Pri kojoj specifičnoj kombinaciji koncentracije klorida i površinske temperature omotača plašt od 316 nehrđajućeg čelika debljine 1,6 milimetara prelazi iz pasivne u aktivnu rupičastu koroziju u usluzi grijanja atmosferskog spremnika?

Za procesnog inženjera odgovornog za električne uronjene grijače u atmosferskim spremnicima za skladištenje koji sadrže otopine koje sadrže kloride, kao što su proizvedena voda, efluenti desalina i vode za industrijsko pranje, razlika između pasivne i aktivne rupičaste korozije je razlika između plašta od nehrđajućeg čelika 316 koji traje deset godina ili deset tjedana. Ali okolnosti u spremnicima za skladištenje zraka su statične ili se sporo kreću s različitim koncentracijama klorida zbog isparavanja i raslojavanja, dok je svježa otopina stalno u dodiru s omotačem u sustavima kontinuiranog protoka. Tipična debljina stijenke je 1,6 mm. To je kompromis između mehaničke čvrstoće i praktičnog prijenosa topline. Kritična temperatura pitinga i kritična koncentracija klorida za 316 nisu statični brojevi, već su u interakciji s povišenjem temperature površine omotača izazvanom primijenjenom gustoćom vata. U ovom radu prikazana je koncentracija klorida i temperatura površine plašta pri kojoj stijenka od 1,6 mm prelazi iz pasivne (stopa korozije<0.05 mm/year) to active pitting (penetration within months).

Kritična piting temperatura i interakcija s kloridom
Kritična temperatura pitinga nehrđajućeg čelika 316 u danoj koncentraciji klorida je temperatura na kojoj stabilni piti mogu nukleirati i rasti. Ispod te temperature pasivni film ostaje netaknut i stope korozije su beznačajne. To je obrnut odnos. Što je veća koncentracija klorida, niža je kritična temperatura pitinga. Kritična temperatura pitinga je oko 80oC u 100 ppm klorida. U 1000 ppm klorida snižava se na 55 stupnjeva. Na 5000 ppm klorida pada na 35 C. Na 10000 ppm klorida (1% NaCl), kritična temperatura pittinga je oko 25 stupnjeva. Toplinski tok iz uronjenih grijača uzrokuje da temperatura površine plašta bude 15-40 stupnjeva iznad temperature spremnika. Temperatura površine plašta spremnika na 40 stupnjeva s grijačem od 8 W/cm² može biti 60-70 stupnjeva. Ako je koncentracija klorida u spremniku 1000 ppm, kritična temperatura pitinga od 55 stupnjeva je prekoračena i početak pitinga će se dogoditi u roku od nekoliko tjedana. Vrijeme do perforacije nakon što počne piting određeno je debljinom stijenke od 1,6 mm, što pri tipičnim stopama širenja od 0,5–2,0 mm mjesečno znači kvar za 1–3 mjeseca.

Kritični prijelazni pragovi omotača od 1,6 milimetara
Ispitivanja uranjanjem s 316 uzoraka s površinskim sjajem karakterističnim za omotane grijače plašteve proizvela su sljedeće prijelazne pragove za stijenku od 1,6 mm pri gustoći vata od 6-10 W/cm2. Očekuje se da će temperatura spremnika biti 10-20 stupnjeva ispod temperature površine plašta.

Koncentracija klorida (ppm) Kritična temperatura pitinga za 316 ( stupnjeva ) Minimalna površinska temperatura plašta za pasivni-na-aktivni prijelaz Sigurna temperatura rasutog spremnika za 1,6 mm plašt na 8 W/cm2 Iznad očekivanog životnog vijeka Prijelaz
< 100 ppm < 80°C 80°C < 65°C 5-10 years 100 - 500 ppm 65 - 80°C 65 - 80°C < 50 - 65°C 2-5 years 500 - 1,000 ppm 55 - 65°C 55 - 65°C < 40 - 50°C 1-2 years 1,000 - 2,000 ppm 45 - 55°C 45 - 55°C < 30 - 40°C 6-12 months 2,000 - 5,000 ppm 35 - 45°C 35 - 45°C < 20 - 30°C 3-6 months 5,000 - 10,000 ppm 25 - 35°C 25 - 35°C < 10 - 20°C 1-3 months
>10 000 ppm< 25 °CBelow 25 degrees CNot safe regardless of temperature Weeks to months
Za spremnik za skladištenje s temperaturom mase od 50 stupnjeva C i omotačem od 1,6 mm pri 8 W/cm 2 temperatura površine omotača je oko 65-70 stupnjeva C. Koncentracija klorida mora biti manja od 500 ppm da ostane iznad kritične temperature pittinga. Aktivni piting započet će za nekoliko tjedana na ključnoj razini od 55 stupnjeva s razinom klorida od 1000 ppm i temperaturom površine. Ako je sadržaj klorida u spremniku veći od 2000 ppm, 316 nije prikladan ni za jednu praktičnu temperaturu mase, jer će površinska temperatura omotača potrebna za proizvodnju čak i malog protoka topline biti iznad kritične temperature za piting.

Matrica sigurne radne omotnice od 1,6 milimetara
Tablica ispod navodi maksimalnu sigurnu temperaturu spremnika za 1,6 mm 316 plašt pri različitim gustoćama u vatima i koncentracijama klorida. Ove vrijednosti osiguravaju da je temperatura površine omotača najmanje 5 stupnjeva ispod kritične temperature pitinga za tu koncentraciju klorida.

Koncentracija klorida (ppm) POVRŠINSKA TEMPERATURA PLAŠTA POVRŠINSKA TEMPERATURA PLAŠTA POVRŠINSKA TEMPERATURA PLAŠTA (5 W/cm2) (8 W/cm2) Maksimalna sigurna Maksimalna sigurna Maksimalna sigurna Maksimalna sigurna masovna temperatura 12 W/cm²
Ispod 100 ppm 75 stupnjeva 65 stupnjeva 60 stupnjeva 50 stupnjeva 100 – 250 ppm 70 stupnjeva 60 stupnjeva 55 stupnjeva 45 stupnjeva 250 – 500 ppm 65 stupnjeva 55 stupnjeva 50 stupnjeva 40 stupnjeva 500 – 750 ppm 60 stupnjeva 50 stupnjeva 45 stupnjeva 35 stupnjeva 750 – 1000 ppm 55 stupnjeva 45 stupnjeva 40 stupnjeva 30 stupnjeva 1000 – 1500 ppm 50 stupnjeva 40 stupnjeva 35 stupnjeva 25 stupnjeva 1500 – 2000 ppm 45 stupnjeva 35 stupnjeva 30 stupnjeva 20 stupnjeva
2000ppm Nije sigurno Nije sigurno Nije sigurno Nije sigurno
Ako je izračunata temperatura površine plašta viša od kritične temperature pitinga za prijavljeni sadržaj klorida, kvar pitinga je neizbježan za bilo koju primjenu. Debljina stjenke od 1,6 mm nudi određeno vrijeme širenja, međutim grijač bi trebao imati konačan, predvidljiv vijek trajanja u mjesecima, a ne godinama.

Promjene u dizajnu kako bi se izbjegao pitting prijelaz
U blizini granice između pasivnog i aktivnog prijelaza uvjeta procesa, mogu se primijeniti tri modifikacije dizajna kako bi se izbjeglo stvaranje rupa bez modificiranja materijala plašta ili debljine stijenke. Prvi je smanjiti gustoću snage. Kada se temperatura površine plašta smanji za 15-25 stupnjeva na 5 W/cm² umjesto 10 W/cm², aktivni režim se može promijeniti u pasivni režim. Druga promjena je poticanje cirkulacije po cijeloj površini ovojnice. Sićušna mješalica ili cirkulacijska pumpa može smanjiti porast temperature površine omotača za 40-60%, održavajući omotač ispod kritičnog praga čak i pri umjerenim gustoćama vata. Sljedeća izmjena je pričvršćivanje sonde za praćenje korozije, malenog kupona 316 koji je električno spojen na plašt grijača. Oštar porast galvanske struje označava početak aktivnog pitinga i daje rano upozorenje o prodoru omotača. Ako koncentracija klorida u spremniku varira zbog isparavanja ili promjena šarže, inženjeri bi trebali specificirati 316L s većim ekvivalentnim brojem otpornosti na piting i razmotriti nadogradnju na nehrđajući čelik 317 (3,5% molibdena) ili leguru 825 za pouzdanu dugotrajnu upotrebu. Inkrementalni trošak otpornije legure općenito je manji od troška jednog kvara s pittingom u spremniku za skladištenje, uključujući kontaminaciju proizvoda, pražnjenje spremnika i zamjenu grijača. • Kada specificirate grijače za spremnike koji nose klorid, uvijek mjerite stvarnu koncentraciju klorida na predviđenoj radnoj temperaturi. Izračunajte temperaturu površine plašta pri preporučenoj gustoći u vatima. Za dugotrajnu upotrebu s omotačem od 1,6 mm 316 savjetuje se sigurnosni pufer od najmanje 10 stupnjeva ispod kritične temperature pitinga.