Pri kateri specifični kombinaciji koncentracije klorida in površinske temperature plašča preide 1,6-milimetrski plašč iz nerjavečega jekla 316 iz pasivne v aktivno jamičasto korozijo pri ogrevanju atmosferskega hranilnika?

Za procesnega inženirja, odgovornega za električne potopne grelnike v atmosferskih rezervoarjih za shranjevanje, ki vsebujejo raztopine, ki vsebujejo kloride, kot so proizvedena voda, odplake razsoljevanja in industrijska voda za pranje, je razlika med pasivno in aktivno jamičasto korozijo razlika med plaščem iz nerjavečega jekla 316, ki traja deset let ali deset tednov. Toda okoliščine v rezervoarjih za shranjevanje zraka so statične ali se počasi spreminjajo z različnimi koncentracijami klorida zaradi izhlapevanja in razslojevanja, medtem ko je sveža raztopina nenehno v stiku z ovojom v sistemih z neprekinjenim pretokom. Tipična debelina stene je 1,6 mm. Je kompromis med mehansko trdnostjo in praktičnim prenosom toplote. Kritična temperatura pitinga in kritična koncentracija klorida za 316 nista statični števili, ampak vplivata na dvig temperature površine plašča, ki ga povzroča uporabljena gostota v vatih. Ta članek predstavlja koncentracijo klorida in temperaturo površine plašča, pri kateri se 1,6 mm stena spremeni iz pasivne (hitrost korozije<0.05 mm/year) to active pitting (penetration within months).

Kritična jamičasta temperatura in interakcija s kloridom
Kritična temperatura luknjičaste luknjice nerjavečega jekla 316 pri določeni koncentraciji klorida je temperatura, pri kateri lahko stabilne luknjičaste luknjice nastanejo in rastejo. Pod to temperaturo ostane pasivni film nedotaknjen in stopnje korozije so zanemarljive. Gre za inverzno razmerje. Višja kot je koncentracija klorida, nižja je kritična temperatura luknjanja. Kritična temperatura luknjanja je okoli 80oC v 100 ppm klorida. V 1000 ppm klorida se zniža na 55 stopinj. Pri 5.000 ppm klorida pade na 35 C. Pri 10.000 ppm klorida (1 % NaCl) je kritična temperatura luknjičaste luknjice približno 25 stopinj. Toplotni tok iz potopnih grelnikov povzroči, da je temperatura površine plašča 15-40 stopinj višja od temperature rezervoarja. Temperatura površine plašča rezervoarja pri 40 stopinjah z grelnikom 8 W/cm² je lahko 60–70 stopinj. Če je koncentracija klorida v posodi 1000 ppm, je kritična temperatura luknjičaste luknje 55 stopinj presežena in v nekaj tednih se bo pojavila luknjičasta točka. Čas do perforacije, ko se začne piting, določa debelina stene 1,6 mm, kar pri tipičnih stopnjah širjenja 0,5–2,0 mm na mesec pomeni odpoved v 1–3 mesecih.

1,6-milimetrski pragovi kritičnega prehoda
Potopni preskusi s 316 vzorci s površinsko poliranjem, značilnim za valovite grelne ovoje, so dali naslednje prehodne pragove za 1,6 mm steno pri vatni gostoti 6-10 W/cm2. Pričakuje se, da bo temperatura rezervoarja za razsuti tovor 10–20 stopinj nižja od temperature površine plašča.

Koncentracija klorida (ppm) Kritična temperatura luknjanja za 316 (stopinj) Najnižja temperatura površine ovoja za pasivni-na-aktivni prehod Varna temperatura rezervoarja za 1,6 mm ovoj pri 8 W/cm2Nad pričakovano življenjsko dobo Prehod
< 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 ppm< 25 °CBelow 25 degrees CNot safe regardless of temperature Weeks to months
Za rezervoar za shranjevanje s temperaturo v razsutem stanju 50 °C in 1,6 mm ovojom pri 8 W/cm 2 je površinska temperatura ovoja okoli 65-70 °C. Koncentracija klorida mora biti nižja od 500 ppm, da ostane nad kritično temperaturo luknjičaste luknje. Aktivno luknjanje se bo začelo v nekaj tednih pri ključni ravni 55 stopinj s stopnjo klorida 1000 ppm in površinsko temperaturo. Če je vsebnost klorida v posodi večja od 2000 ppm, 316 ni primeren pri nobeni praktični temperaturi v razsutem stanju, ker bo površinska temperatura ovoja, potrebna za ustvarjanje celo majhnega toplotnega toka, višja od kritične temperature za piting.

1,6-milimetrska matrica varne delovne ovojnice
Spodnja tabela navaja najvišjo varno temperaturo rezervoarja za 1,6 mm 316 ovoj pri različnih gostotah v vatih in koncentracijah klorida. Te vrednosti zagotavljajo, da je temperatura površine plašča vsaj 5 stopinj pod kritično temperaturo luknjičaste luknjice za to koncentracijo klorida.

Koncentracija klorida (ppm) POVRŠINSKA TEMPERATURA PLAŠČA POVRŠINSKA TEMPERATURA PLAŠČA POVRŠINSKA TEMPERATURA PLAŠČA (5 W/cm2) (8 W/cm2) Najvišja varna Najvišja varna Najvišja varna Najvišja varna skupna temperatura 12 W/cm²
Pod 100 ppm 75 stopinj 65 stopinj 60 stopinj 50 stopinj 100 – 250 ppm 70 stopinj 60 stopinj 55 stopinj 45 stopinj 250 – 500 ppm 65 stopinj 55 stopinj 50 stopinj 40 stopinj 500 – 750 ppm 60 stopinj 50 stopinj 45 stopinj 35 stopinj 750 – 1000 ppm 55 stopinj 45 stopinj 40 stopinj 30 stopinj 1000 – 1500 ppm 50 stopinj 40 stopinj 35 stopinj 25 stopinj 1500 – 2000 ppm 45 stopinj 35 stopinj 30 stopinj 20 stopinj
2000 ppm Ni varno Ni varno Ni varno Ni varno
Če je izračunana temperatura površine plašča višja od kritične temperature luknjanja za navedeno vsebnost klorida, je napaka zaradi luknjanja neizogibna za katero koli aplikacijo. Debelina stene 1,6 mm ponuja nekaj časa širjenja, vendar je treba šteti, da ima grelnik končno, predvidljivo življenjsko dobo v mesecih in ne letih.

Spremembe zasnove, da se izognemo luknjičastemu prehodu
Blizu meje pasivnega prehoda v aktivne procesne pogoje je mogoče izvesti tri modifikacije zasnove, da se prepreči luknjanje brez spreminjanja materiala plašča ali debeline stene. Prvi je znižanje gostote moči. Ko se temperatura površine plašča zniža za 15–25 stopinj pri 5 W/cm² namesto 10 W/cm², se lahko aktivni režim spremeni v pasivni režim. Druga sprememba je povečanje cirkulacije po celotni površini ovoja. Majhno mešalo ali obtočna črpalka lahko zmanjša dvig temperature površine plašča za 40-60 %, pri čemer ostane plašč pod kritičnim pragom tudi pri zmerni gostoti v vatih. Naslednja sprememba je pritrditev sonde za spremljanje korozije, majhnega kupona 316, ki je električno povezan z grelnim plaščem. Močno povečanje galvanskega toka pomeni začetek aktivnega luknjanja in daje zgodnje opozorilo o predrtju ovoja. Če se koncentracija klorida v rezervoarju spreminja zaradi izhlapevanja ali sprememb šarže, bi morali inženirji določiti 316L z višjim ekvivalentom odpornosti proti luknjičastim luknjam in razmisliti o nadgradnji na nerjavno jeklo 317 (3,5 % molibdena) ali zlitino 825 za zanesljivo dolgoročno delovanje. Prirastni strošek bolj odporne zlitine je na splošno nižji od stroška ene luknjičaste okvare v skladiščnem rezervoarju, vključno s kontaminacijo izdelka, praznjenjem rezervoarja in zamenjavo grelnika. • Ko določate grelnike za rezervoarje za shranjevanje klorida, vedno izmerite dejansko koncentracijo klorida pri predvideni delovni temperaturi. Izračunajte temperaturo površine plašča pri priporočeni vatni gostoti. Za dolgotrajno uporabo z 1,6 mm 316 plaščem se priporoča varnostni blažilnik vsaj 10 stopinj pod kritično temperaturo luknjičaste luknjice.