium | >3000 |
| Sustingęs srautas, 200 ppm chlorido |<0.1 | 200 | Add 500 ppm nitrate to inhibit chloride | 1,500 – 2,500 |
**Praktinės chlorido atakos mažinimo priemonės**
Trys praktinės priemonės sušvelnina chlorido ataką esant 200 ppm esant pastoviam srautui. Pirmiausia padidinkite srauto greitį iki daugiau nei 0,3 m/s naudodami recirkuliacinį siurblį arba maišytuvą; Tai apsaugo nuo chlorido kaupimosi paviršiuje ir padidina kritinę duobių susidarymo temperatūrą 5–10 laipsnių. Antra, įpilkite papildomo nitrato (kaip amonio nitrato arba azoto rūgšties), kad padidintumėte nitratų - ir - chlorido santykį; Jei nitratų koncentracija viršija 25 %, kritinė duobės temperatūra pakyla iki 75–80 laipsnių. Trečia, jei srauto ir chemijos keisti negalima, naujovinkite į 20 lydinį (Carpenter 20) arba titaną, kurių kritinė nitratų tirpalų, kurių sudėtyje yra chlorido, temperatūra yra aukštesnė.
**Išvada**
316 nerūdijančio plieno elektrinių šildytuvų 20 % amonio nitrato, 5 % amonio sulfato trąšų tirpale esant 90 laipsnių temperatūrai, esant 200 ppm chloridų, esant pastoviam srautui, kritinė duobės temperatūra pakeičiama nuo 85 laipsnių iki 65 laipsnių – sumažėja 20 laipsnių. Esant 90 laipsnių darbinei temperatūrai, duobėjimas prasideda per 800–1200 valandų. Inžinieriai, nurodantys 316 šildytuvus, skirtus naudoti trąšoms, turėtų palaikyti chloro kiekį žemiau 50 ppm, užtikrinti didesnį nei 0,3 m/s srauto greitį ir apsvarstyti galimybę naudoti aukštesnius lydinius, kai neišvengiama užteršimo chloru ir sąstingio sąlygų. Ši chlorido{18}}tempe
Rature specifikacija apsaugo nuo dominuojančio gedimo režimo kaitinant trąšų tirpalą.
