Koja je debljina omota-zasnovana na dokazima za 316 grijača od nehrđajućeg čelika u 5% otopinama natrijum hipohlorita na 40 stepeni s povremenim radnim ciklusima?

Osnovni problem-usluga za oksidaciju hlora

Natrijum hipohlorit (NaOCl) je jedan od najagresivnijih uslova za bilo koji nerđajući čelik. Ovaj jak oksidirajući biocid se široko koristi u tretmanu vode, izbjeljivanju i sanitaciji. Utječe na nehrđajući čelik 316 po mehanizmu koji se razlikuje od hloridnog udubljenja. Hipohloritni joni mogu oksidirati pasivni hrom oksidni film direktno u topive kromatne vrste, čime se eliminira zaštitni sloj i izlaže osnovni metal brzom napadu. 316 nehrđajućeg čelika. Nehrđajući čelik podliježe mjerljivoj ujednačenoj koroziji i opasnijoj koroziji i pucanju pod naponom. Debljina je kompromis između dovoljnog metala da se nosi sa projektovanom dubinom korozije i činjenice da nijedna izvodljiva debljina neće obezbediti dug životni vek ako se električna cijev za grejanje koristi u ovom rasporedu, čak i ako je to samo povremeno. Ova analiza daje preporuke za debljinu zasnovane na dokazima-za nehrđajući čelik 316 u razrijeđenom hipohloritu, zasnovane na objavljenim podacima o koroziji i iskustvu na terenu u primjeni komunalnog tretmana vode i sanitacije hrane.

Mehanizmi korozije i izmjerene stope penetracije u hipohlorit.

Reakcija na koroziju nehrđajućeg čelika 316 u otopini natrijum hipohlorita pokazuje predvidljiv obrazac s obzirom na koncentraciju, temperaturu, pH i vrijeme izlaganja. % Laboratorijske studije uranjanja na 40 stepeni na NaOCl sa pH podešenim na 9-10 (uobičajeno za komercijalna izbjeljivača) otkrivaju ujednačene stope korozije od 0,3-0,8 mm/godišnje. Viši kraj ovog raspona je kada se otopina aerira ili miješa, zamjenjujući koncentraciju hipoklorita na površini metala. Tako bi zid od 1,2 mm perforirao za 1,5-4 godine u neprekidnom uranjanju. Većina primjena hipohloritnog grijanja je, međutim, povremene prirode - grijač radi samo u određenim ciklusima, a otopina se može prazniti, razrijediti ili neutralizirati između primjena. Uz povremeni raspored grijanja u trajanju od dva sata dnevno, efektivna stopa korozije može biti 0,05 do 0,15 mm godišnje, što daje teoretski vijek od 8 do 24 godine za zid od 1,2 mm. Ovo značajno smanjenje je zato što je korozivnom napadu potreban i aktivni hipohlorit i visoka temperatura. Tokom ciklusa isključenja rastvor se hladi i hipohlorit se razgrađuje, što dovodi do toga da je stopa korozije blizu nule. Pogubniji mehanizam kvara je udubljenje u hipohloritu. Čak i na 40 stepeni kritična temperatura pittinga od nerđajućeg čelika 316 u 5% NaOCl je prekoračena i jame se mogu pokrenuti za samo nekoliko sati izlaganja. Kada se formira jama, dubina jame se povećava brzinom od 0,5-1,5 mm/godišnje, nezavisno od ujednačene brzine korozije. Ako uslovi rastvora pogoduju inicijaciji jame, jedna jama može probiti zid od 1,5 mm za 1-3 godine čak i uz sporadičnu aktivnost. Terenski podaci o kvarovima u hipohloritnom spremniku 316 grijača od nehrđajućeg čelika jasno ukazuju da u mehanizmu perforacije dominira udubljenje, a ne ravnomjerno stanjivanje. Preporuke za debljinu bi stoga trebale biti napravljene na osnovu brzina širenja u jami, a ne na osnovu općih tolerancija korozije.

Toplotna ograničenja i praktična ograničenja grijanja

Otopine natrijum hipohlorita je teško zagrijati jer je hipohlorit termički nestabilan, brže se raspada s povećanjem temperature. blizu 40 stepeni stopa razgradnje je umjerena, ali postaje ubrzana blizu površine omotača, gdje temperatura može dostići 60-80 stepeni za rasuti rastvor od 40 stepeni. Koroziju uzrokuju i kisik i kloridni joni (nusproizvodi razgradnje hipoklorita). Za datu ulaznu snagu, deblji omotač dovodi do veće površinske temperature, što rezultira pozitivnom povratnom spregom bržeg propadanja i veće koncentracije klorida na površini metala. Za tipičan uranjajući grejač sa gustinom vati od 6-8 W/cm^2 u tečnosti od 40 stepeni, zid od 1,2 mm održava temperaturu omotača od oko 55-60 stepeni. Sa debljinom zida od 2,0 mm to se povećava na 70-80 stepeni. Stopa razgradnje hipohlorita je oko tri puta veća na 70 stepeni nego na 55 stepeni. Lokalno stvoreni dodatni hlorid može smanjiti potencijal udubljenja nehrđajućeg čelika i stoga može dodatno promovirati početak jame. Termičko modeliranje otkriva da temperaturu omotača treba održavati ispod 60 stepeni kako bi se izbjeglo ubrzano raspadanje u radu hipohlorita. Ovo ograničenje efektivno postavlja maksimalnu praktičnu debljinu zida. Za cijev promjera 12 mm i hipohlorita od 40 stepeni, maksimalna debljina zida je oko 1,6-1,8 mm da bi se temperatura omotača održala ispod 60 stepeni pri gustini vati od 5 W/cm2. Pri 8 W/cm2 debljina zida od čak 1,2 mm može premašiti 60 stepeni i tako veći zidovi ne samo da nisu potrebni već su termički zabranjeni.

Preporuke za debljinu na osnovu dokaza-za različite rasporede dužnosti

Za povremeno zagrijavanje hipohloritom, u kojem se grijač koristi manje od 4 sata svaki dan sa sedmičnim odvodom ili razblaživanjem, debljina od 1,2 do 1,5 mm bila bi dovoljna za vijek trajanja od 3 godine. Prosječna količina korozije tokom 3 godine povremenog izlaganja (procijenjena 0,15-0,45 mm) ostavlja najmanje 0,75 mm preostalog zida. Rizik od udubljenja se kontroliše ograničavanjem temperature omotača. 316 nerđajući čelik je loš izbor za bilo koju primenu koja zahteva kontinuirano grejanje, kao što je držanje rezervoara za izbeljivač na 35-40 stepeni C kako bi se sprečila kristalizacija, bez obzira na debljinu. Konzistentne stope korozije su 0,3-0,8 mm/god uz konstantno izlaganje, stoga bi zid od 2,0 mm trajao samo 2,5-6,5 godina. Što je još kritičnije, jame mogu započeti i proširiti se uz kontinuirano zagrijavanje. Podaci sa terena iz komunalnih postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda koja su pokušala da koriste 316 imerzionih grejača od nerđajućeg čelika u neprekidnom radu sa hipohloritom, ukazuju na prosečan kvar nakon 12-24 meseca, čak i sa debljinom zida od 2,5-3,0 mm. Kvarovi su obično povezani sa habanjem, čak ni sa habanjem. Ako se grijač ukloni i očisti, razumna sigurnosna granica je debljina stijenke od 1,5 do 1,8 mm za povremeni rad s produženim ciklusom isključenja. Debljina iznad 1,2 mm nije prvenstveno za zaštitu od korozije, već za mehaničku čvrstoću protiv oštećenja prilikom rukovanja tokom uklanjanja i ponovne ugradnje, što je tipično u sanitarnim aplikacijama.

Za aplikacije sa vrlo kratkim ciklusima zagrevanja, npr. zagrevanje rastvora hipohlorita od 20 stepeni do 40 stepeni jednom dnevno za operaciju serijske dezinfekcije, može biti pogodna debljina od 1,0 do 1,2 mm. Kratko vrijeme izlaganja minimizira cjelokupno prodiranje korozije, a toplinska efikasnost tankog zida smanjuje vrijeme zagrijavanja, dodatno ograničavajući izlaganje. Ali svaka jama koja je započela u ciklusu grijanja nastavit će rasti tokom hlađenja sve dok je hipohlorit u dodiru s metalom. Izuzetno je preporučljivo nakon svake serije otopinu ocijediti ili neutralizirati. U svim okolnostima dokazi podržavaju plafon od 2,0 mm za nerđajući čelik 316 u hipohloritnoj upotrebi. Iznad ove debljine, termička kazna podiže temperaturu omotača u područje brzog raspadanja hipohlorita, a dodatni metal ne povećava životni vijek proporcionalno jer piting, a ne ravnomjerna korozija, kontrolira kvar.

Alternativni materijali i strategije dizajna koje nadmašuju deblje zidove

Kada je u pitanju zagrijavanje hipoklorita, izmjena materijala omotača je gotovo uvijek bolji izbor od dodavanja debljine nehrđajućeg čelika 316. Titan (Grade 2 ili 7) je industrijski standard za zagrevanje rastvora natrijum hipohlorita. U hipohloritu titanijum razvija izdržljiv pasivni film i otporan je na piting do koncentracija od 15% i temperature od 80 do 90 stepeni. Titanijumski omotač debljine 1,0-1,2 mm nadživet će omotač od nehrđajućeg čelika od 3,0 mm 316 za faktor deset ili više. Početni trošak titanijuma uskoro se nadoknađuje za manje vremena zastoja i manje zamena. U nedostatku titana, fluoropolimerni premazi poput PTFE ili PFA mogu se postaviti na omotač od nehrđajućeg čelika 316. Ovi premazi štite metal od otopine hipoklorita i potpuno uklanjaju koroziju. Međutim, premazi se mogu mehanički oštetiti i njima je potrebno pažljivo rukovati. Obloženi grijač (jezgro od nehrđajućeg čelika 1,2 mm 316, sloj PTFE 0,3-0,5 mm) je mnogo efikasniji od 2,5 mm neobrađenog omotača 316. Konačno, gustina u vatima je smanjena na 3-4 W/cm 2 korištenjem dužih ili više grijača, održavajući temperaturu omotača unutar 5-10 stupnjeva u odnosu na masu otopine i snižavajući opasnost od raspada hipohlorita i rupture. U povremenoj upotrebi omotač od 1,2 mm 316 može dati zadovoljavajući vijek trajanja pri maloj gustoći u vatima.

Zaključak: Težina dokaza za debljinu sloja hipoklorita

Prilikom odabira debljine omotača za 316 grijača od nerđajućeg čelika u 5% natrijum hipohloritu na 40 stepeni, mora se znati da materijal funkcioniše na granici svoje hemijske otpornosti. Ispitivanja korozije i kvarovi na terenu pokazuju da je udubljenje, a ne ravnomjerno habanje, glavni faktor koji određuje vijek trajanja i da veći zidovi daju smanjenje povrata iznad minimalne debljine od 1,2-1,5 mm. Za povremeni rad sa manje od četiri sata grijanja dnevno i redovnim dreniranjem ili razrjeđivanjem, izbor debljine je pragmatičan. 1.4-1.6 mm je dovoljno debeo da preživi povremene jame dvije do tri godine, ali dovoljno tanak da zadrži temperature omotača ispod 60 stepeni pri umjerenim gustoćama u vatima. Za kontinuirano grijanje ili bilo koju primjenu gdje se grijač ne može ukloniti i periodično pregledati, nehrđajući čelik 316 nije prihvatljiv bez obzira na debljinu i treba odabrati omote od titana ili presvučene. Specifikacija nabavke za hipohloritnu uslugu treba da specificira maksimalnu gustoću u vatima (4 W/cm 2 ili manje), predviđeno dnevno vrijeme grijanja i da li je potreban kontinuirani rad za alternativu od titana ili obložene. Ovo skreće diskusiju o dizajnu od neproduktivnog lova na sve deblje 316 zidove na materijalna i sistemska rješenja koja istinski rješavaju problem korozije.