При којој специфичној комбинацији концентрације хлорида и температуре површине омотача плашт од 1,6 милиметара од нерђајућег челика 316 прелази из пасивне у активну питтинг корозију у сервису загревања атмосферског резервоара за складиштење?

За инжењера процеса који је одговоран за електричне грејаче за урањање у атмосферске резервоаре за складиштење који садрже растворе који садрже хлорид, као што су произведена вода, отпадне воде из десолина и индустријска вода за прање, разлика између пасивне и активне корозије удубљења је разлика између омотача од нерђајућег челика 316 који траје десет година или десет недеља. Али околности у резервоарима за складиштење ваздуха су статичне или се споро крећу са различитим концентрацијама хлорида услед испаравања и раслојавања, док је свеж раствор стално у додиру са омотачем у системима са континуираним протоком. Типична дебљина зида је 1,6 мм. То је компромис између механичке чврстоће и практичног преноса топлоте. Критична температура удубљења и критична концентрација хлорида за 316 нису статични бројеви, већ су у интеракцији са повишењем температуре површине омотача изазваном примењеном густином у ватима. Овај рад представља концентрацију хлорида и температуру површине плашта при којој зид од 1,6 мм прелази из пасивног (брзина корозије<0.05 mm/year) to active pitting (penetration within months).

Критична температура питтинга и интеракција са хлоридом
Критична температура удубљења нерђајућег челика 316 у датој концентрацији хлорида је температура на којој стабилне јаме могу да настану и расту. Испод ове температуре пасивни филм остаје нетакнут и стопа корозије је безначајна. То је инверзна веза. Што је већа концентрација хлорида, то је нижа критична температура удубљења. Критична температура удубљења је око 80оЦ у 100 ппм хлорида. У 1.000 ппм хлорида снижава се на 55 степени. На 5.000 ппм хлорида она пада на 35 Ц. На 10.000 ппм хлорида (1% НаЦл), критична температура удубљења је око 25 степени. Топлотни ток из урањајућих грејача узрокује да температура површине омотача буде 15-40 степени изнад температуре резервоара. Температура површине омотача резервоара на 40 степени са грејачем од 8 В/цм² може бити 60–70 степени. Ако је концентрација хлорида у резервоару 1.000 ппм, критична температура удубљења од 55 степени је прекорачена и почетак питтинга ће се десити у року од неколико недеља. Време до перфорације након почетка руптуре је регулисано дебљином зида од 1,6 мм, што при типичним брзинама ширења од 0,5–2,0 мм месечно значи квар за 1–3 месеца.

Прагови критичног прелаза омотача од 1,6 милиметара
Тестови урањања са 316 узорака са карактеристикама полирања површине карактеристичним за набијене плашта грејача дали су следеће прелазне прагове за зид од 1,6 мм при густини вати од 6-10 В/цм2. Очекује се да температура резервоара буде 10-20 степени испод температуре површине омотача.

Концентрација хлорида (ппм) Критична температура удубљења за 316 (степен) Минимална температура површине омотача за пасивни-у-активни прелаз Безбедна температура резервоара за расути материјал за омотач од 1,6 мм при 8 В/цм2 Изнад очекиваног радног века Прелаз
< 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 ппм< 25 °CBelow 25 degrees CNot safe regardless of temperature Weeks to months
За резервоар са запреминском температуром од 50 °Ц и омотачем од 1,6 мм при 8 В/цм 2, температура површине омотача је око 65-70 °Ц. Концентрација хлорида мора бити мања од 500 ппм да би остала изнад критичне температуре удубљења. Активно питтинг ће почети у року од неколико недеља на кључном нивоу од 55 степени са нивоом хлорида од 1.000 ппм и температуром површине. Ако је садржај хлорида у резервоару већи од 2.000 ппм, 316 није прикладан ни за једну практичну запремину температуре, јер ће површинска температура омотача потребна за производњу чак и малог топлотног тока бити изнад критичне температуре за питинг.

1,6 милиметарска матрица сигурног радног омотача
Табела испод наводи максималну безбедну температуру резервоара за расути материјал за омотач од 1,6 мм 316 при различитим густинама у ватима и концентрацијама хлорида. Ове вредности обезбеђују да је температура површине омотача најмање 5 степени испод критичне температуре удубљења за ту концентрацију хлорида.

Концентрација хлорида (ппм) ТЕМПЕРАТУРА ПОВРШИНЕ ОБЛОГА ТЕМПЕРАТУРА ПОВРШИНЕ ОБЛОГА ТЕМПЕРАТУРА ПОВРШИНЕ омотача (5 В/цм2) (8 В/цм2) Максимално безбедно Максимално безбедно Максимално безбедно Максимално безбедно расуто оптерећење 12В/цм²
Испод 100 ппм 75 степени 65 степени 60 степени 50 степени 100 – 250 ппм 70 степени 60 степени 55 степени 45 степени 250 – 500 ппм 65 степени 55 степени 50 степени 40 степени 500 – 750 ппм 50 степени – 5 степени 5 степени 5 степени 5 степени 1.000 ппм 55 степени 45 степени 40 степени 30 степени 1.000 – 1.500 ппм 50 степени 40 степени 35 степени 25 степени 1.500 – 2.000 ппм 45 степени 35 степени 30 степени 20 степени
2000ппм Није безбедно Није безбедно Није безбедно Није безбедно
Ако је израчуната температура површине омотача већа од критичне температуре удубљења за пријављени садржај хлорида, онда је оштећење удубљења неизбежно за било коју примену. Дебљина зида од 1,6 мм нуди извесно време ширења, међутим, треба посматрати да грејач има коначан, предвидљив радни век у месецима, а не годинама.

Промене у дизајну како би се избегао прелазак удубљења
Близу границе пасивног у активну транзицију услова процеса, могу се применити три модификације дизајна како би се избегло питтинг без модификације материјала омотача или дебљине зида. Први је да се смањи густина снаге. Када се температура површине омотача смањи за 15–25 степени на 5 В/цм² уместо 10 В/цм², активни режим може да се промени у пасивни режим. Друга промена је да се повећа циркулација преко целе површине омотача. Мала мешалица или циркулациона пумпа могу да смање пораст температуре површине омотача за 40-60%, одржавајући омотач испод критичног прага чак и при умереним густинама у ватима. Следећа измена је причвршћивање сонде за праћење корозије, маленог 316 купона електрично спојеног на омотач грејача. Оштар пораст галванске струје означава почетак активног питинга и даје рано упозорење о продирању омотача. Ако концентрација хлорида у резервоару варира због испаравања или промене серије, инжењери би требало да наведу 316Л са већим еквивалентним бројем отпорности на питтинг и да размотре надоградњу на 317 нерђајући челик (3,5% молибдена) или легуру 825 за поуздану дуготрајну употребу. Инкрементални трошак отпорније легуре је генерално мањи од цене једног квара удубљења у резервоару за складиштење, укључујући контаминацију производа, пражњење резервоара и замену грејача. • Када одређујете грејаче за резервоаре за складиштење хлорида, увек измерите стварну концентрацију хлорида на предвиђеној радној температури. Израчунајте температуру површине плашта при препорученој густини у ватима. За дуготрајну употребу са омотачем од 1,6 мм 316 саветује се сигурносни тампон од најмање 10 степени испод критичне температуре удубљења.