Miks sõltub roostevabast terasest 316 küttekeha pragude korrosioonikindlus kloriidi{1}}koormatud protsessivedelike seina paksusest?

Keemiliste protsesside inseneride jaoks, kes määravad elektrilisi sukelsoojendeid kloriid-, mis sisaldavad lahuseid merevee sisselasketorustikust kuni toiduainete töötlemise soolvee ja jahutustornide süvenditeni, on 316 roostevaba terase määramine mantli materjaliks tüüpiline kaitse punkt- ja pragukorrosiooni vastu. Klass sisaldab 2-3% molübdeeni, mis on tõestanud vastupidavust kloorirünnakule üle 304 roostevaba terase. Samuti on vähem levinud, kuid praktiliselt oluline seos ümbrise seina paksuse ja aja vahel, mis kulub pragukorrosiooni läbimiseks toruseinast ja protsessivedeliku torusse sisenemiseks. Õhemad seinad ei ole alati korrosioonile vähem vastupidavad, kuid kui lokaalne korrosioon on algatatud, on järelejäänud kasutusiga otseselt proportsionaalne ülejäänud seina paksusega. See artikkel kvantifitseerib 316 ümbrise seina paksuse, lõhekorrosiooni leviku kiiruse ja ohutu tööakna koostoimet agressiivses kloriidikeskkonnas, pakkudes ratsionaalset alust minimaalse seinapaksuse määramiseks eeldatava kasutusea põhjal, mitte üldistel materjalisoovitustel.

Roostevabast terasest 316 kesta pragude korrosiooni mehhanism
316 roostevabast terasest küttekesta alluvad geomeetriliste katkestuste korral pragukorrosioonile, kui lahuse tingimused on paigal. Pragude levinumad kohad hõlmavad liidest ümbrise ja kinnitusääriku tihendi vahel, keermestatud ühendusala, sadestunud katlakivi või biosaaste kilede all ning küttekeha ja tugiklambrite vahelises kontaktpunktis. Mehhanism töötab klassikalise järjestusega. Hapniku difusioon lahtisest lahusest ei ole piisavalt kiire, et hapnikku praos täiendada, kuna see kahaneb korrosioonireaktsioonide tõttu. Lõhe sees on pind välisega võrreldes anoodiline. Kloriidioonid difundeeruvad lõhesse, et säilitada laengu neutraalsus, ning metallkloriidi hüdrolüüsi tulemusena moodustub vesinikkloriidhape ja lokaalne pH langeb 2–3-ni. Autokatalüütiline protsess, mis kulgedes kiireneb. Roostevaba terase 316 kriitiline prao temperatuur 1% naatriumkloriidi lahuses on umbes 15–20 kraadi madalam kui kriitiline punktide tekketemperatuur. Praktikas on 316 ümbrisel, mis on võimeline 50-kraadises merevees vastu pidama, kinnituspunktides siiski pragukorrosioon, kui see on konstrueeritud tihedate, seisvate vahedega. Väljakujunenud lõhekorrosioonikoha levimiskiirus läbi ümbrise seina on soojades kloriidilahustes suurusjärgus 0,5–2,0 mm/aastas, sõltuvalt kloriidi kontsentratsioonist, temperatuurist, pH-st ja oksüdeerivate ainete olemasolust. Levikukiirus on praktiliselt sõltumatu seina esialgsest paksusest,{20}}kuid perforatsioonini kuluv aeg sõltub paksusest.

Seina paksuse ja perforatsiooniaja vaheline kvantitatiivne suhe
316 ümbrise ohutu tööiga enne perforeerimist teatud protsessitingimuste ja fikseeritud lõhede levimiskiiruse korral on ligikaudu võrdne seina esialgse paksusega jagatud levimiskiirusega. See suhe eeldab, et algatamine on juba toimunud ja see on agressiivse kloriiditeenuse ettevaatlik konstruktsiooni eeldus. Võtke 316 ümbris, seinapaksusega 1,0 mm, 60-kraadises merevees, mille määratud lõhekorrosiooni levimiskiirus on 0,8 mm aastas. Prao initsiatsiooniks kuni perforatsioonini kulub umbes 1,25 aastat. Võrdluseks, sama 2,0 mm seinapaksusega kütteseade säiliks enne perforeerimist 2,5 aastat - kahekordse ohutu kasutuseaga. 2,5 mm ümbrise puhul pikeneb aeg 3,1 aastani. Seda lineaarset seost kinnitavad rannikuäärsete keemiatehaste väljatõrkeandmed. 50{29}}70 °C riimveega jahutussüsteemides 316 ümbritsetud sukelsoojendi ülevaatamisel leiti, et 1,2 mm seinapaksusega seadmetes ilmnesid esimesed perforatsioonihäired pärast keskmiselt 14-kuulist kasutust. Sama tootja, sama veekeemiaga, kuid 1,8 mm seinapaksusega agregaatidel kulus esimese rikkeni keskmiselt 26 kuud. Seadmed seinapaksusega 2,5 mm, mida tavaliselt nõutakse suuremate rõhkude jaoks, olid keskmiselt 38 kuud. Oluline on, et kõik rikked ilmnesid pragude kohtades{31}}ääriku liidese ja tugikontaktide asukohtades, mitte toru vaba pinnal. Lineaarne seos paksuse ja kasutusea vahel säilis märkimisväärselt, näidates, et pärast pragukorrosiooni algust kontrollis seina paksus otseselt aega, mille jooksul kütteseade jäi lekkekindlaks.

Paksemate seinte termiline mõju söövitavas kasutuses
Paksemate seinte korrosioonile saadavat kasu tuleb tasakaalustada selles seerias varem kirjeldatud kuumakahjustusega. 2,5 mm ümbrisel 316 on umbes 60% suurem soojustakistus kui sama välisläbimõõduga 1,2 mm ümbrisel. Protsessi sama kuumutuskiiruse tagamiseks peab paksema kestaga küttekeha töötama kõrgemal sisetemperatuuril või olema füüsiliselt pikem, et tagada sama vattiheduse juures suurem pindala. Mõlemad on tagajärjed. Traadi temperatuuri tõus põhjustab takistustraadi oksüdeerumist ja magneesiumoksiidi isolatsiooni kahjustamist. Kogu küttekeha eluiga võib olla piiratud pigem elektriliselt kui korrosiooniga seotud kaalutlustel. Mahutites, kus on vähe ruumi või on olemas läbiviigud läbi düüsi, ei pruugi küttekeha pikendamine olla otstarbekas. Praktiline vastus on mõista, et väga söövitava kloriidi kasutamise korral on korrosiooni läbitungimisaeg sageli kontrolliv piirang. Paljudel juhtudel ei ole paksem sein tingitud mitte konservatiivsusest, vaid minimaalselt vastuvõetavast kahe- kuni viieaastase kasutusea nõudest vahetuste vahel. Soojusefektiivsuse puudust peetakse töökindluse hinnaks.

Seina paksuse valiku maatriks kloriidi hoolduse jaoks, mis põhineb nõutud kasutusajal
Järgmises tabelis on näidatud tööstuslikke vedelikke sisaldavate kloriidi{1}}küttekehade soovitatav minimaalne seinapaksus 316. Väärtused põhinevad pideval tööl, pragude (äärikud, keermed või toed) kättesaadavusel ja eesmärgil tagada vähemalt 2-aastane lekkekindel hooldus, enne kui perforatsioonirisk muutub märkimisväärseks. Õhemad seinad võivad olla lubatud rakendustes, kus puuduvad praod (nt sile õmblusteta toru, mis ripub paagi ülaosast ilma kontaktpunktideta). Sellised kujundused on praktikas siiski haruldased.

Mõõdetud kloriidi kontsentratsioon ja protsessi temperatuur või hinnanguline lõhe levimiskiirus Minimaalne ümbrise seina paksus 316 ümbrise seina paksus 2 aasta jooksul vähemalt 316 ümbrise seina paksus 4-aastase eluea jaoks Soovitatav vattihedus, merevee vähendamine (19 000–400 ppm) 0,4–0,6 mm/aastas 1,2 mm 2,0 mm 10% standardist
Merevesi (19 000 ppm Cl⁻), 50-70 kraadi 0.8 - 1.2 mm/aastas 2,0 mm 3,0 mm (arvestage Incoloy 825) 20% standardsest
Riimvesi (5000 ppm Cl⁻), 40–60 kraadi 0,3–0,5 mm/aastas 1,0 mm 1,6 mm Pole vaja
Lahjendatud soolvesi (1000 kuni 3000 ppm Cl⁻), 80-95 kraadi 0.6 - 1.0 mm/aastas 1,6 mm 2,5 mm 15% standardsest
Jahutustorni vesi (500 ppm Cl⁻, kõrge hapnikusisaldus), 30–50 kraadi 0,2–0,3 mm/aastas 0,8 mm 1,2 mm Pole nõutav
Keemiline protseduur (10% NaCl lahus), 90-100 kraadi 1,5–2,0 mm/aastas 3,0 mm (ei ole soovitatav vahetada sulamit)316 25% vähendamine ei pea sulami täiustamist teostatavaks
See tabel eeldab pragude olemasolu, mida ei saa disainiga eemaldada. Kui kasutusiga on pikem kui neli aastat, on 316 roostevaba teras soojades kõrge kloriidisisaldusega tingimustes seinapaksusest sõltumata marginaalne. Mõnel juhul tagab üleminek kõrgemale sulamile nagu Incoloy 825 (42% niklit, 21% kroomi, 3% molübdeeni) või titaanile oma olemuselt parema pragude korrosioonikindluse, kuid materjalikulu on suurem. Lisaks on nendel alternatiivsetel sulamitel sageli suurusjärgu võrra väiksem levimiskiirus ja seega saab seina paksust vähendada.

Disainimuudatused pragude korrosiooniriski minimeerimiseks ilma seina paksust suurendamata
Enne paksema seina termilise karistuse aktsepteerimist peaksid insenerid kõigepealt vaatama disainimuudatusi, mis vähendavad lõhe tekkimise tõenäosust. Parim asi, mida teha, on pragudest täielikult lahti saada. Siledal keermeta 316 ümbrisel, millel on keevitatud kinnitusäärik ja millel pole tihendit ega kontakti tugedega, võib olla palju pikem eluiga kui õhem pragudega sein. Täieliku läbitungiga keevisõmblused lihvitakse pinnaga tasapinnaliselt, vältides metallpindade kattumist. Mitteimavate tihendimaterjalide (nt laiendatud PTFE) kasutamine võib vähendada pragude raskust. Teine võimalus on kasutada katoodkaitset. Ohtliku tsingi või alumiiniumi anoodi ühendamine küttekeha kinnitusääriku külge võib viia 316 kesta potentsiaali vahemikku, kus pragukorrosiooni teke väheneb. Merevee jahutussüsteemide välikatsed on näidanud, et katoodvarjestatud 1,6 mm 316 kestade eeldatav eluiga on võrdne 2,5 mm kaitseta kestadega. Kolmas võimalus on perioodiline keemiline puhastamine, et kõrvaldada biosaaste ja katlakivi, mis moodustavad pragude asukohti. Isegi iga-aastane vee loputamine või biotsiidiga töötlemine võib oluliselt vähendada ümbrise pinnal tekkinud pragude perioodi.

Järeldus: kesta paksuse spetsifikatsioon kui korrosiooni eluea haldamise tööriist 316
Kui insenerid valivad kloriide sisaldavate protsessivedelike jaoks 316 roostevabast terasest pakitud elektrilist kütteelementi, on seina paksus kaks{0}} korda suurem. See tagab mehaanilise tugevuse ja rõhu piiramise, nagu eelmistes jaotistes mainisime. Kuid see toimib ka korrosioonivarustajana, mis on materjalivaru küttekeha eluea jooksul, pidades silmas lekke{4}}tihedust pärast pragukorrosiooni tekkimist. Praorünnaku levimise tempo soojades kloriidides on väga prognoositav, olenevalt tingimustest 0,5–1,5 mm igal aastal. Seetõttu määrab seina minimaalse paksuse otseselt soovitud kasutusiga. Küttekeha, mis peaks 60-kraadises merevees vastu pidama kaks aastat, vajab seinapaksust vähemalt 1,6-2,0 mm. Küttekeha võib olla üsna rahuldav 1,0 mm ja kestab kuus kuud. Tehniline valik ei ole juhul, kui 316 on absoluutselt kloriiditeenuse jaoks "sobiv"-, vaid seina paksuse sobitamine nõutava vahetusintervalliga. Insenerid peaksid tarnijat teavitama eeldatavast kloriidisisaldusest, töötemperatuurist ja tööeast, kui määravad küttekehad söövitavaks hoolduseks. Seetõttu võib tarnija soovitada seina paksust, mis tasakaalustab korrosiooni ja termilise jõudluse, vältides enneaegseid perforatsioonitõrkeid ja tarbetut ülemääratud paksuse termilist kahju. Kui vaatate soojades kloriidides üle nelja aasta pikkust kasutusiga, on aus tehniline nõuanne pigem sulamit vahetada, mitte pikendada seinapaksust 316 üle 2,5 mm, sest termilised ja kulukaristused muutuvad ülemääraseks.