Aká je minimálna odporúčaná hrúbka steny plášťa z nehrdzavejúcej ocele 316 pre elektrický ponorný ohrievač pracujúci v 5 % roztoku chlórnanu sodného pri 40 stupňoch Celzia pre službu výroby bielidla?

Technici chemických procesov, ktorí vyrábajú elektrické ponorné ohrievače na výrobu chlórnanu sodného, ​​výrobu bielidiel a dezinfekčné systémy na úpravu vody, čelia značným prekážkam pri použití nehrdzavejúcej ocele 316 ako materiálu plášťa. Chlórnan sodný je silné oxidačné činidlo a je to roztok s vysokým -pH, ktorý agresívne ničí mnohé kovy. 316 nehrdzavejúca oceľ je odolnejšia ako 304 vďaka prítomnosti molybdénu, ale stále je náchylná na jamkovú koróziu, štrbinovú koróziu a korózne praskanie pod napätím v prevádzke s chlórnanom, najmä pri extrémnych teplotách a koncentráciách. Hrúbka steny plášťa riadi koróznu toleranciu a, čo je dôležitejšie, čas potrebný na to, aby lokalizovaná jamka prenikla stenou. Tento článok predstavuje minimálnu odporúčanú hrúbku steny pre 316 plášťov v prevádzke so zriedeným chlórnanom sodným na základe publikovaných údajov o korózii a praktických skúseností z výroby bielidiel.

Mechanizmy korózie nehrdzavejúcej ocele 316 v roztoku chlórnanu sodného
Chlórnan sodný (NaOCl) je silné oxidačné činidlo, ktoré zachováva pasívny film na nehrdzavejúcej oceli 316 v optimálnych podmienkach. Ale niekoľko podmienok podporuje lokalizovaný útok. Chlórnanový ión je oxidačné činidlo- obsahujúce chlorid, a preto súčasne ponúka agresívny chloridový anión a oxidačný potenciál potrebný na rozrušenie pasívneho filmu. Pitting 316 sa môže uskutočňovať rýchlosťou 0,5 – 2,0 mm za rok pri koncentráciách > 1 % prístupného chlóru a > 35 stupňov. Jamková jamka je veľmi lokalizovaná s jamkami dosahujúcimi hĺbku 1 mm v mesiacoch s malým vplyvom na oblasti okolo jamiek. Jediná hlboká jamka v plášti ponorného ohrievača je dostatočná na to, aby prerazila stenu, čo vedie k prenikaniu procesnej tekutiny, elektrickému zlyhaniu a kontaminácii roztoku chlórnanu kovovými iónmi, ktoré katalyzujú rozpad. Všeobecná rýchlosť korózie je zvyčajne nízka<0.05 mm/year, such that wall thickness is destroyed mostly by pitting not by uniform thinning. This means that raising the wall thickness will only help to a limited extent, because a pit developing in a localised weak area will penetrate a 2.0 mm wall only slightly slower than a 1.0 mm wall. The real metric is not the average thickness, but the lack of surface defects and residual stresses, which are the locations of pit initiation.

Vplyv hrúbky steny na čas prieniku jamiek
Po iniciácii jamy je rýchlosť prenikania jamiek približne konštantná pri danom obsahu chlórnanu a teplote. Výsledky ponorných experimentov v 5 % NaOCl pri 40 stupňoch odhaľujú iniciáciu jamiek po 200 – 500 hodinách pre leštené vzorky 316. Po usadení jamky rastú rýchlosťou 0,03 – 0,08 mm za deň -1 (asi 0,9 - 2,4 mm za mesiac -1 ). Pri tejto rýchlosti by bola hrúbka steny 1,0 mm prerazená za 13–33 dní od iniciácie jamy. 2,0 mm stena by vydržala 22-67 dní od iniciácie. Životnosť je súčtom času iniciácie a času šírenia. Celková životnosť je približne 200 – 500 hodín+13-33 dní v prípade plášťa s hrúbkou 1,0 mm alebo približne 20 – 50 dní. Celková životnosť 2,0 mm puzdra je 200–500 hodín + 22–67 dní alebo ~30–80 dní. Hrubšia stena predĺži životnosť iba o 10-30 dní, čo je menšie zlepšenie pre dodatočné náklady na materiál a tepelné zníženie. Kvôli tejto krátkej životnosti sa 316 zriedka špecifikuje na nepretržité ponorenie do chlórnanu sodného s koncentráciou vyššou ako 1 % a 30 stupňov. Ak sa vyžaduje predĺžená životnosť, musia sa použiť iné materiály, ako je titán alebo špecifické zliatiny.

Odporúčania pre minimálnu hrúbku steny pre chlórnanový servis
Nasledujúca tabuľka ukazuje minimálnu odporúčanú hrúbku steny plášťa pre elektrické ponorné ohrievače v prevádzke s chlórnanom sodným. Hodnoty sú založené na nepretržitej prevádzke, dobrej konštrukcii systému, aby sa minimalizovala možnosť prasklín a stagnácie, a akceptácii relatívne obmedzenej životnosti meranej v týždňoch alebo mesiacoch, a nie v rokoch.

Dostupná koncentrácia chlóru Teplota roztoku Očakávaná rýchlosť tvorby jamiek (po iniciácii) Minimálna odporúčaná hrúbka steny 316 Minimálna hrúbka – očakávaná celková životnosť Alternatívne odporúčanie
1 – 2 % 20 – 30 stupňov 0,5 – 1,0 mm/mesiac 1,6 mm 2 – 4 mesiace Uprednostňuje sa okrajový titán
1 – 2 % 30 – 40 o C 0,8 – 1,5 mm/mesiac 2,0 mm 1,5 – 3 mesiace Titán je dobrá voľba
2 – 5 % 20 – 30 stupňov 0,8 – 1,5 mm/mesiac 2,0 mm 1,5 – 2,5 mesiaca Titán potrebný pre spoľahlivú prevádzku
2 – 5 % 30 – 40 stupňov 1,2 – 2,0 mm/mesiac 2,5 mm 1 – 2 mesiace Potrebný titán 5 – 10 % 20 – 30 stupňov 1,5 – 2,5 mm/mesiac Neodporúča sa < 1 mesiac Použite titán alebo zliatinu C-276
Akákoľvek koncentrácia Nad 40 stupňov 2,0 – 4,0 mm/mesiacTýždne Neodporúča sa Titánový alebo ne-kovový ohrev
Periodický alebo dávkový servis Akákoľvek teplota Nižšia vďaka sušeniu 1,2 – 1,6 mm Variabilná Prijateľná pre nekritické aplikácie
Nerezová oceľ 316 je zlou voľbou pre akýkoľvek chlórnan sodný s koncentráciou nad 2 % alebo 30 °C bez ohľadu na hrúbku steny. Jeho krátka životnosť a možnosť rýchleho pittingu ho robia nevhodným pre kľúčové postupy. Titán (stupeň 2 alebo stupeň 7) vykazuje vynikajúcu odolnosť voči chlórnanu sodnému s rýchlosťou korózie<0.01 mm/year at high concentrations and temperatures. The higher initial cost of titanium – generally 3-5 times that of 316 – is rapidly repaid through prolonged service life and less maintenance.

Konštrukčné úpravy pre lepšiu životnosť 316 plášťa v chlórnanovom servise
Ak sa vyžaduje 316 pre prevádzku so zriedeným chlórnanom z dôvodu nákladov alebo dostupnosti materiálu, štyri úpravy dizajnu môžu predĺžiť životnosť nad hodnoty uvedené v tabuľke. 1. Udržujte pH chlórnanu vyššie ako 11. Roztoky chlórnanu sodného pri menej ako pH 11 majú rýchlejšiu rýchlosť rozkladu a sú nepriateľskejšie voči nehrdzavejúcej oceli. Vďaka automatickej regulácii pH s prídavkom žieraviny sa miera kôstok zníži o 50{10}}70 %. Druhou úpravou je, aby bol povrch plášťa čo najhladší. Povrchová úprava elektrolyticky leštená 316 < 0,2 mikrónu Ra je nižšia v porovnaní s materiálom s kovaním, čo má za následok zvýšenie iniciačného času o pomer 2-4. Poslednou zmenou je beh s najnižšou dosiahnuteľnou hustotou wattov. Znížením wattovej hustoty z 10 W/cm2 na 5 W/cm2 sa zníži povrchová teplota plášťa o 10-15 oC a miera bodkovania o ~30-40% v teplotne citlivom režime 30-50 oC. Štvrtou zmenou je pravidelné čistenie povrchu puzdra na odstránenie sedimentov, ktoré vytvárajú miesta pre štrbiny. Týždenné umývanie vodou alebo umývanie zriedenou kyselinou môže výrazne predĺžiť životnosť. Pre väčšinu priemyselných aplikácií na výrobu bielidiel tieto zmeny nestačia na to, aby sa z 316 stal spoľahlivý materiál. Pre akýkoľvek ohrievač, ktorý má byť ponorený do chlórnanu sodného na viac ako prerušované použitie, by mali inžinieri špecifikovať titánové plášte. Náklady na jednu poruchu ohrievača 316, vrátane straty výkonu, kontaminácie roztoku a práce na opravu, sú zvyčajne vyššie ako dodatočné náklady na titán. Pri špecifikácii používania chlórnanu vždy uveďte aktuálnu koncentráciu, teplotu a predpokladané denné hodiny prevádzky. Dodávateľ, ktorý navrhuje 316 pre nepretržitú prevádzku chlórnanu nad 2% koncentráciou bez uvedenia obmedzení tohto materiálu, neponúka kompetentné technické poradenstvo. V prípadoch, keď je titán príliš drahý, možno zvážiť iné spôsoby ohrevu, napríklad ohrev externej nádrže cez titánový výmenník tepla alebo vstrekovanie pary, ktoré nezahŕňa priamy kontakt kovu s nepriateľským roztokom chlórnanu.