Pri akej špecifickej kombinácii koncentrácie žieraviny a povrchovej teploty plášťa dochádza u plášťa 316 z nehrdzavejúcej ocele 1,2 milimetra k praskaniu žieravinou v dôsledku korózie v celulózovom a papierenskom priemysle v servise ohrievača digestora?

Použitie procesných inžinierov zodpovedných za elektrické ponorné ohrievače v buničinových a papierových digestoroch, kombinácia hydroxidu sodného a sulfidu sodného pri zvýšených teplotách vytvára prostredie, v ktorom je hlavnou príčinou zlyhania praskanie žieravinou pod napätím. Kaustické praskanie vytvára krehké medzikryštalické praskliny, ktoré môžu preniknúť cez 1,2 mm 316 plášť v priebehu niekoľkých týždňov s malým zjavným varovaním, na rozdiel od jamkovej alebo bežnej korózie. Proces sulfátového rozvlákňovania využíva biely lúh s 15–20 % NaOH a 5–10 % Na₂S pri teplotách 150–170 stupňov. Tieto ohrievače majú vo všeobecnosti hrúbku steny 1,2 mm kvôli obmedzenému priestoru v nádobách digestora. Článok identifikuje konkrétnu kombináciu koncentrácie žieraviny a povrchovej teploty plášťa, pri ktorej sa na 1,2 mm 316 plášti rozvinie kaustické korózne praskanie za 1000 hodín nepretržitej prevádzky.

Mechanizmus praskania leptavou koróziou v 316
Krakovanie nehrdzavejúcej ocele 316 kaustickým napätím vyžaduje tri podmienky: koncentrácia žieraviny nad prahovú hodnotu, teplota nad prahom praskania a ťahové napätie. Metóda kovania používaná na zhutňovanie MgO izolácie vytvára veľké zvyškové ťahové napätia na vnútornom povrchu plášťa -typicky 150-250 MPa pre 1,2 mm stenu. Tieto zvyškové napätia sú zdrojom ťahového napätia potrebného na praskanie. Koncentrácia lúhu na krakovanie v 316 pri 150 °C je asi 5 % NaOH. Prahová teplota sa zníži na 130 °C pri 10 % NaOH. Krakovanie pri 15 % NaOH je nad 110 stupňov. Krakovanie pri 20 % NaOH nad 100 °C. Podmienky v bielom lúhu (15–20 % NaOH, 150–170 stupňov) sú výrazne nad prahom praskania. Trhliny v 1,2 mm 316 puzdre normálne vznikajú na vnútornom povrchu, kde sú zvyškové napätia najvyššie po 100–500 hodinách expozície. Po vytvorení sa trhliny šíria rýchlosťou 0,1–1,0 mm za týždeň a prenikajú cez 1,2 mm stenu v priebehu 1–3 mesiacov.

Plášť 1.2 Kritické prahy prasknutia pre 1.2
Na základe laboratórneho testovania 316 vzoriek plášťa stlačených v simulátore bieleho lúhu a analýzy zlyhania v celulózkach fermentorov, nasledujúce kombinácie koncentrácie lúhu a teploty povrchu plášťa viedli k praskaniu žieravinou z korózie v priebehu 1 000 hodín.

Koncentrácia hydroxidu sodného (hmotnostné %) Koncentrácia sulfidu sodného (hmotnostné %) Kritická teplota pre vznik trhliny Čas iniciácie trhliny pri 150 °C Čas prechodu povrchu plášťa-Prasklina v stene (1,2 mm) pri 150 °C 5 – 8 % 2 – 4 % 140 % 140 % 140 1 200 – 2 000 hodín 8 – 10 % 4 – 6 % 130 °C 500 – 800 hodín 800 – 1 500 hodín 10 – 12 % 5 – 7 % 120 °C 300 – 500 hodín 500 – 1 000 hodín
12 – 15 % 6 – 8 % 115 stupňov 200 – 400 hodín 400 – 800 hodín 15 – 18 % 7 – 9 % 110 stupňov 150 – 300 hodín 300 – 600 hodín
18 – 20 % 8 – 10 % 100 stupňov 100 – 200 hodín 200 – 400 hodín
Viac ako 20 % Viac ako 10 % Menej ako 100 stupňov 50 – 150 hodín 100 – 300 hodín
Pre sulfátový fermentor pracujúci so 16 % NaOH pri objemovej teplote 155 stupňov je povrchová teplota plášťa približne 155 – 160 stupňov (za predpokladu malého zvýšenia teploty v dôsledku nízkej hustoty wattov vo veľkých fermentoroch). To je nad prahom praskania 110 °C a vytvorí praskliny za 150 – 300 hodín. 1,2 mm puzdro by pravdepodobne perforovalo po 1-2 mesiacoch nepretržitej prevádzky. Skúsenosti z terénu ukazujú, že prevádzkové plášte bieleho lúhu sa vo všeobecnosti zlomia za 3 až 6 mesiacov s prasknutím prevládajúceho spôsobu zlyhania.

Bezpečná prevádzková obálka pre 1,2 mm plášť v žieravine
Nižšie uvedená tabuľka uvádza maximálnu bezpečnú koncentráciu žieraviny pre plášť 1,2 mm 316 pri rôznych teplotách povrchu plášťa, aby sa predišlo praskaniu žieravinou v dôsledku korózie počas 1 000 hodín životnosti. Hodnoty predpokladajú zvyškové ťahové napätia po kovaní, ktoré nie je možné znížiť bez dodatočného žíhania kovania.

Teplota povrchu plášťa Maximálna bezpečná koncentrácia NaOH na zabránenie praskaniu (bez sulfidov) Maximálna bezpečná koncentrácia NaOH s 5 % Na2S Očakávaný čas prasknutia pri maximálnej bezpečnej koncentrácii Odporúčaná akcia 80 °C 20 % 15 % 2 000 – 3 000 hodín Marginálna 1 % , 502 % 1 % 1502 % nepretržitej prevádzky 2 500 hodín Obmedzená životnosť 100 °C 12 % 10 % 1 000 – 2 000 hodín 316 neodporúča sa 110 °C 10 % 8 % 800 – 1 500 hodín Použite žíhaný alebo zliatinový upgrade 120 °C 8 % 6 % 5000 – 61 % potrebný upgrade 000 – 61 % 4 % 300 – 800 hodín Aktualizácia zliatiny povinná 140 °C 4 % 2 % 200 – 500 hodín 316 nevhodné
Nad 150 °C Nebezpečné Nebezpečné Menej ako 200 hodínPoužite zliatinu niklu
Bezpečná prevádzková obálka pre 1,2 mm 316 plášť neexistuje pre použitie vo fermentore na buničinu a papier so 16 % NaOH pri 155 °C. Popraskanie príde určite o týždne alebo mesiace. Inžinieri budú musieť zvoliť odolnejšiu zliatinu.

Konštrukčné zmeny zabraňujúce praskaniu žieravinou
Keď sa má plášť 316 použiť v žieravine, tri konštrukčné úpravy môžu predĺžiť životnosť, ale žiadna z nich nerobí 316 spoľahlivým pre podmienky sulfátového varáku. Počiatočným krokom je žíhanie prítlačného-zápustu pri 1050 stupňoch, aby sa eliminovalo zvyškové ťahové napätie. Žíhanie znižuje zvyškové napätie vnútorného povrchu z 150–250 MPa na menej ako 20 MPa, pričom sa odstraňuje ťahová zložka potrebná na praskanie. Žíhanie 1,2 mm plášťa 316 v 16 % NaOH pri 150 °C môže predĺžiť jeho životnosť na 3–6 mesiacov, a nie na 1–2 mesiace. Druhou zmenou je striekanie alebo iné kompresné ošetrenie vonkajšieho povrchu. Tlaková vrstva odoláva šíreniu trhlín, ale nezmierňuje ťahové napätia na vnútornom povrchu. Poslednou zmenou je prevádzka pri najnižšej možnej povrchovej teplote plášťa znížením wattovej hustoty a zvýšením cirkulácie. Zníženie povrchovej teploty o 10 stupňov zdvojnásobuje čas do iniciácie praskliny. Tieto zmeny nestačia pre väčšinu aplikácií na výrobu buničiny a papiera. Alloy 625 alebo Alloy C-276 je typický materiál pre plášte ohrievačov bieleho lúhu. Tieto zliatiny na báze niklu odolávajú praskaniu žieravou koróziou pri všetkých koncentráciách a teplotách, ktoré sa vyskytujú v digestoroch. Plášť zo zliatiny 625 s hrúbkou 1,6 mm normálne vydrží v prevádzke s lakovým benzínom 5 až 10 rokov, v porovnaní s 2 až 6 mesiacmi pri 316. Vyššie počiatočné náklady sú kompenzované úsporami pri prestojoch a náhradnej práci. Technici, ktorí vyberajú ohrievače na prevádzku vyhnívacieho zariadenia, by nemali akceptovať 316 pre žiadnu aplikáciu, kde je koncentrácia žieraviny vyššia ako 10 % pri teplotách nad 100 °C. Náklady na rýchle zlyhanie krakovania v tlakovej varnej nádrži vrátane straty produktu, ochladzovania nádoby a výmeny sú výrazne vyššie ako prírastkové náklady na zliatinu s vysokým obsahom niklu. Ak výrobca odporúča 316 pre servis lakových benzínov a nehovorí o praskaní žieravinou v dôsledku korózie, neposkytujú správne technické poradenstvo. Trhliny v 1,2 mm puzdre sa vyvíjajú rýchlo a bez akéhokoľvek zjavného dôkazu, až kým puzdro nepresiakne. Jediným istým riešením je prevencia správnym výberom zliatiny.