La ce combinație specifică de concentrație de clorură și temperatura suprafeței mantalei trece o manta din oțel inoxidabil 316 de 1,6 milimetri de la coroziunea pasivă la cea activă în serviciul de încălzire a rezervorului de stocare atmosferică?

Pentru inginerul de proces responsabil cu încălzitoarele electrice de imersie în rezervoarele de stocare atmosferică care conțin soluții care poartă clorură, cum ar fi apa produsă, efluenții de desalinizare și apa de spălare industrială, diferența dintre coroziunea pasivă și cea activă este diferența dintre o manta din oțel inoxidabil 316 care durează zece ani sau zece săptămâni. Dar circumstanțele din rezervoarele de stocare a aerului sunt statice sau se mișcă lentă, cu concentrații variate de clorură din cauza evaporării și stratificării, în timp ce soluția proaspătă este în permanență în contact cu manta în sistemele cu flux continuu. Grosimea tipică a peretelui este de 1,6 mm. Este un compromis între rezistența mecanică și transferul practic de căldură. Temperatura critică de pitting și concentrația critică de clorură pentru 316 nu sunt numere statice, ci interacționează cu creșterea temperaturii suprafeței învelișului indusă de densitatea de wați aplicată. Această lucrare prezintă concentrația de clorură și temperatura suprafeței învelișului la care un perete de 1,6 mm trece de la pasiv (rata de coroziune<0.05 mm/year) to active pitting (penetration within months).

Temperatura critică de pitting și interacțiunea cu clorura
Temperatura critică de pitting a oțelului inoxidabil 316 într-o anumită concentrație de clorură este temperatura la care gropile stabile se pot nuclea și crește. Sub această temperatură, pelicula pasivă rămâne intactă, iar vitezele de coroziune sunt nesemnificative. Este o relație inversă. Cu cât este mai mare concentrația de clorură, cu atât temperatura critică de pitting este mai mică. Temperatura critică de pitting este de aproximativ 80oC în 100 ppm clorură. În 1.000 ppm clorură scade la 55 de grade. La 5.000 ppm clorură scade la 35 C. La 10.000 ppm clorură (1% NaCl), temperatura critică de pitting este de aproximativ 25 de grade. Fluxul de căldură de la încălzitoarele cu imersie face ca temperatura suprafeței învelișului să fie cu 15-40 de grade peste temperatura rezervorului în vrac. Temperatura suprafeței învelișului unui rezervor la 40 de grade cu un încălzitor de 8 W/cm² poate fi de 60-70 de grade. Dacă concentrația de clorură din rezervor este de 1.000 ppm, temperatura critică de pitting de 55 de grade este depășită și inițierea pitting va avea loc în câteva săptămâni. Timpul până la perforare odată ce începe săpatura este guvernat de grosimea peretelui de 1,6 mm, care la rate tipice de propagare de 0,5–2,0 mm pe lună înseamnă eșec în 1–3 luni.

Praguri critice de tranziție cu teaca de 1,6 milimetri
Testele de imersie cu 316 probe cu lustruirea suprafeței caracteristice tecilor de încălzire presărate au produs următoarele praguri de tranziție pentru un perete de 1,6 mm la o densitate în wați de 6-10 W/cm2. Temperatura rezervorului în vrac este de așteptat să fie cu 10-20 de grade sub temperatura suprafeței învelișului.

Concentrație de clorură (ppm) Temperatură critică de pitting pentru 316 (grade) Temperatura minimă a suprafeței mantalei pentru tranziție pasivă-la-Activă Temperatura rezervorului în vrac în siguranță pentru manta de 1,6 mm la 8 W/cm2 Peste durata de viață estimată Tranziție
< 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
Pentru rezervorul de stocare cu o temperatură în vrac de 50 grade C și înveliș de 1,6 mm la 8 W/cm2, temperatura suprafeței învelișului este de aproximativ 65-70 grade C. Concentrația de clorură trebuie să fie mai mică de 500 ppm pentru a rămâne peste temperatura critică de pitting. Pitting activ va începe în câteva săptămâni la nivelul crucial de 55 de grade, cu un nivel de clorură de 1.000 ppm și temperatura de suprafață. Dacă conținutul de clorură din rezervor este mai mare de 2.000 ppm, 316 nu este adecvat la nicio temperatură practică în vrac, deoarece temperatura de suprafață a mantalei necesară pentru a produce chiar și un flux de căldură mic va fi peste temperatura critică pentru pitting.

Jachetă de 1,6 milimetri Matrice de anvelope pentru operare în siguranță
Tabelul de mai jos enumeră temperatura maximă sigură a rezervorului în vrac pentru o manta de 1,6 mm 316 la diferite densități de wați și concentrații de clorură. Aceste valori asigură că temperatura suprafeței învelișului este cu cel puțin 5 grade sub temperatura critică de pitting pentru acea concentrație de clorură.

Concentrația de clorură (ppm) TEMPERATURA SUPRAFAȚEI TEHEI TEMPERATURA SUPRAFAȚEI TEHEI TEMPERATURA SUPRAFAȚEI MANCEI (5 W/cm2) (8 W/cm2) Siguranță maximă Siguranță maximă Siguranță maximă Temperatura maximă sigură în vrac 12W/cm²
Sub 100 ppm 75 grade 65 grade 60 grade 50 grade 100 – 250 ppm 70 grade 60 grade 55 grade 45 grade 250 – 500 ppm 65 grade 55 grade 50 grade 40 grade 500 grade 500 grade 600 grade ppm 35 de grade 750 – 1.000 ppm 55 de grade 45 de grade 40 de grade 30 de grade 1.000 – 1.500 ppm 50 de grade 40 de grade 35 de grade 25 de grade 1.500 – 2.000 ppm 45 de grade 20 de grade 35 de grade
2000 ppmNesigur Nesigur Nesigur Nesigur
Dacă temperatura calculată a suprafeței învelișului este mai mare decât temperatura critică de pitting pentru conținutul de clorură raportat, atunci eșecul de pitting este inevitabil pentru orice aplicație. Grosimea peretelui de 1,6 mm oferă un anumit timp de propagare, totuși încălzitorul ar trebui să fie văzut ca având o durată de viață finită și previzibilă în luni, mai degrabă decât în ​​ani.

Modificări de proiectare pentru a evita tranziția la pitting
Aproape de limita de tranziție pasivă la activă a condițiilor procesului, pot fi implementate trei modificări ale designului pentru a evita gropirea fără a modifica materialul învelișului sau grosimea peretelui. Primul este reducerea densității de putere. Când temperatura suprafeței învelișului scade cu 15-25 grade la 5 W/cm² în loc de 10 W/cm², regimul activ se poate schimba în regim pasiv. A doua modificare este de a stimula circulația pe întreaga suprafață a tecii. Un agitator mic sau o pompă de circulație poate scădea creșterea temperaturii suprafeței învelișului cu 40-60%, menținând manta sub pragul critic chiar și la densități moderate în wați. Următoarea modificare este atașarea unei sonde de monitorizare a coroziunii, un mic cupon 316 cuplat electric la mantaua încălzitorului. O creștere bruscă a curentului galvanic semnifică începutul pitting-ului activ și dă o avertizare timpurie a pătrunderii învelișului. Dacă concentrația de clorură din rezervor variază din cauza evaporării sau a modificării lotului, inginerii ar trebui să specifice 316L cu un număr echivalent cu rezistență mai mare la sâmburi și să ia în considerare trecerea la oțel inoxidabil 317 (3,5% molibden) sau la aliaj 825 pentru un serviciu fiabil pe termen lung. Costul incremental al unui aliaj mai rezistent este, în general, mai mic decât costul unei singure defecțiuni de pitting într-un rezervor de stocare, inclusiv contaminarea produsului, golirea rezervorului și înlocuirea încălzitorului. • Când specificați încălzitoare pentru rezervoarele de stocare care transportă clorură, măsurați întotdeauna concentrația reală de clorură la temperatura de funcționare prevăzută. Calculați temperatura suprafeței tecii la densitatea recomandată în wați. Pentru utilizarea pe termen lung cu înveliș 316 de 1,6 mm, se recomandă un tampon de siguranță cu cel puțin 10 grade sub temperatura critică de pitting.