Зашто отпорност на корозију у пукотини грејног омотача од нерђајућег челика 316 зависи од дебљине зида у хлоридним-процесним течностима?

За инжењере хемијских процеса који специфицирају електричне грејаче за урањање за хлорид-која садрже решења од усисних водова морске воде до расола за прераду хране и резервоара расхладних торњева, навођење нерђајућег челика 316 за материјал омотача је типична одбрана од корозије удубљења и пукотина. Класа садржи 2-3% молибдена који има доказану отпорност на напад хлора преко нерђајућег челика 304. Такође постоји мање уобичајено препознат, али практично важан однос између дебљине зида омотача и времена потребног да корозија пукотина продре кроз зид цеви и да процесна течност уђе у цев. Тањи зидови нису увек мање отпорни на почетак корозије, али када се локализована корозија покрене, преостали радни век је директно пропорционалан преосталој дебљини зида. Овај рад квантификује интеракцију дебљине зида плашта 316, стопе ширења корозије у пукотинама и безбедног радног прозора у агресивним хлоридним срединама, пружајући рационалну основу за спецификацију минималне дебљине зида на основу очекиваног века трајања, а не генеричких препорука материјала.

Механизам корозије пукотина у омотачу од нерђајућег челика 316
Грејни омотачи од нерђајућег челика 316 су подложни корозији у пукотинама на геометријским дисконтинуитетима где су присутни услови стагнирања раствора. Уобичајене локације за пукотине укључују интерфејс између омотача и заптивке прирубнице за монтажу, подручје навојног споја, испод нанесеног каменца или фолија за биообраштање и на контактној тачки између грејача и потпорних конзола. Механизам ради као класична секвенца. Дифузија кисеоника из раствора у расутом стању није довољно брза да допуни кисеоник у пукотини јер је исцрпљен реакцијама корозије. Унутар пукотине, површина је анодна у поређењу са спољашњом. Хлоридни јони дифундују у пукотину да би одржали неутралност наелектрисања, а хидролиза металног хлорида доводи до стварања хлороводоничне киселине и локалног смањења пХ на вредности од чак 2-3. Аутокаталитички процес који се убрзава како иде. Критична температура пукотина у 1% раствору натријум хлорида за нерђајући челик 316 је око 15-20 степени испод критичне температуре удубљења. У пракси, омотач од 316 који може да издржи удубљење у морској води на 50 степени и даље ће имати корозију у пукотинама на местима монтаже ако је пројектован са чврстим, стагнирајућим празнинама. Брзина ширења утврђеног места корозије пукотина кроз зид омотача је реда 0,5 – 2,0 мм/годишње у топлим растворима хлорида у зависности од концентрације хлорида, температуре, пХ и присуства оксидационих агенаса. Утврђено је да је брзина ширења готово независна од почетне дебљине зида-али време до перфорације зависи директно од дебљине.

Квантитативни однос између дебљине зида и времена перфорације
Безбедан радни век омотача 316 пре перфорације за дати скуп околности процеса и фиксну брзину ширења пукотина је приближно једнак почетној дебљини зида подељеној са стопом ширења. Овај однос претпоставља да се иницијација већ десила и да је опрезна претпоставка дизајна за агресивну употребу хлорида. Узмите омотач од 316, дебљине зида 1,0 мм, у морској води од 60 степени, са утврђеном стопом ширења корозије у пукотинама од 0,8 мм/годишње. Време за иницијацију пукотина до перфорације је око 1,25 година. За поређење, исти грејач са дебљином зида од 2,0 мм би преживео 2,5 године пре него што би перфорација - удвостручила безбедни радни век. За омотач од 2,5 мм време се повећава на 3,1 година. Ова линеарна веза је потврђена подацима о кваровима на терену из обалних хемијских постројења. Прегледом 316 урањајућих грејача у кућишту у системима за хлађење бочатом водом на 50-70Ц откривено је да су се први кварови на перфорацији догодили на јединицама са дебљином зида од 1,2 мм након просечних 14 месеци рада. Јединице истог произвођача, са истом хемијом воде, али са дебљином зида од 1,8 мм у просеку су 26 месеци до првог квара. Јединице са дебљином зида од 2,5 мм, које су обично потребне за веће оцене притиска, у просеку су 38 месеци. Важно је да су се сви кварови десили на локацијама пукотина-интерфејса прирубница и контактних локација подршке, а не на слободној површини цеви. Линеарни однос између дебљине и века трајања је изузетно очуван, показујући да када је корозија у пукотини покренута, дебљина зида директно контролише време у коме је грејач остао непропустан.

Топлотни ефекти дебљих зидова у корозивној служби
Корозија од корозије дебљих зидова мора бити избалансирана са топлотном казном описаном раније у овој серији. Плашт од 2,5 мм од 316 има око 60% већу топлотну отпорност од омотача од 1,2 мм са истим спољним пречником. Да би се обезбедила иста брзина загревања процеса, грејач са дебљим омотачем мора или да ради на вишим унутрашњим температурама жице или да буде физички дужи да би обезбедио већу површину при истој густини вати. Оба су последична. Повећана температура жице доводи до оксидације отпорне жице и оштећења изолације од магнезијум оксида. Животни век целог грејача може бити ограничен електрично, а не због корозије. У контејнерима где има мало простора или постоје продори кроз млазницу, проширење грејача можда неће бити практично. Практични одговор је разумети да је у високо корозивним хлоридима, век продирања корозије често контролно ограничење. У многим околностима дебљи зид није последица конзервативизма, већ захтева за минимално прихватљивим веком трајања од две до пет година између замене. Недостатак топлотне ефикасности је препознат као цена за поузданост.

Матрица за избор дебљине зида за сервис хлорида на основу потребног радног века
Следећа табела приказује препоручену минималну дебљину омотача од 316 за грејаче за урањање у индустријске течности-који садрже хлорид. Вредности су засноване на континуираном раду, доступности места за пукотине (прирубнице, навоји или ослонци) и циљу од најмање 2 године непропусне{4}} службе пре него што ризик од перфорације постане значајан. Тањи зидови могу бити дозвољени за примену где нема места пукотина (нпр. глатка бешавна цев која виси са врха резервоара без контактних тачака). Међутим, такви дизајни су ретки у пракси.

Концентрација хлорида и температура процеса Измерена или процењена брзина ширења пукотина Минимум 316 Дебљина зида омотача за 2-годишњи радни век Минимум 316 Дебљина зида омотача за 4-годишњи животни век Препоручена густина у ватима Смањење густине морске воде (19,000 ппм – 40 ппм Цл), 0⁻40 ппм Цл. мм/год 1,2 мм 2,0 мм 10% стандарда
Морска вода (19.000 ппм Цл⁻), 50-70 степени 0.8 - 1.2 мм/годишње 2,0 мм 3,0 мм (размотрите Инцолои 825) 20% од стандарда
Слатка вода (5.000 ппм Цл⁻), 40–60 степени 0,3 – 0,5 мм/годишње 1,0 мм 1,6 мм Није потребно
Разблажени слани раствор (1.000 до 3.000 ппм Цл⁻), 80-95 степени 0.6 - 1.0 мм/годишње 1,6 мм 2,5 мм 15% од стандардног
Вода расхладног торња (500 ппм Цл⁻, висок кисеоник), 30–50 степени 0,2 – 0,3 мм/годишње 0,8 мм 1,2 мм Није потребно
Хемијски поступак (10% раствор НаЦл), 90-100 степени 1,5 – 2,0 мм/годишње 3,0 мм (не препоручује се промена легура)316 25% смањење вредности сматра се да надоградња легуре није изводљива
Ова табела претпоставља постојање места пукотина које није могуће уклонити пројектом. За радни век дужи од четири године, нерђајући челик 316 је маргиналан, независно од дебљине зида, у топлим условима високог -хлорида. У неким околностима, прелазак на вишу легуру као што је Инцолои 825 (42% никла, 21% хрома, 3% молибдена) или титанијума обезбеђује суштински супериорну отпорност на корозију у пукотинама, али уз већу цену материјала. Поред тога, ове алтернативне легуре често имају редове величине нижу брзину ширења и тако се дебљина зида може смањити.

Промене дизајна за смањење ризика од корозије пукотина без повећања дебљине зида
Инжењери би у почетку требало да погледају промене дизајна које смањују вероватноћу настанка пукотине пре него што прихвате топлотну казну дебљег зида. Најбоља ствар коју можете учинити је да се у потпуности ослободите пукотина. Грејач на глатком омотачу без навоја 316 са завареном прирубницом за монтажу и без заптивног интерфејса или контакта са носачима може имати много дужи век од тањег зида са пукотинама. Потпуна пенетрација заварује тло у равни са површином, избегавајући преклапање металних површина Употреба неупијајућих материјала за заптивке, као што је експандирани ПТФЕ, може смањити озбиљност пукотина Други начин је коришћење катодне заштите. Везивање аноде од цинка или алуминијума на прирубницу за монтажу грејача може померити потенцијал омотача 316 у опсег где је иницијација корозије у пукотинама смањена. Теренски тестови система за хлађење сланом водом су показали да катодно заштићени омотачи од 1,6 мм 316 имају очекивани животни век једнак омотима од 2,5 мм без заштите. Трећи начин је периодично хемијско чишћење како би се елиминисало биолошко обраштање и наслаге каменца које формирају места пукотина. Чак и годишње испирање воде или третман биоцидом може у великој мери да минимизира период стања пукотина на површини омотача.

Закључак: Спецификација дебљине омотача као алат за управљање животним веком корозије 316
Дебљина зида је двоструко-важнија када инжењери бирају електричне грејне елементе умотане од нерђајућег челика 316 за процесне течности које садрже хлориде. Обезбеђује механичку чврстоћу и задржавање притиска, као што смо поменули у претходним одељцима. Међутим, он такође функционише као додатак корозији, материјална резерва за животни век грејача у смислу непропусности-непропусности након иницирања корозије у пукотинама. Темпо ширења напада пукотина у топлим хлоридима је веома предвидљив, 0,5 до 1,5 мм сваке године, у зависности од услова. Стога је минимална дебљина зида директно одређена жељеним веком трајања. Грејач који би требало да издржи две године у морској води од 60 степени треба да има дебљину зида од најмање 1,6-2,0 мм. Грејач може бити сасвим задовољавајући са 1,0 мм и трајати шест месеци. Технички избор није ако је 316 "погодан" за сервис хлорида у апсолутном-, већ одговара дебљини зида потребном интервалу замене. Инжењери треба да обавесте добављача о предвиђеном садржају хлорида, радној температури и циљном веку трајања када одређују грејаче за корозивну употребу. Испоручилац стога може препоручити дебљину зида која уравнотежује век трајања корозије и термичке перформансе, избегавајући превремене кварове на перфорацији и непотребну топлотну казну претерано специфициране дебљине. Ако гледате на радни век дужи од четири године у топлим хлоридима, искрен технички савет је да промените легуру уместо да продужите дебљину зида од 316 преко 2,5 мм, јер топлотне и трошковне казне постају превисоке.