Pri akej špecifickej kombinácii koncentrácie hydroxidu sodného a teploty povrchu plášťa vyžaduje 1,6-milimetrový plášť z nehrdzavejúcej ocele 316 výmenu každých 12 mesiacov v servise ohrievača trysky na čistenie nádrže?

Technici údržby zodpovední za systémy čistenia nádrží v zariadeniach na spracovanie potravín, výrobu nápojov a chemické zariadenia majú bežne elektrické ponorné ohrievače umiestnené v nádržiach na čistiaci roztok, aby sa udržala teplota čistiacich prostriedkov. Hlavným čistiacim prostriedkom je hydroxid sodný, ktorý sa zvyčajne používa v koncentráciách 2-5% a teplotách 70-85 stupňov. Tieto ohrievače zvyčajne používajú plášť z nehrdzavejúcej ocele 316 s hrúbkou 1,6 mm, ktorý poskytuje dobrý kompromis medzi odolnosťou proti korózii a mechanickou odolnosťou proti nárazom trysky. Avšak zvýšená korózia v dôsledku určitých kombinácií koncentrácie žieraviny a vysokej povrchovej teploty plášťa (wattová hustota) môže skrátiť životnosť na 12 mesiacov alebo menej. Tento článok presne definuje body, v ktorých sa má ročne vymeniť 1,6 mm 316 plášť pre službu ohrevu trysky na čistenie nádrže.

Chovanie leptavej korózie 316 pri vysokých povrchových teplotách
Pri teplotách do 80 stupňov je nehrdzavejúca oceľ typu 316 pasívna v roztokoch hydroxidu sodného s koncentráciou pod 5% a má rýchlosť korózie menej ako 0,1 mm/rok. So stúpaním tepelného toku sa však zvyšuje povrchová teplota plášťa a pasívny film je menej stabilný. Rýchlosť korózie v 3 % NaOH pri povrchovej teplote 85 stupňov je menšia ako 0,1 mm za rok. Každý rok sa zvýši na 0,2-0,4 mm pri 95 stupňoch. je to 0,5–1,0 mm za rok pri 105 stupňoch. Rýchlosti sú vyššie ako 2 mm/rok pri 115 stupňoch. S 1,6 mm plášťom preniknutie korózie na 1,0 mm (minimálna hrúbka konštrukcie pre väčšinu aplikácií) trvá 1-2 roky pri 1 mm za rok. Rýchlosť korózie je rádovo 0,6-0,8 mm za rok, keď kombinácia koncentrácie žieraviny a povrchovej teploty plášťa dosiahne 12-mesačný prah výmeny, ktorý spotrebuje 1,6 mm stenu na 1,0 mm za 12 mesiacov.

Kritické prechodové prahy pre 12-mesačnú životnosť
Testovanie ponorením 316 vzoriek do roztokov hydroxidu sodného pri teplotách relevantných pre službu čistenia nádrže ukazuje, že nasledujúce kombinácie koncentrácie žieraviny a teploty povrchu plášťa poskytujú maximálnu životnosť 12 mesiacov pre 1,6 mm stenu:

Koncentrácia hydroxidu sodného (hmotnostné %) Teplota objemového roztoku Teplota povrchu plášťa pri 8 W/cm2 (nárast o 20 stupňov) Očakávaná rýchlosť korózie pri povrchovej teplote Čas na zníženie 1,6 mm až 1,0 mm (strata 0,6 mm) Životnosť do výmeny 2 % 70 rokov 250 stupňov/0,04 3 – 5 rokov 2 % 80 stupňov 100 stupňov 0,30 – 0,50 mm/rok 1,2 – 2 roky 1,5 – 2,5 rokov 2 % 85 stupňov 105 stupňov 0,50 – 0,80 mm/rok 0,75 – 1,2 rokov 1 – 270 stupňov 0,3 rokov 3 % 1,5 stupňa 0,5 rokov mm/rok 1,7 – 3 roky 2 – 3,5 rokov 3 % 75 stupňov 95 stupňov 0,35 – 0,60 mm/rok 1,0 – 1,7 rokov 1,2 – 2 roky 3 % 80 stupňov 100 stupňov 0,60 – 1,00 mm/rok 0,6 % 0,8 – 1,0 roky stupeň 0,25 – 0,40 mm/rok 1,5 – 2,4 roka 1,8 – 3 roky 4 % 70 stupeň 90 stupeň 0,40 – 0,70 mm/rok 0,9 – 1,5 roka 1 – 1,8 roka 4 % 75 stupeň 95 stupeň 0,70 – 06,0 roku 0,70 – 06.0.0. rok 5 % 60 stupňov 80 stupňov 0,30 – 0,50 mm/rok 1,2 – 2 roky 1,5 – 2,5 roka 5 % 65 stupňov 85 stupňov 0,50 – 0,85 mm/rok 0,7 – 1,2 roka 0,8 – 1,5 roka 5 % 70 stupňov
Pre systém čistenia nádrží s 3 % NaOH pri 80 stupňovej objemovej teplote a hrúbke plášťa 1,6 mm je povrchová teplota plášťa asi 100 stupňov pri 8 W/cm^2. Predpokladaná rýchlosť korózie je 0,6–1,0 mm/rok, čím sa zníži hrúbka steny z 1,6 mm na 1,0 mm za 0,6–1,0 roka. Výmena do 12 mesiacov je v poriadku. Keď sa objemová teplota zníži na 75 stupňov, povrchová teplota je 95 stupňov, a preto je rýchlosť korózie 0,35-0,60 mm za rok a životnosť je 1,2-2 roky.

Bezpečná prevádzková obálka s 12-mesačným cyklom výmeny
Nasledujúca tabuľka ukazuje maximálnu bezpečnú objemovú koncentráciu hydroxidu sodného a kombinácie teplôt pre 1,6 mm 316 plášť pri rôznych hustotách wattov, aby sa umožnila životnosť aspoň 12 mesiacov, kým si zníženie hrúbky steny na 1,0 mm vyžiada výmenu.

Watt Density Temp. objem pre 2 % NaOH Tepl. objem pre 3 % NaOH Temp. objem pre 4 % NaOH Tepl. objem pre 5 % NaOH
4 W/cm² (10 stupňov nárast) Bezpečný do 88 stupňov Bezpečný do 82 stupňov Bezpečný do 78 stupňov Bezpečný do 72 stupňov 6 W/cm² (15 stupňový nárast) Bezpečný do 83 stupňov Bezpečný do 77 stupňov Bezpečný do 73 stupňov Bezpečný do 67 stupňov 8 W/cm² Bezpečný do 720 stupňov do 720 stupňov Bezpečný do 68 stupňov Bezpečný do 62 stupňov 10 W/cm² (25 stupňový nárast) Bezpečný do 73 stupňov Bezpečný do 67 stupňov Bezpečný do 63 stupňov Bezpečný do 57 stupňov 12 W/cm² (30 stupňový nárast) Bezpečný do 68 stupňov Bezpečný do 62 stupňov Bezpečný do 58 stupňov
Pre typický systém čistenia nádrží s 3 % NaOH pri objemovej teplote 75 stupňov má 1,6 mm plášť 316 pri 8 W/cm² povrchovú teplotu 95 stupňov. Bezpečná objemová teplota pre 3 % NaOH pri 8 W/cm2 je 72 stupňov z tabuľky. Ohrievač prekračuje bezpečnú hranicu pri 75 stupňoch a nie je zaručená životnosť 12 mesiacov. Zníženie hustoty wattov na 6 W/cm2 (15°C nárast) ponúka bezpečný objemový limit 77°C, preto je 75°C v poriadku na výmenu na 12 mesiacov.

Zmeny dizajnu na predĺženie životnosti na viac ako 12 mesiacov
Sú opísané tri konštrukčné vylepšenia, ktoré môžu predĺžiť životnosť, keď podmienky procesu čistenia nádrže vyžadujú koncentrácie žieravín a teploty, ktoré by obmedzili 1,6 mm 316 plášť na 12-mesačnú životnosť. Prvým je zníženie hustoty wattov použitím ohrievača s dlhším alebo väčším priemerom. Zníženie wattovej hustoty z 8 W/cm2 na 4 W/cm2 znižuje nárast povrchovej teploty plášťa z 20 stupňov na 10 stupňov, čo pri väčšine koncentrácií zodpovedá prechodu z 1-ročného korózneho režimu na 2-3-ročný. Druhou zmenou je pridanie časovača na spustenie ohrievača iba pri aktívnom čistení nádrže, namiesto udržiavania teploty 24/7. Prerušovaná prevádzka skracuje čas pri zvýšenej teplote a predlžuje životnosť kalendára o faktor ekvivalentný pracovnému cyklu. Ak je rýchlosť korózie za hodinu rovnaká, ohrievač bežiaci 4 hodiny denne namiesto 24 hodín denne vydrží v kalendárnom vyjadrení 6-krát dlhšie. Ako tretia zmena sa do roztoku žieraviny pridáva inhibítor korózie. Silikáty alebo fosfáty v koncentrácii 100-200 ppm môžu znížiť mieru korózie o 30-50% a zvýšiť životnosť o 40-100%. Ak systém čistenia nádrže potrebuje 4% NaOH pri 80 stupňoch a beží nepretržite, je pochybné, že tieto úpravy predĺžia životnosť 316 za posledných 12 mesiacov. Za týchto okolností by inžinieri mali prejsť na zliatinu na báze niklu, ako je Alloy 600 alebo Alloy 825, ktorá udrží mieru korózie pod 0,1 mm za rok v žieravinách až do koncentrácie 10 % pri 100 stupňoch C. Pri objednávaní ohrievačov na čistenie nádrží vždy dodávateľovi poskytnite maximálnu koncentráciu žieraviny, požadovanú teplotu výmeny, očakávaný pracovný cyklus. Ak výrobca navrhuje 316 pre 4% NaOH pri 85 stupňoch bez vysvetlenia zníženia hustoty vo wattoch alebo odhadovanej životnosti, potom nedáva kompetentné technické poradenstvo. Prah 12-mesačnej výmeny pre 1,6 mm 316 plášť je predvídateľnou funkciou koncentrácie žieraviny, objemovej teploty a wattovej hustoty. Správnym určením teploty povrchu plášťa a použitím rýchlosti korózie v tabuľke môžu inžinieri predpovedať intervaly výmeny a rozpočet na údržbu, čím sa vyhnú neočakávaným poruchám ohrievača, ktoré by mohli narušiť cykly čistenia.