La ce combinație specifică de concentrație de hidroxid de sodiu și temperatura suprafeței mantalei necesită înlocuirea unei mantale din oțel inoxidabil 316 de 1,6 milimetri la fiecare 12 luni în serviciul de încălzire a duzei de curățare a rezervorului?

Inginerii de întreținere responsabili cu sistemele de curățare a rezervoarelor din instalațiile de prelucrare a alimentelor, producția de băuturi și chimice au în mod obișnuit încălzitoare electrice cu imersie plasate în rezervoarele cu soluție de curățare pentru a menține temperatura detergenților. Principalul agent de curățare este hidroxidul de sodiu, folosit de obicei la concentrații de 2-5% și temperaturi de 70-85 grade. Aceste încălzitoare folosesc de obicei o manta din oțel inoxidabil 316 de 1,6 mm, care oferă un compromis bun al rezistenței la coroziune și durabilității mecanice împotriva impactului de pulverizare a duzei. Cu toate acestea, coroziunea crescută, datorită anumitor combinații de concentrație caustică și temperatură ridicată a suprafeței tecii (densitate în wați), poate scurta durata de viață la 12 luni sau mai puțin. Acest articol definește exact punctele în care o manta de 1,6 mm 316 trebuie înlocuită anual pentru serviciul de încălzire a duzei de curățare a rezervorului.

Comportamentul la coroziune caustică de 316 la temperaturi ridicate de suprafață
La temperaturi de până la 80 de grade, oțelul inoxidabil de tip 316 este pasiv în soluții de hidroxid de sodiu cu concentrații sub 5% și are rate de coroziune mai mici de 0,1 mm/an. Cu toate acestea, odată cu creșterea fluxului de căldură, temperatura suprafeței tecii crește, iar filmul pasiv este mai puțin stabil. Rata de coroziune în 3% NaOH la o temperatură a suprafeței de 85 de grade este mai mică de 0,1 mm pe an. Se ridică până la 0,2-0,4 mm în fiecare an la 95 de grade. este de 0,5–1,0 mm pe an la 105 grade. Ratele sunt peste 2 mm/an la 115 grade. Cu o penetrare a coroziunii în manta de 1,6 mm până la 1,0 mm (grosime structurală minimă pentru majoritatea aplicațiilor) durează 1-2 ani la 1 mm pe an. Rata de coroziune este de ordinul 0,6-0,8 mm pe an când combinația dintre concentrația caustică și temperatura suprafeței învelișului atinge pragul de înlocuire de 12 luni care consumă peretele de 1,6 mm până la 1,0 mm în 12 luni.

Praguri critice de tranziție pentru 12 luni de viață
Testarea de imersie a 316 probe în soluții de hidroxid de sodiu la temperaturi relevante pentru serviciul de curățare a rezervoarelor indică faptul că următoarele combinații de concentrație caustică și temperatura suprafeței învelișului asigură o durată de viață maximă de 12 luni pentru un perete de 1,6 mm:

Concentrația hidroxidului de sodiu (% în greutate) Temperatura soluției în vrac Temperatura suprafeței învelișului la 8 W/cm2 (creștere de 20 grade) Rata de coroziune așteptată la temperatura suprafeței Timp de reducere de la 1,6 mm la 1,0 mm (pierdere de 0,6 mm) Durată de viață până la înlocuire 2% 70 grade . 2,5 – 4 ani 3 – 5 ani 2% 80 grade 100 grade 0,30 – 0,50 mm/an 1,2 – 2 ani 1,5 – 2,5 ani 2% 85 grade 105 grade 0,50 – 0,80 mm/an 0,75 % – 11,2 ani 0,75 % – 1,2 ani grade 1 90 grade 0,20 – 0,35 mm/an 1,7 – 3 ani 2 – 3,5 ani 3% 75 grade 95 grade 0,35 – 0,60 mm/an 1,0 – 1,7 ani 1,2 – 2 ani 3% 80 grade 100,0 grade –/an 10,060 mm –/an 1,0 – 1,7 ani 1.0 ani 0.8 – 1.2 ani 4% 65 grade 85 grade 0.25 – 0.40 mm/an 1.5 – 2.4 ani 1.8 – 3 ani 4% 70 grade 90 grade 0.40 – 0.70 mm/an 0.9 – 1.5 ani 1.5 – 1.5 grade . grad 0,70 – 1,20 mm/an 0,5 – 0,9 ani 0,6 – 1 an 5% 60 grade 80 grade 0,30 – 0,50 mm/an 1,2 – 2 ani 1,5 – 2,5 ani 5% 65 grade 85 grade 0,85 mm –/ an 0,85 mm 0.850 mm/an ani 0,8 – 1,5 ani 5% 70 grad 90
Pentru un sistem de curățare a rezervorului cu 3% NaOH la o temperatură în vrac de 80 de grade și o grosime a mantalei de 1,6 mm, temperatura suprafeței mantalei este de aproximativ 100 de grade la 8 W/cm^2. Rata de coroziune proiectată este de 0,6–1,0 mm/an, scăzând grosimea peretelui de la 1,6 mm la 1,0 mm în 0,6–1,0 ani. Inlocuirea in 12 luni este OK. Când temperatura în vrac este redusă la 75 de grade, temperatura suprafeței este de 95 de grade și, prin urmare, rata de coroziune este de 0,35-0,60 mm pe an și durata de viață este de 1,2-2 ani.

Ciclu de înlocuire de 12 luni Plic de funcționare în siguranță
Următorul tabel prezintă concentrația maximă sigură de hidroxid de sodiu în vrac și combinații de temperatură pentru o manta 316 de 1,6 mm la diferite densități de wați pentru a permite cel puțin 12 luni de viață înainte ca reducerea grosimii peretelui la 1,0 mm necesită înlocuire.

Watt Densitate Temp. de vrac pentru 2% NaOH Temp. de vrac pentru 3% NaOH Temp. de vrac pentru 4% NaOH Temp. de vrac pentru 5% NaOH
4 W/cm² (creștere 10 grade) Sigur până la 88 grade Sigur până la 82 grade Sigur până la 78 grade Sigur până la 72 grade 6 W/cm² (creștere 15 grade) Sigur până la 83 grade Sigur până la 77 grade Sigur până la 73 grade Sigur până la 286 grade/7 cm² până la 78 de grade Sigur până la 72 de grade Sigur până la 68 de grade Sigur până la 62 de grade 10 W/cm² (25 de grade) Sigur până la 73 de grade Sigur până la 67 de grade Sigur până la 63 de grade Sigur până la 57 de grade 12 W/cm² (30 de grade până la 68 de grade) Sigur până la 68 de grade Sigur până la 58 de grade Sigur până la 52 de grade
Pentru un sistem obișnuit de curățare a rezervorului cu 3% NaOH la o temperatură în vrac de 75 de grade, o înveliș de 1,6 mm 316 la 8 W/cm² are ca rezultat o temperatură a suprafeței de 95 de grade. Temperatura în vrac sigură pentru 3% NaOH la 8 W/cm2 este de 72 de grade față de tabel. Încălzitorul depășește limita de siguranță la 75 de grade și durata de viață de 12 luni nu este asigurată. Reducerea densității de wați la 6 W/cm2 (creștere de 15 °C) oferă o limită sigură a volumului de 77 °C, prin urmare 75 °C este OK pentru înlocuirea timp de 12 luni.

Modificări de proiectare pentru a prelungi durata de viață peste 12 luni
Sunt descrise trei îmbunătățiri ale designului care pot prelungi durata de viață atunci când condițiile procesului de curățare a rezervoarelor necesită concentrații caustice și temperaturi care ar limita o înveliș 316 de 1,6 mm la o durată de viață de 12-luni. Primul este de a reduce densitatea de wați prin utilizarea unui încălzitor cu diametru mai lung sau mai mare. Scăderea densității de wați de la 8 W/cm2 la 4 W/cm2 reduce creșterea temperaturii suprafeței tecii de la 20 grade la 10 grade, ceea ce corespunde unei tranziții de la regimul de coroziune de 1 an la regimul de 2-3 ani la majoritatea concentrațiilor. A doua modificare este adăugarea unui temporizator pentru a porni încălzitorul numai atunci când rezervorul este curățat activ, în loc să mențină temperatura 24/7. Funcționarea intermitentă reduce timpul la temperatură ridicată, prelungind durata de viață calendaristică cu un factor echivalent cu ciclul de funcționare. Dacă rata de coroziune pe oră este aceeași, un încălzitor care funcționează 4 ore pe zi în loc de 24 de ore pe zi va dura de 6 ori mai mult în termeni calendaristici. Ca o a treia modificare, la soluția caustică se adaugă un inhibitor de coroziune. Silicații sau fosfații la 100-200 ppm pot reduce ratele de coroziune cu 30-50% și pot crește durata de viață cu 40-100%. Dacă sistemul de curățare a rezervorului are nevoie de 4% NaOH la 80 de grade și funcționează continuu, este îndoielnic că aceste ajustări vor prelungi durata de viață a 316 în ultimele 12 luni. În aceste circumstanțe, inginerii ar trebui să treacă la un aliaj pe bază de nichel, cum ar fi Alloy 600 sau Alloy 825, care menține ratele de coroziune sub 0,1 mm pe an în soluții caustice până la o concentrație de 10% la 100 grade C. Când comandați încălzitoare pentru serviciul de curățare a rezervoarelor, furnizați întotdeauna furnizorului temperatura caustică maximă dorită, intervalul de timp și intervalul maxim de înlocuire dorit. Dacă un producător sugerează 316 pentru 4% NaOH la 85 de grade fără a explica reducerea densității în wați sau durata de viață estimată, atunci nu oferă sfaturi inginerești competente. Pragul de înlocuire de 12 luni pentru o teacă 316 de 1,6 mm este o funcție previzibilă a concentrației caustice, a temperaturii în vrac și a densității în wați. Determinând în mod corespunzător temperatura suprafeței mantalei și utilizând ratele de coroziune din tabel, inginerii pot prezice intervalele de înlocuire și bugetul pentru întreținere, evitând defecțiunile neprevăzute ale încălzitorului care ar putea perturba ciclurile de curățare.