При којој специфичној комбинацији каустичне концентрације и температуре површине омотача плашт од 1,2 милиметара од нерђајућег челика 316 доживљава пуцање од корозије под напоном у индустрији целулозе и папира?

Употреба процесних инжењера одговорних за електричне имерзионе грејаче у дигесторима целулозе и папира, комбинација натријум хидроксида и натријум сулфида на повишеним температурама ствара окружење у којем је пуцање корозије под каустичним стресом главни узрок квара. Каустичне пукотине стварају крхке интергрануларне пукотине које могу прожимати омотач од 1,2 мм 316 за неколико недеља са мало очигледних упозорења, за разлику од питтинг или обичне корозије. Процес крафт пулпе користи белу течност са 15-20% НаОХ и 5-10% На₂С на температурама од 150-170 степени. Ови грејачи углавном имају дебљину зида од 1,2 мм због ограниченог простора у судовима дигестора. У чланку се идентификује посебна комбинација концентрације каустике и површинске температуре плашта при којој ће омотач од 1,2 мм 316 развити корозионе прслине под напоном за 1000 сати непрекидног рада.

Механизам пуцања корозије под каустичним напрезањем у 316
Корозионо пуцање нерђајућег челика 316 захтевају три услова: концентрацију каустичног напона изнад граничне вредности, температуру изнад прага пуцања и затезни напон. Метода савијања која се користи за компактирање МгО изолације ствара велика заостала затезна напрезања на унутрашњој површини омотача-обично 150-250 МПа за зид од 1,2 мм. Ова заостала напрезања су извор затезног напона потребног за пуцање. Концентрација каустике за пуцање у 316 на 150°Ц је око 5% НаОХ. Температура прага се смањује на 130°Ц при 10% НаОХ. Пукотина на 15% НаОХ је изнад 110 степени. Пуцање на 20% НаОХ на 100°Ц. Услови у белој течности (15–20% НаОХ, 150–170 степени) су знатно изнад прага пуцања. Пукотине у омотачу од 1,2 мм 316 обично почињу на унутрашњој површини где су заостала напона највећа након излагања 100–500 х. Једном успостављене, пукотине се шире брзином од 0,1–1,0 мм недељно, продирући у зид од 1,2 мм у року од 1–3 месеца.

Плашт 1.2 Прагови критичних пукотина за 1.2
На основу лабораторијског испитивања 316 узорака омотача у симуланту беле течности и анализе кварова на терену из дигестора за производњу целулозе, следеће комбинације концентрације каустике и температуре површине омотача доводе до пуцања корозије од каустичног стреса у року од 1.000 сати.

Концентрација натријум хидроксида (тежински %) Концентрација натријум сулфида (тежински %) Критична температура за почетак пуцања Време до почетка пуцања на 150°Ц Време површине плашта до проласка-Пукотина у зиду (1,2 мм) на 150°Ц 5 –0°Ц 5 – 4% 82 1.200 сати 1.200 – 2.000 сати 8 – 10% 4 – 6% 130°Ц 500 – 800 сати 800 – 1.500 сати 10 – 12% 5 – 7% 120°Ц 300 – 500 сати 1.500 сати
12 – 15% 6 – 8% 115 степен 200 – 400 сати 400 – 800 сати 15 – 18% 7 – 9% 110 степен 150 – 300 сати 300 – 600 сати
18 – 20% 8 – 10% 100 степени 100 – 200 сати 200 – 400 сати
Више од 20% Више од 10% Мање од 100 степени 50 – 150 сати 100 – 300 сати
За крафт дигестор који ради са 16% НаОХ на 155 степени, температура површине омотача је отприлике 155–160 степени (под претпоставком малог пораста температуре због ниске густине у ватима у великим дигесторима). Ово је изнад прага пуцања од 110°Ц и створило би пукотине за 150–300 сати. Плашт од 1,2 мм би вероватно перфорирао након 1-2 месеца непрекидног рада. Искуство на терену показује да се омотачи за бело пиће генерално ломе за 3-6 месеци, а пуцање је доминантан начин квара.

Безбедан радни омотач за омотач од 1,2 мм у каустичном раду
Табела испод наводи максималну безбедну концентрацију каустике за плашт од 1,2 мм 316 при различитим температурама површине плашта да би се избегло пуцање корозије под напоном због каустичног напона током радног века од 1000 сати. Вредности претпостављају заостала затезна напрезања након привијања, која се не могу смањити без након-жарења.

Температура површине омотача Максимална безбедна концентрација НаОХ за спречавање пуцања (без сулфида) Максимална безбедна концентрација НаОХ са 5% На2С Очекивано време до пуцања при максимално безбедној концентрацији Препоручена радња 80°Ц 20% 15% 2.000 – 3.000% гинал за 1% непрекидног рада 195°Ц 1.500 – 2.500 сати Ограничени радни век 100°Ц 12% 10% 1.000 – 2.000 сати 316 није препоручљиво 110°Ц 10% 8% 800 – 1.500 сати Користити жарену или легирану надоградњу 120% Ц 500 сати. 130°Ц 6% 4% 300 – 800 сати Обавезна надоградња легуре 140°Ц 4% 2% 200 – 500 сати 316 неприкладно
Изнад 150°Ц Није безбедно Није безбедно Испод 200 сати Користите легуру никла
Безбедан радни омотач за омотач од 1,2 мм 316 не постоји за дигестор целулозе и папира са 16% НаОХ на 155°Ц. Пуцање ће сигурно доћи за недеље или месеце. Инжењери ће морати да изаберу трајнију легуру.

Промене дизајна како би се спречило каустично пуцање
Када се омотач 316 користи у каустичном раду, три прилагођавања дизајна могу продужити животни век, али ниједно не чини 316 поузданим за услове крафт дигестора. Почетни корак је жарење после-напрезања на 1050 степени да би се елиминисале преостале затезне напетости. Жарење смањује заостало напрезање унутрашње површине са 150–250 МПа на испод 20 МПа, уклањајући компоненту затезања која је потребна за пуцање. Жарење омотача од 1,2 мм 316 у 16% НаОХ на 150°Ц може продужити његов животни век на 3–6 месеци, уместо на 1–2 месеца. Друга измена је бризгање или на други начин компресијско третирање спољашње површине. Компресивни слој је отпоран на ширење пукотина, али не ублажава затезна напрезања на унутрашњој површини. Коначна промена је да се ради на најнижој могућој температури површине плашта смањењем густине у ватима и повећањем циркулације. Смањење површинске температуре за 10 степени удвостручује време за почетак пуцања. Ове промене нису довољне за већину апликација за целулозу и папир. Легура 625 или легура Ц-276 је типичан материјал за омоте грејача за белу течност. Ове легуре на бази никла отпорне су на пуцање корозије од каустичног стреса при свим концентрацијама и температурама које се виде у дигесторима. Плашт од легуре 625 од 1,6 мм ће нормално издржати 5-10 година у белом шпириту, у поређењу са 2-6 месеци за 316. Већи почетни трошак се компензује уштедама у застоју и раду замене. Инжењери који бирају грејаче за рад дигестора не би требало да прихвате 316 за било коју примену где је концентрација каустике изнад 10% на температурама већим од 100°Ц. Цена брзог пуцања у дигестору под притиском, укључујући губитак производа, хлађење посуде и замену, знатно је већа од инкременталне цене легуре са високим садржајем никла. Ако произвођач препоручује 316 за сервис белих алкохолних пића, а не говори о пуцању од корозије од нагризајућег стреса, они не пружају одговарајући инжењерски савет. Пукотине у омотачу од 1,2 мм се развијају брзо и без икаквих видљивих доказа све док омотач не процури. Једино сигурно решење је превенција правилним избором легуре.