Pri akom konkrétnom prahu koncentrácie kyseliny sírovej vyžaduje 1,2-milimetrový plášť z nehrdzavejúcej ocele 316 dodatočné-žíhanie zvaru, aby sa zabránilo medzikryštalickej korózii v elektrických ponorných ohrievačoch?

Technici údržby zariadení, ktorí sa starajú o elektrické ponorné ohrievače v komunálnych a priemyselných čističkách odpadových vôd, čelia náročnému koróznemu prostrediu v dôsledku premenlivých hladín chloridov, zvýšených teplôt z biologických procesov a prerušovanej prevádzky. Na rozdiel od čistej chemickej prevádzky, kde sú koncentrácie kontrolované, sa koncentrácie chloridov v odpadových vodách menia v závislosti od priemyselného vypúšťania, odtoku cestnej soli a vyparovania v nádržiach na čistenie. Toto je často prípad plášťa z nehrdzavejúcej ocele 316 s hrúbkou 1,2 mm, ktorý má pre tieto aplikácie dobrú rovnováhu medzi cenou a všeobecnou odolnosťou proti korózii. Ak však koncentrácia chloridov a teplota povrchu puzdra prekračujú určité limity, môže do šiestich mesiacov dôjsť k prenikaniu jamiek, čo si vyžaduje častú a nákladnú výmenu. V tomto článku je uvedená optimálna kombinácia obsahu chloridov a povrchovej teploty plášťa, ktorá obmedzuje plášť 1,2 mm 316 na šesťmesačnú životnosť pri ohreve odpadových vôd.

Kinetika jamkovej penetrácie v 316 vystavenom odpadovej vode-obsahujúcej chloridy
Z elektrochemického hľadiska je pitting 316 v odpadovej vode podobné ako čistejšie roztoky chloridov, ale je posilnené prítomnosťou biologickej aktivity, suspendovaných častíc a meniacim sa pH. Chlorid je bežne prítomný v odpadových vodách v množstvách od 100 ppm do 2 000 ppm, pričom špičky presahujúce 5 000 ppm počas priemyselných vypúšťaní. 316 pri 500 ppm chloridov majú teplotu približne 60 °C. Kritická bodová teplota v 1000 ppm chloridu je znížená na 50 stupňov. S 2 000 ppm chloridu klesá na 40 stupňov. Aplikovaná hustota vo wattoch (zvyčajne 5–10 W/cm² pre odpadové vody) spôsobí, že povrchová teplota plášťa bude o 15–30 °C vyššia ako teplota objemovej odpadovej vody pre ponorný ohrievač. V nádobe na ošetrenie udržiavanej na 35 °C s ohrievačom 8 W/cm² je povrchová teplota plášťa 50-60 °C. Ak je koncentrácia chloridov vo vode 1 000 ppm, vtedy je prekročená kritická teplota bodkovania 50 °C a k bodkovaniu dochádza v priebehu niekoľkých dní. Po iniciácii v teplej odpadovej vode sa jamy šíria rýchlosťou 0,5–2,0 mm/mesiac, pričom za 3–12 týždňov porušujú 1,2 mm stenu. Šesťmesačné kritérium nahradenia sa teda dosiahne, ak iniciácia kôstky nastane v prvom mesiaci a rozmnožovanie sa dokončí v nasledujúcich piatich mesiacoch.

Šesťmesačný kritický chlorid{1}}Kombinácie teplôt
Výsledky ponorného testovania 316 vzoriek v simulovanej odpadovej vode s normálnou biologickou aktivitou (pH 6,5-7,5, mierne suspendované častice) naznačujú nasledujúce kombinácie koncentrácie chloridov v objeme a povrchovej teploty plášťa, ktoré poskytujú maximálnu životnosť šesť mesiacov pre 1,2 mm stenu: Hodnoty sú pre nepretržitú prevádzku s normálnou wattovou hustotou 6-8 W/cm2.

Koncentrácia sypkého chloridu (ppm) Kritická povrchová teplota plášťa pre iniciáciu jamy do 30 dní Rýchlosť šírenia jamy (mm/mesiac) pri tejto teplote Čas do penetrácie 1,2 mm po iniciácii Celková životnosť (iniciácia + šírenie) 300 – 500 ppm Nad 70 stupňov 0,4 – 0,7 mesiacov –4 mesiacov –003 mesiacov –800 2 –50 mesiacov ppm Nad 60 stupňov 0,6 – 1,0 mm/mesiac 1,5 – 2 mesiace 2 – 3 mesiace 800 – 1 200 ppm Nad 55 stupňov 0,8 – 1,2 mm/mesiac 1 – 1,5 mesiaca 1,5 – 2,5 mesiacov 1 200 – 0 ppm 5 0,1501 ppm Ab. mm/mesiac 0,8 – 1,2 mesiaca 1 – 2 mesiace 1 500 – 2 000 ppm Nad 45 stupňov 1,2 – 1,8 mm/mesiac 0,7 – 1 mesiac 1 – 1,5 mesiaca 2 000 – 3 000 ppm 40°C 1,5 – 2,0 mesiaca 8,5 – 2,0.0. mesiacov
>3,000 ppm>35°C >2,0 mm/mesiacMenej ako 0,6 mesiacaMenej ako 1 mesiac
Pri životnosti šiestich mesiacov musí súčin obsahu chloridov a povrchovej teploty plášťa umožňovať minimálne tri mesiace na iniciáciu jamiek a tri mesiace na rozmnožovanie. K tomu dochádza iba vtedy, keď je povrchová teplota puzdra aspoň 5–10 °C pod kritickou teplotou jamkovej jamky pre príslušnú koncentráciu chloridov. Teplota povrchu plášťa by mala byť nižšia ako 55 °C pre 500 ppm chloridu. Pre 1 000 ppm chloridu musí byť nižšia ako 45 °C. Pre 2000 ppm chloridu musí byť menej ako 35 stupňov.

Bezpečná prevádzková obálka 6-mesačná životnosť
Maximálna povolená teplota objemovej odpadovej vody pre 1,2 mm 316 plášť pri rôznych wattových hustotách na dosiahnutie šesťmesačnej životnosti pri rôznych rozsahoch koncentrácie chloridov je uvedená v priloženej tabuľke. Hodnoty zaručujú, že povrchová teplota plášťa je minimálne 5 stupňov pod kritickou bodovou teplotou pre daný obsah chloridov.

Rozsah koncentrácie chloridu (ppm) Kritická teplota jamky mínus 5 °C Bezpečná rezerva Maximálna bezpečná objemová teplota pri 5 W/cm² (nárast o 15 °C) Maximálna bezpečná objemová teplota pri 8 W/cm² (nárast 25 °C) Maximálna bezpečná objemová teplota pri 10 W/cm² (nárast 30 °C)
Menej ako 300 ppm 75°C 60°C 50°C 45°C 300 – 500 ppm 65°C 50°C 40°C 35°C 500 – 800 ppm 55°C 40°C 30°C 45°C 45°C 1800 ppm 30 °C 20 °C 15 °C 1 200 – 1 500 ppm 40 °C 25 °C 15 °C 10 °C 1 500 – 2 000 ppm 35 °C 20 °C 10 °C Nerealizovateľné
Nad 2 000 ppm Pod 30 stupňov Nie je k dispozícii Nie je k dispozícii Nie je k dispozícii
Pre nádrž na čistenie odpadových vôd pri objemovej teplote 35 °C a normálnych hladinách chloridov 500 – 800 ppm poskytne 1,2 mm plášť 316 pri 8 W/cm² povrchovú teplotu plášťa približne 60 °C. To je viac ako bezpečný limit 55 °C a šesťmesačná životnosť je nepravdepodobná. Ak chcete získať 6-mesačnú životnosť, operátor musí znížiť hustotu wattov na 5 W/cm² (bezpečný limit 55 °C povoľuje 40 °C vo veľkom, ale objem je prijateľných 35 °C-), znížiť objemovú teplotu alebo tolerovať častejšiu výmenu.

Zmeny dizajnu pre dlhšiu životnosť ako šesť mesiacov
Ak sa procesné podmienky blížia k šesť{0}}mesačnej životnosti, tri úpravy dizajnu môžu predĺžiť životnosť bez úpravy materiálu plášťa alebo hrúbky steny. Prvým je pripojenie časovača alebo regulátora teploty na vypnutie ohrievača, keď je umývadlo dostatočne horúce. Prerušovaná prevádzka znamená kratší čas pri teplote, a teda dlhšiu životnosť kalendára, aj keď sú celkové hodiny pri teplote rovnaké. Druhou zmenou je umiestnenie ohrievača na miesto s vysokým prietokom. Zvýšenie turbulencie vedie k zvýšeniu súčiniteľa prestupu tepla a k zníženiu nárastu povrchovej teploty plášťa z 25°C na 10-15°C pri rovnakej hustote wattov. Ohrievač, ktorý by v stagnujúcich podmienkach dosiahol povrchovú teplotu 60 °C, môže byť prevádzkovaný pri teplote 50 °C v dobre cirkulujúcej odpadovej vode, ktorá klesne pod rozhodujúci prah. Poslednou zmenou je pridanie sondy na monitorovanie korózie a proaktívne výmena ohrievačov, keď sonda zaznamená začiatok bodkovania. Tým sa zabráni náhlemu zlyhaniu, aj keď to spravidla nepredĺži životnosť. Pre čistiarne odpadových vôd s obsahom chloridov nad 1 000 ppm alebo s teplotou v objeme nad 40 °C by mali inžinieri špecifikovať zliatinu odolnejšiu proti jamkovej korózii, ako je nehrdzavejúca oceľ 317 (3,5 % molybdén) alebo zliatina 825. Prírastkové náklady sú zvyčajne o 20–50 % vyššie ako pri 316, ale životnosť sa predlžuje na 3–5 rokov. Pri výbere ohrievačov na čistenie odpadových vôd je dôležité zhromaždiť údaje o koncentrácii chloridov z niekoľkých odberov vzoriek v priebehu roka, pretože sezónne zmeny môžu byť značné. Ohrievač navrhnutý na leto môže v zime rýchlo zlyhať, ak odtok soli z ciest zvýši hladinu chloridov. Šesťmesačný limit náhrady nie je kvantita, ale predvídateľný dôsledok koncentrácie chloridov a povrchovej teploty plášťa. Pomocou dvoch nameraných charakteristík môžu inžinieri presne predpovedať životnosť ohrievača a navrhnúť plány údržby, čím sa vyhnú neočakávaným poruchám a predčasnej výmene stále funkčných ohrievačov.