Pri kateri specifični kombinaciji koncentracije organske kisline in temperature površine ovoja je treba 1,2-milimetrski ovoj iz nerjavečega jekla 316 zamenjati vsakih devet mesecev v servisu CIP citronske kisline za predelavo pijač?

Citronska kislina je industrijska standardna kemikalija za odstranjevanje vodnega kamna in čiščenje za čisti-in-sisteme za vzdrževalne inženirje pri predelavi pijač, mlečnih izdelkih in proizvodnji hrane. Tipične CIP raztopine uporabljajo 1–3 % citronske kisline pri 70–85 °C. Ti grelniki imajo običajno 1,2 mm ovoj iz nerjavečega jekla 316, ki omogoča hiter temperaturni odziv in se prilega omejenemu območju, ki je na voljo na drsnikih CIP. Vendar pa lahko pri nekaterih kombinacijah koncentracije citronske kisline in visoke površinske temperature plašča zaradi vatne gostote povečana splošna korozija omeji življenjsko dobo na devet mesecev ali manj. Ta dokument določa natančne lokacije, kjer je treba zamenjati 1,2 mm ovoj 316 vsakih devet mesecev med servisiranjem CIP s citronsko kislino.

Visokotemperaturno korozijsko obnašanje 316 v citronski kislini
Citronska kislina je šibka organska kislina in ni tako agresivna kot mineralne kisline, vendar lahko kljub temu povzroči precejšnjo korozijo nerjavečega jekla 316 pri ekstremnih temperaturah. Citronska kislina se razlikuje od klorovodikove ali žveplove kisline po tem, da ne povzroča luknjičaste tvorbe, temveč enakomerno celotno korozijo. 316, ki kaže stopnje korozije pod 0,05 mm na leto pri koncentracijah pod 5 % pri temperaturah pod 70 °C. Hitrost korozije se ravna po Arrheniusovem zakonu z naraščajočo temperaturo. Pri 80 °C je stopnja v 2% citronski kislini približno 0,1-0,2 mm na leto. Pri 90 stopinjah znaša 0,3-0,6 mm vsako leto. Stopnje so večje od 1 mm/leto pri 100 °C. Za plašč debeline 1,2 mm je minimalna strukturna debelina za zadrževanje tlaka reda 0,5 mm. Stopnja korozije je 0,93 mm/leto. Penetracija korozije po 9 mesecih je 0,7 mm (od 1,2 mm do 0,5 mm). Devetmesečna meja zamenjave je izpolnjena, ko kombinacija koncentracije citronske kisline in temperature površine ovoja povzroči stopnjo korozije približno 0,8-1,2 mm na leto.

Kritični pragovi 9-mesečne življenjske dobe
Potopno testiranje 316 vzorcev v raztopinah citronske kisline pri temperaturah, ki so reprezentativne za storitev CIP za pijače, kaže, da bodo naslednje kombinacije koncentracije kisline in temperature površine plašča zagotovile devet-mesečno največjo življenjsko dobo za debelino stene 1,2 mm.

Koncentracija citronske kisline (masa %) Temperatura raztopine v razsutem stanju Temperatura površine plašča pri 8 W/cm² (dvig za 20 °C) Pričakovana stopnja korozije pri temperaturi površine Čas za zmanjšanje 1,2 mm do 0,5 mm Življenjska doba do zamenjave 1 % 75 °C 95 °C 0,20 – 0,35 mm/leto 2,0 – 3,5 leta 2,5 – 4 leta 1 % 80 °C 100 °C 0,35 – 0,60 mm/leto 1,2 – 2,0 leta 1,5 – 2,5 leta 1 % 85 °C 105 °C 0,60 – 1,00 mm/leto 0,7 – 1,2 leta 0,9 – 1,5 leta 2 % 70 °C 90 °C 0,20 – 0,35 mm/leto 2,0 – 3,5 leta 2,5 – 4 leta 2 % 75 °C 95 °C 0,35 – 0,60 mm/leto 1,2 – 2,0 leta 1,5 – 2,5 leta 2 % 80 °C 100 °C 0,60 – 1,00 mm/leto 0,7 – 1,2 leta 0,9 – 1,5 leta 2 % 85 °C 105 °C 1,00 – 1,50 mm/leto 0,5 – 0,7 leta 0,6 – 0,9 leta 3 % 65 °C 85 °C 0,20 – 0,35 mm/leto 2,0 – 3,5 leta 2,5 – 4 leta 3 % 70 °C 90 °C 0,35 – 0,60 mm/leto 1,2 – 2,0 leta 1,5 – 2,5 leta 3 % 75 °C 95 °C 0,60 – 1,00 mm/leto 0,7 – 1,2 leta 0,9 – 1,5 leta 3 % 80 °C 100 °C 1,00 – 1,50 mm/leto 0,5 – 0,7 leta 0,6 – 0,9 leta 4 % 60 °C 80 °C 0,25 – 0,40 mm/leto 1,8 – 2,8 leta 2 – 3,5 leta 4 % 65 °C 85 °C 0,40 – 0,70 mm/leto 1,0 – 1,8 leta 1,2 – 2 leti 4 % 70 °C 90 °C 0,70 – 1,20 mm/leto 0,6 – 1,0 leta 0,8 – 1,2 leta 4 % 75 °C 95 °C 1,20 – 2,00 mm/leto 0,4 – 0,6 leta 0,5 – 0,7 leta
Za sistem CIP za pijačo z 2 % citronske kisline pri temperaturi v razsutem stanju 80 stopinj in 1,2 mm ovoja pri 8 W/cm 2 je temperatura površine ovoja okoli 100 stopinj. Predvidena stopnja korozije je 0,6-1,0 mm/leto, kar bo zmanjšalo steno debeline 1,2 mm na 0,5 mm v 0,7-1,2 letih. Devetmesečna zamenjava je upravičena. Znižanje skupne temperature na 75 °C zmanjša temperaturo površine na 95 °C, stopnjo korozije na 0,35–0,60 mm/leto in življenjsko dobo na 1,5–2,5 let.

Devetmesečni urnik zamenjave Varna delovna ovojnica
Naslednja tabela prikazuje najvišjo varno temperaturo citronske kisline v razsutem stanju za 1,2 mm ovoj iz 316, ki zagotavlja vsaj devet mesecev življenjske dobe, preden degradacija stene na 0,5 mm zahteva zamenjavo pri različnih gostotah v vatih.

Watt gostota (povečanje temperature) Najvišja nasipna temperatura za 1 % citronske kisline Najvišja nasipna temperatura za 2 % citronske kisline Najvišja nasipna temperatura za 3 % citronske kisline Najvišja nasipna temperatura za 4 % citronske kisline 4 W/cm² (dvig za 10 °C) 88 °C 83 °C 78 °C 73 °C 6 W/cm² (15 °C) dvig) 83°C 78°C 73°C 68°C 8 W/cm² (20°C dvig) 78°C 73°C 68°C 63°C 10 W/cm² (25°C dvig) 73°C 68°C 63°C 58°C 12 W/cm² (30°C dvig) 68°C 63°C 58°C 53°C
Varna meja količine je 73 stopinj za tipičen sistem CIP za pijačo, ki uporablja 2 % citronske kisline pri temperaturi mase 80 stopinj z 8 W/cm2 (dvig 20 stopinj, površina 100 stopinj). Grelec deluje nad varno mejo pri 80 stopinjah C in ni mogoče zagotoviti devetmesečne življenjske dobe. Zmanjšanje vatne gostote na 4 W/cm2 (10-stopinjski dvig, 90-stopinjska površina) ima za posledico varno mejo prostornine 83 stopinj, kar zadostuje za devet-mesečno zamenjavo pri 80 stopinjah.

Spremembe načrta za življenje po devetih mesecih
Če pogoji CIP za pijačo zahtevajo 1,2 mm ovoj 316 in devet-mesečna življenjska doba ni dovolj, lahko tri prilagoditve podaljšajo življenjsko dobo. Prvi je uporaba daljšega grelnika za zmanjšanje gostote vatov. Zmanjšanje gostote moči z 8 W/cm² na 4 W/cm² povzroči znižanje površinske temperature z 20 °C na 10 °C, režim pa se spremeni z 9 mesecev na 1,5-2,5 leta. Druga prilagoditev je zmanjšati čas izpostavljenosti citronski kislini z aktiviranjem grelnika izključno med fazami ogrevanja in ne med recirkulacijo. Grelnik, ki deluje 2 uri na dan namesto 24 ur na dan, bo trajal 12-krat dlje v koledarskem času. Končna sprememba je dodatek zaviralca korozije. Komercialni inhibitorji citronske kisline lahko znižajo stopnjo korozije za 40–60 %. Inženirji bi morali določiti višjo zlitino, kot je zlitina 825 ali titan za sisteme CIP, ki delujejo neprekinjeno in zahtevajo 3-4 % citronske kisline pri 80-85 stopinjah. Ti materiali kažejo stopnje korozije manj kot 0,05 mm/leto v citronski kislini pri temperaturah do 100 °C. Ko določate grelnike za storitev CIP za pijačo, vedno navedite dejansko vsebnost citronske kisline, temperaturo v razsutem stanju, pričakovan delovni cikel in želeni interval zamenjave. Proizvajalec, ki določi 316 za 3 % citronsko kislino pri 85 stopinjah, ne da bi razpravljal o pričakovani življenjski dobi, ni odgovoren. Predvidljivo razmerje koncentracije, nasipne temperature in vatne gostote obstaja za devetmesečni prag zamenjave za 1,2 mm 316 ovoj v storitvi CIP citronske kisline, kar zagotavlja natančno napoved življenjske dobe grelnika in načrtovanje vzdrževanja v obratih za predelavo pijač.