Koja je maksimalna dozvoljena debljina zida omotača od nehrđajućeg čelika 316 za električni uranjajući grijač u visoko-deioniziranoj vodi visoke čistoće iznad 90 stepeni Celzijusa? Koja je maksimalna dopuštena debljina stijenke omotača od nehrđajućeg čelika od 316 za električni grijač za uranjanje u vodu visoke-Abgres De{4} De{4} Celzijus?

High-purity deionised water is a dilemma for engineers designing electric immersion heaters for semiconductor manufacturing, medicinal water systems and laboratory equipment. Deionised water is highly corrosive to many metals since it lacks dissolved ions to provide protective passive layers, even though it has great electrical resistance. The passive chromium oxide coating on 316 stainless steel is stable in deionised water at room temperature. However, at higher temperatures (>80 stepeni) rastvorljivost kiseonika opada i potencijal korozije se povećava, što dovodi do promene pasivne korozije u aktivnu. Debljina stijenke plašta od 316 određuje dopuštenu količinu korozije tokom vijeka trajanja grijača i temperaturu površine za određenu gustoću u vatima. Objavljeni statistički podaci o stopi korozije, zajedno s praktičnim iskustvom iz poslovanja ultra čiste vode, koriste se za određivanje maksimalne prihvatljive debljine stijenke za 316 omotača u visokoj čistoći dejonizirane vode.

Mehanizmi korozije nerđajućeg čelika 316 u visokotemperaturnoj dejonizovanoj vodi
U dejonizovanoj vodi visoke čistoće (otpornost > 1 megohm-centimetar), koncentracija neprijateljskih jona, kao što su hloridi, je veoma niska. Ali to odsustvo otopljenih soli ne mora nužno činiti vodu prijateljskom. Za temperature preko 80 stepeni, nerđajući čelik 316 je sklon opštoj koroziji i još ozbiljnije lokalizovanoj koroziji na mestima gde je pasivni film razbijen. Stopa korozije u dejonizovanoj vodi povezana je sa Arrheniusom, povećavajući se za oko dva faktora za svakih 25 stepeni povećanja temperature. Opšta stopa korozije od 316 u dejonizovanoj vodi na 90 stepeni je otprilike 0,02 do 0,05 mm/god. Stopa se povećava na 0,10-0,20 milimetara godišnje na 120 stepeni C. Na 150 stepeni stopa je 0,30-0,50 mm/god. Iako se ove stope mogu činiti niskim, za grijač koji je dizajniran da radi neprekidno 5 do 10 godina, stopa habanja od 0,10 mm godišnje predstavlja 0,5 do 1,0 mm debljine zida. Početna debljina omotača od 1,0 mm bi se smanjila na 0,5 mm nakon pet godina, kada je mehanički integritet sumnjiv. Rđanje nije savršeno ravnomjerno. Korozija udubljenja i pukotina, posebno na sučeljima montaže i zonama zavara, može uzrokovati lokalizirane stope penetracije dva do pet puta veće od opće stope korozije.

Efekti debljine stijenke i vijeka trajanja dejonizirane vode
Odnos između debljine stijenke omotača 316 i vijeka trajanja u visokotemperaturnoj dejoniziranoj vodi je skoro linearan ako je opći mehanizam primarni mehanizam. Za životni vek od 5 godina na 95 stepeni sa stopom korozije od 0,04 mm/god. zahtevana količina korozije je 0,20 mm. Ovo sa minimalnom debljinom zida konstrukcije od 0,7 mm znači da je potrebna početna debljina zida od 0,9 mm. Plašt od 1,2 mm dao bi sigurnosnu granicu od 0,3 mm iznad i iznad granice korozije, i dao bi mogući vijek trajanja duži od osam godina. Ali za datu gustoću u vatima, deblji zidovi znače više temperature na vanjskoj površini. Više površinske temperature eksponencijalno ubrzavaju koroziju u deioniziranoj vodi. Plašt od 2,0 mm pri 10 W/cm² u vodi od 95 stepeni može imati temperaturu spoljne površine od 115 stepeni. Brzina korozije na ovoj temperaturi je oko 0,08 mm godišnje-dvostruko nego kod omotača od 1,2 mm pri površinskoj temperaturi od 105 stepeni. Deblji omotač zahtijeva više korozije, ali i brže korodira. Ova interakcija uspostavlja idealnu debljinu zida za najduži vijek trajanja, a ne monoton odnos. Objavljeni podaci o koroziji korišćeni su za izračunavanje optimalne debljine plašta od 316 za maksimalni radni vek pri dejonizovanoj vodi od 95 stepeni pri 10 W/cm², što je reda veličine 1,4 mm. Količina korozije manja od 1,0 mm nije dovoljna. Na više od 1,8 mm povećana korozija zbog veće površinske temperature dominira dodatnim materijalom.

Maksimalna preporučena debljina zida za servis sa dejonizovanom vodom
Sljedeća tabela daje preporučene maksimalne debljine plašta od 316 za električne uranjajuće grijače u dejoniziranoj vodi visoke -čistoće. Vrijednosti su za kontinuirani rad, nivoi kiseonika < 100 dijelova na milijardu i otpor > 1 megohm{5}}centimetar. Stope korozije mogu biti veće i stoga treba obezbijediti sisteme sa višim nivoom kiseonika ili nižom čistoćom i tanjim zidovima.

Temperatura dejonizovane vode Preporučeni Opseg gustine u vatima Maksimalno preporučeno 316 Debljina zida omotača Očekivani radni vek pri maksimalnoj debljini Režim kvara pri maksimalnoj debljini Alternativna preporuka 80 – 90 stepeni 8 – 12 W/cm{5}0 mm Prihvatljivo tanje godine 8 – dugotrajne-prilike 80 – 90 stepeni 12 – 15 W/cm2 1.4 mm 6 – 8 godina Korozija plus termički stres Standardna preporuka 90 – 100 stepeni 6 – 10 W/cm2 1.6 mm 5 – 7 godina Pitting na površinskim defektima Smanjenje za duži vijek trajanja den
90 – 100 stepeni 10 – 12 W/cm² 1,2 mm 4 – 6 godina Opća korozija Najtipičnija specifikacija 100 – 120 stepeni 4 – 8 W/cm² 1,2 mm 3 – 5 godina Ubrzana korozija Uzmite u obzir titanijumski omotač
100 – 120 stepeni 8 – 10 W/cm² 1,0 mm 2 – 3 godine Zamor od korozije Preporučuje se nadogradnja legure
>120 stepeni<5 W/cm² Not advisable Unpredictable Sudden localised corrosion Use titanium or alloy C-276
Za primjene dejonizirane vode iznad 100 stepeni, inženjeri bi trebali ozbiljno razmotriti nadogradnju sa nehrđajućeg čelika 316 na titanijum ili leguru sa visokim{2}}niklom kao što je legura 22. Titanijum ima stopu korozije u visokotemperaturnoj de-onoiziranoj vodi dva reda veličine niži od 316. Ovo omogućava duži vijek trajanja zida i duži vijek trajanja zida. Veći početni trošak titanijuma se često nadoknađuje rjeđom zamjenom i bez opasnosti od metalne kontaminacije u osjetljivim operacijama.

Promjene u dizajnu kako bi se produžio vijek trajanja bez povećanja debljine stijenke cijevi
Kada je debeo omotač od 316 potreban zbog mehaničkih razloga kao što je ograničenje pritiska ili otpornost na vibracije u primjeni deionizirane vode, postoje tri prilagođavanja dizajna koja mogu nadoknaditi ubrzanu koroziju od više površinske temperature. Prvi i najefikasniji je minimizirati gustinu u vatima. Smanjenje temperature vanjske površine plašta za otprilike 10-15 stepeni pri smanjenju gustine watt-a sa 12 W/cm² na 6 W/cm² dovodi do smanjenja brzine korozije za 30-40%. Kompromis je da će vam trebati duži ili veći grijači da biste dobili istu ukupnu snagu. Druga izmjena je pasivizacija površine omotača nakon njegove izrade. Obrada dušičnom kiselinom ili limunskom kiselinom eliminiše slobodno željezo i površinske nečistoće kako bi se stvorio ujednačeniji i stabilniji pasivni premaz koji je otporan na početak korozije. U kontroliranim testovima, pasivizirani omoti 316 su pokazali stope korozije koje su 20-30% niže od onih kod nepasiviranih uzoraka u dejoniziranoj vodi. Treća izmjena je kontrola kemije vode. Držite rastvoreni kiseonik ispod 5 delova na milijardu. Da biste to postigli, koristite pokrivanje dušikom ili vakuumsko otplinjavanje. Ovo smanjuje brzinu katodne reakcije i inhibira koroziju. Ali vrlo nizak nivo kiseonika takođe može dovesti do nestabilnosti pasivnog filma. Dakle, najbolji je ograničeni okvir od 5-50 dijelova na milijardu. Ova podešavanja nisu moguća za većinu sistema dejonizovane vode, a kontrola debljine zida je glavno sredstvo za kontrolu veka trajanja korozije. Umjesto odabira debljine zida prema mehaničkim pravilima, inženjeri bi trebali obavijestiti proizvođača grijača o potrebnom vijeku trajanja i zatražiti izračunati dodatak za koroziju na osnovu predviđene radne temperature i gustine u vatima.