La ce prag specific de concentrație de acid sulfuric necesită o învelișă din oțel inoxidabil 316 de 1,2 milimetri, recoacere post-sudare pentru a preveni coroziunea intergranulară în încălzitoarele electrice cu imersiune?

Inginerii de întreținere a instalațiilor care se ocupă de încălzitoarele electrice cu imersie în stațiile de tratare a apelor uzate municipale și industriale se confruntă cu un mediu dur de coroziune din cauza nivelurilor variabile de clorură, a temperaturilor ridicate din procesele biologice și a funcționării intermitente. Spre deosebire de serviciul chimic curat în care concentrațiile sunt controlate, concentrațiile de clorură din apele uzate variază în funcție de deversarea industrială, scurgerea sării rutiere și evaporarea în bazinele de tratare. Acesta este adesea cazul cu o manta din otel inoxidabil 316 de 1,2 mm care are un echilibru bun intre cost si rezistenta generala la coroziune pentru aceste aplicatii. Dar dacă concentrația de clorură și temperatura suprafeței învelișului depășesc anumite limite, pătrunderea gropilor se poate dezvolta în șase luni, necesitând înlocuiri frecvente și costisitoare. Combinația optimă a conținutului de clorură și a temperaturii suprafeței învelișului care limitează o manta 316 de 1,2 mm la o durată de viață de șase luni în serviciul de încălzire a apei uzate este identificată în această lucrare.

Cinetica penetrării pitting-ului în 316 expus la ape uzate care conțin clorură-
Din punct de vedere electrochimic, comportamentul 316 la pitting în apele uzate este similar cu soluțiile de clorură mai curate, dar este îmbunătățit de prezența activității biologice, a particulelor în suspensie și a pH-ului în schimbare. Clorura este prezentă în mod normal în apele uzate în cantități de la 100 ppm la 2.000 ppm, cu vârfuri care depășesc 5.000 ppm în timpul evenimentelor de descărcare industrială. 316 în 500 ppm clorura este de aproximativ 60°C. Temperatura critică de pitting în 1000 ppm clorură este coborâtă la 50 de grade. Cu 2.000 ppm de clorură, scade la 40 de grade. Densitatea de wați aplicată (de obicei 5–10 W/cm² pentru serviciul de apă uzată) va face ca temperatura suprafeței învelișului să fie cu 15–30°C peste temperatura apei uzate în vrac pentru un încălzitor cu imersie. Într-un bazin de tratare menținut la 35°C cu un încălzitor de 8 W/cm², temperatura suprafeței tecii este de 50-60°C. Dacă concentrația de clorură în apă este de 1.000 ppm în acel moment, temperatura critică de sâmburi de 50°C este depășită și pitting are loc în câteva zile. Gropile se propagă la viteze de 0,5-2,0 mm/lună odată inițiate în apa uzată caldă, rupând un perete de 1,2 mm în 3-12 săptămâni. Astfel, criteriul de înlocuire pe șase luni este atins dacă inițierea gropului are loc în prima lună și propagarea este finalizată în următoarele cinci luni.

Combinații de temperatură de clorură critică de șase-luni-
Rezultatele testării de imersie a 316 probe în apă uzată simulată cu activitate biologică normală (pH 6,5-7,5, particule moderate în suspensie) indică următoarele combinații de concentrație de clorură în vrac și temperatura suprafeței învelișului care oferă o durată de viață maximă de șase luni pentru un perete de 1,2 mm: Valorile sunt pentru funcționare continuă cu densitate normală de wați/cm26.

Concentrația de clorură în vrac (ppm) Temperatura critică a suprafeței învelișului pentru inițierea gropii în 30 de zile Viteza de propagare a gropii (mm/lună) la această temperatură Timp până la 1,2 mm de penetrare după inițiere Durată de viață totală (inițiere + propagare) 300 – 500 ppm Peste 70 grade 0,4 – 0,7 mm/lună 3 – 0,7 mm/lună 3 – 0,4 mm/lună Peste 60 grade 0,6 – 1,0 mm/lună 1,5 – 2 luni 2 – 3 luni 800 – 1.200 ppm Peste 55 grade 0,8 – 1,2 mm/lună 1 – 1,5 luni 1,5 – 2,5 luni 1.200 – 1.500 ppm grade 1.500 – 1,500 ppm/lună mm/lună 0,8 – 1,2 luni 1 – 2 luni 1.500 – 2.000 ppm Peste 45 grade 1,2 – 1,8 mm/lună 0,7 – 1 lună 1 – 1,5 luni 2.000 – 3.000 ppm40°C 1,5 – 1,6 luni/lună 1 – 0,0,6 luni 1,5 luni
>3,000 ppm>35°C >2,0 mm/lună Sub 0,6 luni Sub 1 lună
Pentru o durată de viață de șase luni, produsul dintre conținutul de clorură și temperatura suprafeței învelișului trebuie să permită cel puțin trei luni pentru inițierea gropii și trei luni pentru propagare. Acest lucru se întâmplă numai atunci când temperatura suprafeței învelișului este cu cel puțin 5-10°C sub temperatura critică de pitting pentru concentrația de clorură implicată. Temperatura suprafeței învelișului trebuie să fie sub 55°C pentru 500 ppm clorură. Pentru 1.000 ppm clorură, aceasta trebuie să fie mai mică de 45°C. Pentru 2.000 ppm clorură trebuie să fie mai mică de 35 de grade.

Folosire de funcționare în siguranță Durată de viață de 6 luni
Temperatura maximă admisă a apei reziduale în vrac pentru o manta de 1,2 mm 316 la diferite densități de wați pentru a obține o durată de viață de șase luni la diferite intervale de concentrație de clorură este dată în tabelul însoțitor. Valorile garantează că temperatura suprafeței tecii este cu cel puțin 5 grade sub temperatura critică de pitting pentru conținutul de clorură dat.

Interval de concentrație de clorură (ppm) Temperatură critică de pitting Minus 5°C Marja de siguranță Temperatura maximă sigură în vrac la 5 W/cm² (creștere de 15 °C) Temperatura maximă sigură în vrac la 8 W/cm² (creștere de 25 °C) Temperatura maximă sigură în vrac la 10 W/cm² (30 °C)
Mai puțin de 300 ppm 75°C 60°C 50°C 45°C 300 – 500 ppm 65°C 50°C 40°C 35°C 500 – 800 ppm 55°C 40°C 30°C 25°C 825°C 800°C – 35°C 20°C 15°C 1.200 – 1.500 ppm 40°C 25°C 15°C 10°C 1.500 – 2.000 ppm 35°C 20°C 10°C Nu este fezabil
Peste 2.000 ppm Sub 30 de grade Nu este disponibil Nu este disponibil Nu este disponibil
Pentru un bazin de tratare a apelor uzate la o temperatură în vrac de 35°C și niveluri normale de clorură de 500–800 ppm, o manta 316 de 1,2 mm la 8 W/cm² va da o temperatură a suprafeței mantalei de aproximativ 60°C. Aceasta este mai mare decât limita de siguranță de 55°C și durata de viață de șase luni este improbabilă. Pentru a obține o durată de viață de 6 luni, operatorul trebuie să reducă densitatea de wați la 5 W/cm² (limita de siguranță de 55 °C permite 40 °C în vrac, dar în vrac este acceptabilă 35 °C-), să scadă temperatura în vrac sau să tolereze înlocuirea mai frecventă.

Schimbări de design pentru mai mult de șase luni de viață
Dacă condițiile procesului sunt aproape de durata de viață de șase-luni, trei ajustări de proiectare pot prelungi durata de viață fără a modifica materialul învelișului sau grosimea peretelui. Primul este să atașați un cronometru sau un controler de temperatură pentru a opri încălzitorul atunci când bazinul este suficient de fierbinte. Funcționarea intermitentă înseamnă mai puțin timp la temperatură și, prin urmare, o viață calendaristică mai lungă, chiar dacă numărul total de ore la temperatură este același. A doua modificare este plasarea încălzitorului într-un loc cu debit mare. Creșterea turbulenței duce la o creștere a coeficientului de transfer de căldură și la o reducere a creșterii temperaturii suprafeței învelișului de la 25°C la 10-15°C la aceeași densitate în wați. Un încălzitor care ar atinge o temperatură a suprafeței de 60°C în condiții de stagnare poate fi funcționat la 50°C în apă uzată bine-circulată, scăzând sub pragul crucial. Modificarea finală este să adăugați o sondă de monitorizare a coroziunii și să înlocuiți încălzitoarele în mod proactiv atunci când sonda detectează începutul piturilor. Acest lucru previne defecțiunea bruscă, deși în general nu prelungește durata de viață. Pentru stațiile de tratare a apelor uzate cu conținut de clorură de peste 1.000 ppm sau temperaturi în vrac de peste 40°C, inginerii ar trebui să specifice un aliaj mai rezistent la sâmburi, cum ar fi oțel inoxidabil 317 (3,5% molibden) sau aliaj 825. Costul incremental este de obicei cu 20–50%, dar durata de viață este extinsă de la șase luni până la 316 ani. Atunci când alegeți încălzitoare pentru serviciul de apă uzată, este important să colectați date privind concentrația de clorură din mai multe evenimente de eșantionare pe parcursul unui an, deoarece schimbările sezoniere pot fi considerabile. Un încălzitor proiectat pentru vară poate eșua rapid iarna dacă scurgerea de sare de pe drum crește nivelul de clorură. Limita de înlocuire de șase luni nu este o cantitate, ci o consecință previzibilă a concentrației de clorură și a temperaturii suprafeței învelișului. Cu două caracteristici măsurate, inginerii pot prezice cu precizie durata de viață a încălzitorului și pot proiecta planuri de întreținere, evitând atât defecțiunile neașteptate, cât și înlocuirea prematură a încălzitoarelor încă funcționale.