Cheminių procesų inžinieriams, projektuojantiems elektrinius panardinamuosius šildytuvus, skirtus natrio hipochlorito gamybai, baliklio gamybai ir vandens valymo dezinfekavimo sistemoms, 316 nerūdijančio plieno pasirinkimas kaip apvalkalo medžiaga kelia didelių iššūkių. Natrio hipochloritas yra stipriai oksiduojantis, aukšto-pH pH tirpalas, kuris agresyviai atakuoja daugelį metalų. Nors 316 nerūdijantis plienas pasižymi geresniu atsparumu nei 304 dėl jame esančio molibdeno, jis vis tiek yra jautrus įdubimams, plyšinei korozijai ir įtempių korozijos įtrūkimams, kai naudojamas hipochloritas, ypač esant aukštesnei temperatūrai ir aukštesnei koncentracijai. Apvalkalo sienelės storis lemia atsparumą korozijai ir, dar svarbiau, laiką, reikalingą vietiniam įdubimui įsiskverbti į sieną. Šiame straipsnyje, remiantis paskelbtais korozijos duomenimis ir baliklių gamybos pramonės patirtimi, nustatytas minimalus rekomenduojamas sienelės storis 316 apvalkalų naudojant praskiesto natrio hipochlorito naudojimą.
316 nerūdijančio plieno korozijos mechanizmai natrio hipochlorite
Natrio hipochloritas (NaOCl) yra galingas oksidatorius, kuris idealiomis sąlygomis palaiko pasyvią plėvelę ant 316 nerūdijančio plieno. Tačiau keletas veiksnių skatina lokalizuotą ataką. Hipochlorito jonas yra oksidatorius, kurio sudėtyje yra chlorido, o tai reiškia, kad jis vienu metu suteikia ir agresyvų chlorido anijoną, ir oksidacinį potencialą, kuris gali suardyti pasyviąją plėvelę. Esant didesnei nei 1 % chloro koncentracijai ir aukštesnei nei 35 laipsnių temperatūrai, 316 gali susidaryti 0,5–2,0 mm duobių per metus. Duobės yra labai lokalizuotos, duobės gylis siekia 1 mm per mėnesius, o aplinkinės teritorijos lieka nepakitusios. Panardinamojo šildytuvo apvalkale viena gili duobė gali prasiskverbti į sieną ir sukelti proceso skysčio patekimą, elektros gedimą ir hipochlorito tirpalo užteršimą metalo jonais, kurie katalizuoja skilimą. Bendras korozijos greitis yra mažas,{14}}paprastai mažesnis nei 0,05 mm per metus,{16}}todėl sienelės storis pirmiausia sunaudojamas duobėms, o ne vienodai retinant. Tai reiškia, kad didėjantis sienelės storis suteikia tik ribotą apsaugą, nes vietinėje silpnoje vietoje susidariusi duobė prasiskverbs į 2,0 mm sieną tik šiek tiek lėčiau nei 1,0 mm siena. Pagrindinis parametras yra ne vidutinis storis, bet paviršiaus defektų ir liekamųjų įtempių nebuvimas, kurie naudojami kaip duobės atsiradimo vietos.
Sienelės storio įtaka duobių įsiskverbimo laikui
Esant tam tikrai hipochlorito koncentracijai ir temperatūrai, duobės įsiskverbimo greitis yra maždaug pastovus, kai prasideda duobė. Panardinimo į 5% NaOCl tirpalą 40 laipsnių temperatūroje duomenys rodo, kad 316 mėginių su poliruotu paviršiumi po 200–500 valandų atsiranda duobė. Įsikūrusios duobės plinta 0,03–0,08 mm per dieną (maždaug 0,9–2,4 mm per mėnesį). Tokiu greičiu 1,0 mm sienelė prasiskverbtų per 13–33 dienas po duobės atsiradimo. 2,0 mm siena išliks 22–67 dienas po inicijavimo. Bendras tarnavimo laikas yra inicijavimo laiko ir sklidimo laiko suma. 1,0 mm apvalkalo bendras tarnavimo laikas yra maždaug 200–500 valandų plius 13–33 dienos arba maždaug 20–50 dienų. 2,0 mm apvalkalo bendras tarnavimo laikas yra 200–500 valandų plius 22–67 dienos arba maždaug 30–80 dienų. Storesnė siena prailgina tarnavimo laiką tik 10–30 dienų,{39}}tai yra nedidelis pagerėjimas, atsižvelgiant į papildomas medžiagų sąnaudas ir šiluminę baudą. Šis trumpas tarnavimo laikas paaiškina, kodėl 316 retai naudojamas nuolatiniam panardinimui į natrio hipochloritą, kurio koncentracija viršija 1% ir 30 laipsnių. Jei reikia ilgesnio tarnavimo laiko, reikalingos alternatyvios medžiagos, pvz., titanas arba specialūs lydiniai.
Mažiausio sienos storio rekomendacijos hipochlorito priežiūrai
Toliau pateiktoje lentelėje pateikiami minimalūs rekomenduojami 316 apvalkalo sienelių storiai elektriniams panardinamiems šildytuvams, naudojamiems su natrio hipochloritu. Vertės apima nepertraukiamą veikimą, tinkamą sistemos projektavimą, siekiant sumažinti įtrūkimus ir sąstingį, ir santykinai trumpą tarnavimo laiką, matuojamą savaitėmis ar mėnesiais, o ne metais.
| Galima chloro koncentracija | Tirpalo temperatūra | Numatomas įdubimų rodiklis (po inicijavimo) | Mažiausias rekomenduojamas sienos storis 316 | Numatomas bendras tarnavimo laikas esant minimaliam storiui | Alternatyvi rekomendacija |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 – 2% | 20-30 laipsnių | 0,5 – 1,0 mm/mėn | 1,6 mm | 2-4 mėnesius | Ribinis; pageidautina titanas |
| 1 – 2% | 30-40 laipsnių | 0,8 – 1,5 mm/mėn | 2,0 mm | 1,5-3 mėnesiai | Labai rekomenduojamas titanas |
| 2 – 5% | 20-30 laipsnių | 0,8 – 1,5 mm/mėn | 2,0 mm | 1,5 – 2,5 mėn | Patikimam aptarnavimui reikalingas titanas |
| 2 – 5% | 30-40 laipsnių | 1,2 – 2,0 mm/mėn | 2,5 mm | 1-2 mėnesius | Titanas privalomas |
| 5 – 10% | 20-30 laipsnių | 1,5 – 2,5 mm/mėn | Nerekomenduojama | Mažiau nei 1 mėnuo | Naudokite titaną arba lydinį C-276 |
| Bet kokia koncentracija | Virš 40 laipsnių | 2,0 – 4,0 mm/mėn | Nerekomenduojama | Savaitės | Titaninis arba nemetalinis{0}}šildymas |
| Pertraukiamas arba paketinis aptarnavimas | Bet kokia temperatūra | Žemesnis dėl džiovinimo | 1,2 – 1,6 mm | Kintamasis | Priimtinas ne{0}}kritinėms programoms |
Nerūdijantis plienas 316 yra prastas pasirinkimas bet kokiai natrio hipochlorito koncentracijai virš 2 % arba 30 laipsnių, nepaisant sienelės storio. Dėl trumpo tarnavimo laiko ir staigaus duobių gedimo rizikos jis netinkamas svarbiems procesams. Titanas (2 arba 7 laipsnis) pasižymi išskirtiniu atsparumu natrio hipochloritui, korozijos greitis mažesnis nei 0,01 mm per metus net esant didelei koncentracijai ir aukštai temperatūrai. Didesnė pradinė titano kaina,{9}}paprastai 3–5 kartus didesnė nei 316, greitai susigrąžinama dėl ilgesnio tarnavimo laiko ir sumažinus techninę priežiūrą.
Projekto modifikacijos, siekiant pailginti 316 apvalkalo naudojimo laiką hipochlorito tarnyboje
Kai 316 turi būti naudojamas skiesto hipochlorito eksploatavimui dėl sąnaudų apribojimų arba medžiagų prieinamumo, keturios konstrukcijos modifikacijos gali pailginti tarnavimo laiką ilgiau nei nurodyta lentelėje. Pirmasis yra išlaikyti hipochlorito pH aukštesnį nei 11. Natrio hipochlorito tirpalai, kurių pH yra žemiau 11, greičiau skaidosi ir tampa agresyvesni nerūdijančio plieno atžvilgiu. Automatinis pH reguliavimas su šarmo priedu gali sumažinti duobių susidarymą 50–70%. Antroji modifikacija – kad apvalkalo paviršius būtų kuo lygesnis. Elektropoliruotas 316, kurio paviršiaus apdaila yra mažesnė nei 0,2 mikrono Ra, turi mažiau duobės inicijavimo vietų nei{11}}susidėjusioje medžiagoje, todėl inicijavimo laikas pailgėja 2–4 kartus. Trečioji modifikacija – veikti esant mažiausiam įmanomam vatų tankiui. Sumažinus vatų tankį nuo 10 W/cm² iki 5 W/cm², apvalkalo paviršiaus temperatūra sumažinama 10–15 laipsnių, o 30–50 laipsnių temperatūros jautrumo diapazone sumažėja duobių susidarymas maždaug 30–40 %. Ketvirta modifikacija – periodiškai valyti apvalkalo paviršių, kad būtų pašalintos nuosėdos, kurios sukuria įtrūkimų vietas. Kassavaitinis skalavimas vandeniu arba praskiesta rūgštimi gali žymiai pailginti tarnavimo laiką. Daugumoje pramoninių baliklių gamybos programų šių modifikacijų nepakanka, kad 316 būtų patikima medžiaga. Inžinieriai turėtų nurodyti titano apvalkalus kiekvienam šildytuvui, kuris bus panardintas į natrio hipochloritą ilgiau nei naudojant su pertraukomis. Vieno 316 šildytuvo gedimo kaina-įskaitant gamybos prastovą, tirpalo užteršimą ir pakeitimo darbą-paprastai viršija papildomas titano sąnaudas. Pateikdami hipochlorito priežiūros specifikacijas, visada nurodykite tikslią koncentraciją, temperatūrą ir numatomas dienos darbo valandas. Tiekėjas, kuris rekomenduoja 316 nuolatiniam hipochlorito aptarnavimui, kai koncentracija viršija 2 %, neaptardamas šios medžiagos apribojimų, nepateikia atsakingų inžinerinių nurodymų. Tais atvejais, kai titano kaina yra draudžiama, apsvarstykite alternatyvius šildymo būdus, pvz., išorinio rezervuaro šildymą per titano šilumokaitį arba garų įpurškimą, nes taip išvengiama tiesioginio metalo panardinimo į agresyvų hipochlorito tirpalą.
