Koja je-debljina plašta temeljena na dokazima za grijače od nehrđajućeg čelika 316 u 5% otopini natrijevog hipoklorita na 40 stupnjeva s povremenim radnim ciklusima?

Temeljni kompromis-u usluzi oksidacije klora

Natrijev hipoklorit (NaOCl) jedan je od najagresivnijih uvjeta za bilo koji nehrđajući čelik. Ovaj jaki oksidirajući biocid naširoko se koristi u obradi vode, izbjeljivanju i sanitaciji. Utječe na nehrđajući čelik 316 mehanizmom koji se razlikuje od kloridne piting. Hipokloritni ioni mogu oksidirati pasivni film krom oksida izravno u topive vrste kromata, čime se eliminira zaštitni sloj i izlaže metal ispod njega brzom napadu. 316 nehrđajući čelik podliježe mjerljivoj ravnomjernoj koroziji i opasnijem jačičkom i korozijskom pucanju od naprezanja pri koncentracijama od samo 5 % i temperaturama od 40 o C. Odluka o plaštu Debljina je kompromis između dovoljno metala da se nosi s predviđenom dubinom korozije i činjenice da nikakva izvediva debljina neće osigurati dug životni vijek ako se u ovom rasporedu koristi električna grijaća cijev, čak i ako samo povremeno. Ova analiza donosi preporuke-za debljinu temeljene na dokazima za nehrđajući čelik 316 u uporabi s razrijeđenim hipokloritom, temeljene na objavljenim podacima o koroziji i iskustvu s terena u pročišćavanju komunalne vode i primjenama sanitacije hrane.

Mehanizmi korozije i izmjerene brzine penetracije u hipokloritu.

Reakcija na koroziju nehrđajućeg čelika 316 u otopinama natrijeva hipoklorita pokazuje predvidljiv obrazac s obzirom na koncentraciju, temperaturu, pH i vrijeme izlaganja. % Laboratorijske imerzione studije na 40 stupnjeva na NaOCl s pH podešenim na 9-10 (uobičajeno za komercijalno izbjeljivač) otkrivaju jednolike stope korozije od 0,3-0,8 mm/godišnje. Gornja granica ovog raspona je kada se otopina prozračuje ili miješa, zamjenjujući koncentraciju hipoklorita na metalnoj površini. Tako bi se stijenka od 1,2 mm probušila za 1,5-4 godine u kontinuiranom uronjenju. Većina primjena zagrijavanja hipoklorita je, međutim, povremene prirode - grijač radi samo u određenim ciklusima, a otopina se može isprazniti, razrijediti ili neutralizirati između primjena. S povremenim rasporedom zagrijavanja dva sata dnevno, efektivna stopa korozije može biti 0,05 do 0,15 mm godišnje, dajući teoretski životni vijek od 8 do 24 godine za zid od 1,2 mm. Ovo znatno smanjenje je zato što korozivni napad zahtijeva i aktivni hipoklorit i visoku temperaturu. Tijekom ciklusa isključenja otopina se hladi i hipoklorit se razgrađuje, što rezultira skorom nultom stopom korozije. Pogubniji mehanizam kvara je piting u hipokloritu. Čak i pri 40 stupnjeva kritična temperatura pitinga nehrđajućeg čelika 316 u 5 % NaOCl je prekoračena i piting može započeti nakon samo nekoliko sati izlaganja. Kada se formira jama, dubina jame raste stopama od 0,5-1,5 mm/godišnje, neovisno o ravnomjernoj brzini korozije. Ako uvjeti otopine pogoduju inicijaciji jame, jedna jama može probiti stijenku od 1,5 mm u 1-3 godine čak i uz sporadičnu aktivnost. Terenski podaci o kvarovima u grijačima od nehrđajućeg čelika u spremniku za hipoklorit 316 jasno pokazuju da mehanizmom perforacije dominira rupičasta pojava, a ne ravnomjerno stanjivanje. Preporuke za debljinu stoga treba dati na temelju brzina širenja jama, a ne na općim tolerancijama korozije.

Toplinska ograničenja i praktična ograničenja grijanja

Otopine natrijevog hipoklorita je teško zagrijati jer je hipoklorit termički nestabilan i brže se raspada s porastom temperature. blizu 40 stupnjeva stopa razgradnje je umjerena, ali postaje ubrzana u blizini površine omotača, gdje temperatura može doseći 60-80 stupnjeva za rasutu otopinu od 40 stupnjeva. Koroziju uzrokuju i kisikovi i kloridni ioni (nusprodukti razgradnje hipoklorita). Za određenu ulaznu snagu, deblji omotač dovodi do veće površinske temperature, što rezultira pozitivnom povratnom spregom bržeg kvara i veće koncentracije klorida na metalnoj površini. Za tipični uronjeni grijač s gustoćom vata od 6-8 W/cm^2 u tekućini od 40 stupnjeva, stijenka od 1,2 mm održava temperaturu plašta od oko 55-60 stupnjeva. S debljinom stijenke od 2,0 mm to se povećava na 70-80 stupnjeva. Stopa razgradnje hipoklorita je oko tri puta veća na 70 stupnjeva nego na 55 stupnjeva. Lokalno stvoreni dodatni klorid može smanjiti potencijal pittinga nehrđajućeg čelika i stoga može dodatno potaknuti pit start. Toplinsko modeliranje otkriva da temperaturu omotača treba održavati ispod 60 stupnjeva kako bi se izbjegla ubrzana razgradnja u radu s hipokloritom. Ovo ograničenje učinkovito postavlja najveću praktičnu debljinu stijenke. Za cijev od 12 mm OD i 40 stupnjeva hipoklorita, maksimalna debljina stijenke je oko 1,6-1,8 mm kako bi se temperatura plašta održala ispod 60 stupnjeva pri gustoći vata od 5 W/cm2. Na 8 W/cm2 debljina stijenke od čak 1,2 mm može prijeći 60 stupnjeva pa veći zidovi ne samo da nisu potrebni nego su termički zabranjeni.

Preporuke-za debljinu temeljene na dokazima za različite rasporede dužnosti

Za intermitentno hipokloritno grijanje, u kojem se grijač koristi manje od 4 sata svaki dan uz tjedno pražnjenje ili razrjeđivanje, debljina od 1,2 do 1,5 mm bila bi dovoljna za radni vijek od 3 godine. Prosječna dopuštena korozija tijekom 3 godine povremenog izlaganja (procijenjeno 0,15-0,45 mm) ostavlja najmanje 0,75 mm zaostale stijenke. Rizik od udubljenja kontrolira se ograničavanjem temperature plašta. 316 nehrđajući čelik je loš izbor za bilo koju primjenu koja zahtijeva kontinuirano zagrijavanje, kao što je držanje spremnika za izbjeljivanje na 35-40 stupnjeva C kako bi se spriječila kristalizacija, bez obzira na debljinu. Dosljedne stope korozije su 0,3-0,8 mm/god uz stalnu izloženost, stoga bi stijenka od 2,0 mm trajala samo 2,5-6,5 godina. Što je još kritičnije, jame mogu započeti i proširiti se kontinuiranim zagrijavanjem. Terenski podaci iz komunalnih postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda koja su pokušala koristiti 316 uronjene grijače od nehrđajućeg čelika u kontinuiranoj upotrebi hipoklorita, sugeriraju prosječni kvar nakon 12-24 mjeseca, čak i s debljinom stijenke od 2,5-3,0 mm. Kvarovi su obično povezani s udubljenjima, čak ne i trošenjem. Ako se grijač ukloni i očisti, razumna sigurnosna margina je debljina stijenke od 1,5 do 1,8 mm za povremeni rad s produženim ciklusima isključivanja. Debljina iznad 1,2 mm nije prvenstveno za zaštitu od korozije, već za mehaničku čvrstoću protiv oštećenja prilikom rukovanja tijekom uklanjanja i ponovne ugradnje, što je tipično u sanitarnim primjenama.

Za primjene s vrlo kratkim ciklusima zagrijavanja, npr. zagrijavanje otopine hipoklorita od 20 stupnjeva do 40 stupnjeva jednom dnevno za operaciju šaržne dezinfekcije, debljina od 1,0 do 1,2 mm može biti prikladna. Kratko vrijeme izlaganja smanjuje sveukupno prodiranje korozije, a toplinska učinkovitost tanke stijenke smanjuje vrijeme zagrijavanja, dodatno ograničavajući izlaganje. Ali svaka jama koja je nastala u ciklusu grijanja nastavit će rasti tijekom hlađenja sve dok je hipoklorit u dodiru s metalom. Izuzetno se preporučuje ispuštanje otopine ili neutralizacija nakon svake serije. U svim okolnostima dokazi podupiru strop od 2,0 mm za nehrđajući čelik 316 u hipokloritnoj uporabi. Iznad ove debljine toplinska kazna podiže temperaturu omotača u područje brzog raspadanja hipoklorita, a dodatni metal ne povećava život proporcionalno jer rupičasta korozija, a ne ravnomjerna korozija, kontrolira kvar.

Alternativni materijali i strategije dizajna koje nadmašuju deblje zidove

Kada je u pitanju zagrijavanje hipokloritom, promjena materijala plašta gotovo je uvijek bolji izbor od povećanja debljine nehrđajućeg čelika 316. Titan (razred 2 ili 7) je industrijski standard za zagrijavanje otopina natrijevog hipoklorita. U hipokloritu titan razvija izdržljivi pasivni film i otporan je na piting do koncentracija od 15% i temperatura od 80 do 90 stupnjeva. Plašt od titana debljine 1,0–1,2 mm trajat će deset ili više puta dulji vijek trajanja omotača od 3,0 mm od nehrđajućeg čelika 316. Početni trošak titana ubrzo se nadoknađuje kraćim zastojem i manjim brojem zamjena. U nedostatku titana, fluoropolimerne prevlake poput PTFE ili PFA mogu se staviti na plašt od nehrđajućeg čelika 316. Ovi premazi štite metal od otopine hipoklorita i potpuno eliminiraju koroziju. Međutim, premazi se mogu mehanički oštetiti i s njima treba pažljivo rukovati. Obloženi grijač (jezgra od nehrđajućeg čelika 1,2 mm, sloj PTFE od 0,3-0,5 mm) mnogo je učinkovitiji od netretiranog omotača od 2,5 mm od 316. Konačno, gustoća u vatima se smanjuje na 3-4 W/cm 2 korištenjem duljih ili više grijača, održavanjem temperature omotača unutar 5-10 stupnjeva u odnosu na rasutu otopinu i smanjenjem opasnosti od razgradnje hipoklorita i pitinga. U povremenoj uporabi omotač od 1,2 mm 316 može dati zadovoljavajući vijek trajanja pri niskoj gustoći u vatima.

Zaključak: težina dokaza za debljinu sloja hipoklorita

Prilikom odabira debljine plašta za grijače od nehrđajućeg čelika 316 u 5% natrijevom hipokloritu na 40 stupnjeva, mora se shvatiti da materijal funkcionira na granici svoje kemijske otpornosti. Ispitivanje korozije i kvarovi na terenu pokazuju da je piting, a ne ravnomjerno trošenje, glavni čimbenik koji određuje radni vijek, te da veće stijenke daju smanjene povrate iznad minimalne debljine od 1,2–1,5 mm. Za povremeni rad s manje od četiri sata grijanja dnevno i redovitim ispuštanjem ili razrjeđivanjem izbor debljine je pragmatičan. 1.4-1.6 mm je dovoljno debeo da preživi povremene jame dvije do tri godine, a opet dovoljno tanak da održi temperaturu omotača ispod 60 stupnjeva pri umjerenoj gustoći u vatima. Za kontinuirano grijanje ili bilo koju primjenu u kojoj se grijač ne može ukloniti i povremeno pregledati, nehrđajući čelik 316 nije prihvatljiv bez obzira na debljinu i treba odabrati plašteve od titana ili presvučene. Specifikacija nabave za uslugu hipoklorita trebala bi specificirati maksimalnu gustoću u vatima (4 W/cm 2 ili manje), predviđeno dnevno vrijeme grijanja i je li potreban neprekidni rad za titan ili obložene alternative. Ovo skreće raspravu o dizajnu od neproduktivne potrage za sve debljim zidovima 316 prema materijalima i sustavnim rješenjima koja uistinu rješavaju problem korozije.