Која је максимална дозвољена дебљина зида омотача од нерђајућег челика 316 за електрични урањајући грејач у високо-дејонизованој води високе чистоће изнад 90 степени Целзијуса? Која је максимална дозвољена дебљина зида омотача од нерђајућег челика од 316 за електрични грејач за урањање у воду високе{4}} Абгреес Де{4} 090 Целзијус?

High-purity deionised water is a dilemma for engineers designing electric immersion heaters for semiconductor manufacturing, medicinal water systems and laboratory equipment. Deionised water is highly corrosive to many metals since it lacks dissolved ions to provide protective passive layers, even though it has great electrical resistance. The passive chromium oxide coating on 316 stainless steel is stable in deionised water at room temperature. However, at higher temperatures (>80 степени) растворљивост кисеоника опада и потенцијал корозије се повећава што резултира променом пасивне корозије у активну. Дебљина зида плашта од 316 одређује дозвољену количину корозије током радног века грејача и температуру површине за одређену густину у ватима. Објављени статистички подаци о стопи корозије, заједно са практичним искуством из пословања ултра чисте воде, користе се за одређивање максималне прихватљиве дебљине зида за 316 омотача у високој чистоћи дејонизоване воде.

Механизми корозије нерђајућег челика 316 у високотемпературној дејонизованој води
У дејонизованој води високе чистоће (отпорност > 1 мегоом-центиметар), концентрација непријатељских јона, као што су хлориди, је веома ниска. Али то одсуство растворених соли не мора нужно да чини воду пријатном. За температуре преко 80 степени, нерђајући челик 316 је склон општој корозији и још озбиљније локализованој корозији на местима где је пасивни филм разбијен. Стопа корозије у дејонизованој води је повезана са Аррхениусом, повећавајући се за око два пута на сваких 25 степени повећања температуре. Општа стопа корозије од 316 у дејонизованој води на 90 степени је отприлике 0,02 до 0,05 мм/год. Стопа се повећава на 0,10-0,20 милиметара годишње на 120 степени Ц. На 150 степени стопа је 0,30-0,50 мм/год. Иако ове стопе могу изгледати ниске, за грејач који је дизајниран да ради непрекидно 5 до 10 година, стопа хабања од 0,10 мм годишње представља 0,5 до 1,0 мм дебљине зида. Почетна дебљина омотача од 1,0 мм би се смањила на 0,5 мм након пет година, када је механички интегритет сумњив. Рђање није савршено равномерно. Корозија удубљења и пукотина, посебно на интерфејсима за монтажу и зонама завара, може изазвати локализоване стопе продирања два до пет пута веће од опште стопе корозије.

Ефекти дебљине зида и радног века дејонизоване воде
Однос између дебљине зида плашта 316 и радног века у дејонизованој води на високим температурама је скоро линеаран ако је општа корозија примарни механизам. За животни век од 5 година на 95 степени са стопом корозије од 0,04 мм/годишње, потребан додатак за корозију је 0,20 мм. Ово са минималном дебљином зида конструкције од 0,7 мм значи да је потребна почетна дебљина зида од 0,9 мм. Плашт од 1,2 мм би дао сигурносну маргину од 0,3 мм изнад и изнад границе корозије и дао би могући животни век дужи од осам година. Али за дату густину у ватима, дебљи зидови значе више температуре на спољашњој површини. Више температуре површине експоненцијално убрзавају корозију у дејонизованој води. Плашт од 2,0 мм при 10 В/цм² у води од 95 степени може имати температуру спољашње површине од 115 степени. Брзина корозије на овој температури је око 0,08 мм годишње-двоструко више него код омотача од 1,2 мм при површинској температури од 105 степени. Дебљи омотач захтева више корозије, али и брже кородира. Ова интеракција успоставља идеалну дебљину зида за најдужи радни век, а не монотон однос. Објављени подаци о корозији коришћени су за израчунавање оптималне дебљине зида плашта од 316 за максимални радни век при дејонизованој води од 95 степени при 10 В/цм², што је реда величине 1,4 мм. Додатак корозије мањи од 1,0 мм није довољан. На више од 1,8 мм повећана корозија због веће површинске температуре доминира додатним материјалом.

Максимална препоручена дебљина зида за сервис са дејонизованом водом
Следећа табела даје предложене максималне дебљине плашта од 316 за електричне уроњене грејаче у дејонизованој води високе{1}}чистоће. Вредности су за континуирани рад, ниво кисеоника < 100 делова на милијарду и отпор > 1 мегоом-центиметар. Стопе корозије могу бити веће и зато треба обезбедити системе са вишим нивоом кисеоника или нижом чистоћом и тањим зидовима.

Температура дејонизоване воде Препоручени Опсег густине у ватима Максимална препоручена 316 Дебљина зида омотача Очекивани радни век при максималној дебљини Режим квара при максималној дебљини Алтернативна препорука 80 – 90 степени 8 – 12 В/цм{5}0 мм Тање 10 мм Опште прихват. дуготрајне-прилике 80 – 90 степени 12 – 15 В/цм2 1.4 мм 6 – 8 година Корозија плус термички стрес Стандардна препорука 90 – 100 степени 6 – 10 В/цм2 1.6 мм 5 – 7 година Питтинг на површинским дефектима Смањење за дужи век трајања ден
90 – 100 степени 10 – 12 В/цм² 1,2 мм 4 – 6 година Општа корозија Најтипичнија спецификација 100 – 120 степени 4 – 8 В/цм² 1,2 мм 3 – 5 година Убрзана корозија Узмите у обзир титанијумски омотач
100 – 120 степени 8 – 10 В/цм² 1,0 мм 2 – 3 године Замор од корозије Препоручује се надоградња легуре
>120 степени<5 W/cm² Not advisable Unpredictable Sudden localised corrosion Use titanium or alloy C-276
За примену дејонизоване воде изнад 100 степени, инжењери би требало озбиљно да размотре надоградњу са нерђајућег челика 316 на титанијум или легуру високог{2}}никла као што је легура 22. Титанијум има стопу корозије у дејонизованој води на високим температурама за два реда величине нижи од 316. Ово омогућава дужи радни век подстана и тањи зид. Већи почетни трошак титанијума се често надокнађује ређом заменом и без опасности од металне контаминације у осетљивим операцијама.

Промене дизајна за продужење радног века без повећања дебљине зида цеви
Када је дебео омотач од 316 потребан из механичких разлога као што су ограничење притиска или отпорност на вибрације у примени дејонизоване воде, постоје три прилагођавања дизајна која могу надокнадити убрзану корозију од више површинске температуре. Први и најефикаснији је да се минимизира густина вата. Смањење температуре спољне површине плашта за отприлике 10–15 степени при смањењу густине вати са 12 В/цм² на 6 В/цм² доводи до смањења брзине корозије за 30–40%. Компромис је што ће вам требати дужи или већи грејачи да бисте добили исту укупну снагу. Друга измена је пасивизација површине омотача након његове израде. Пасивациони третман азотном киселином или лимунском киселином елиминише слободно гвожђе и површинске нечистоће како би се створио уједначенији и стабилнији пасивни премаз који је отпоран на почетак корозије. У контролисаним тестовима, пасивизирани омотачи 316 су показали стопе корозије које су 20-30% ниже од оних код непасивираних узорака у дејонизованој води. Трећа измена је контрола хемије воде. Држите растворени кисеоник испод 5 делова на милијарду. Користите покривање азотом или вакуумско дегазирање да бисте то постигли. Ово смањује брзину катодне реакције и спречава корозију. Али веома низак ниво кисеоника такође може довести до нестабилности пасивног филма. Дакле, најбољи је ограничени прозор од 5–50 делова на милијарду. Ова подешавања нису могућа за већину система дејонизоване воде, а контрола дебљине зида је главно средство за контролу века трајања корозије. Уместо да бирају дебљину зида према механичким правилима, инжењери би требало да обавесте произвођача грејача о потребном веку трајања и да затраже израчунати додатак за корозију на основу предвиђене радне температуре и густине у ватима.