Kakšna je-debelina plašča na podlagi dokazov za grelnike iz nerjavečega jekla 316 v 5-odstotni raztopini natrijevega hipoklorita pri 40 stopinjah s prekinitvami delovnih ciklov?
Pustite sporočilo
Temeljni kompromis-pri storitvah za oksidacijo klora
Natrijev hipoklorit (NaOCl) je eden najbolj agresivnih pogojev za katero koli nerjavno jeklo. Ta močan oksidacijski biocid se pogosto uporablja pri čiščenju vode, beljenju in sanitarijah. Vpliva na nerjavno jeklo 316 z mehanizmom, ki je drugačen od kloridnega pitinga. Hipokloritni ioni lahko oksidirajo pasivni film kromovega oksida neposredno v topne kromatne vrste, s čimer odstranijo zaščitno plast in izpostavijo spodnjo kovino hitremu napadu. 316 nerjavno jeklo je podvrženo merljivi enakomerni koroziji in nevarnejšemu jamičastemu in napetostnemu korozijskemu razpokanju pri koncentracijah tako nizkih kot 5 % in temperaturah 40 o C. Odločitev o plašču debelina je kompromis med dovolj kovine, da se spopade s predvideno globino korozije, in dejstvom, da nobena izvedljiva debelina ne bo zagotovila dolge življenjske dobe, če se bo v tej ureditvi uporabljala električna grelna cev, četudi samo občasno. Ta analiza podaja-priporočila glede debeline na podlagi dokazov za nerjavno jeklo 316 v uporabi z razredčenim hipokloritom, ki temelji na objavljenih podatkih o koroziji in izkušnjah na terenu pri komunalnem čiščenju vode in sanitarni obdelavi hrane.
Korozijski mehanizmi in izmerjene stopnje penetracije v hipokloritu.
Odziv na korozijo nerjavečega jekla 316 v raztopinah natrijevega hipoklorita kaže predvidljiv vzorec glede na koncentracijo, temperaturo, pH in čas izpostavljenosti. % Laboratorijske potopne študije pri 40 stopinjah na NaOCl s pH, prilagojenim na 9-10 (običajno za komercialna belila), razkrivajo enotne stopnje korozije 0,3–0,8 mm/leto. Višja meja tega območja je, ko je raztopina prezračena ali premešana, kar nadomesti koncentracijo hipoklorita na kovinski površini. Tako bi se stena debeline 1,2 mm preluknjala v 1,5-4 letih pri neprekinjeni potopitvi. Večina aplikacij segrevanja s hipokloritom pa je občasne narave – grelec deluje le v določenih ciklih, raztopino pa je mogoče med aplikacijami izprazniti, razredčiti ali nevtralizirati. Z občasnim razporedom ogrevanja za dve uri na dan je lahko efektivna stopnja korozije 0,05 do 0,15 mm na leto, kar daje teoretično življenjsko dobo od 8 do 24 let za 1,2 mm steno. To znatno zmanjšanje je posledica tega, da korozivni napad potrebuje aktivni hipoklorit in visoko temperaturo. Med cikli izklopa se raztopina ohladi in hipoklorit razpade, zaradi česar je stopnja korozije skoraj nična. Bolj škodljiv mehanizem okvare je luknjanje v hipokloritu. Celo pri 40 stopinjah je kritična temperatura luknjičaste luknje nerjavečega jekla 316 v 5 % NaOCl presežena in luknjičasta temperatura se lahko pojavi v samo nekaj urah izpostavljenosti. Ko nastane jamica, se globina jamice povečuje s hitrostjo 0,5–1,5 mm/leto, neodvisno od enotne stopnje korozije. Če so pogoji raztopine naklonjeni nastanku jame, lahko ena sama jamica predre steno 1,5 mm v 1-3 letih tudi s sporadično aktivnostjo. Podatki s terena o napakah v grelnikih iz nerjavečega jekla rezervoarja za hipoklorit 316 jasno kažejo, da v mehanizmu perforacije prevladuje luknjastost in ne enakomerno redčenje. Zato je treba priporočila glede debeline oblikovati na podlagi hitrosti širjenja jam in ne na splošnih tolerancah korozije.
Toplotne meje in praktične omejitve ogrevanja
Raztopine natrijevega hipoklorita je težko segreti, ker je hipoklorit termično nestabilen in hitreje razpade z naraščajočo temperaturo. blizu 40 stopinj je stopnja razgradnje zmerna, vendar se pospeši blizu površine plašča, kjer lahko temperatura doseže 60-80 stopinj za raztopino v razsutem stanju 40 stopinj. Korozijo povzročajo tako kisikovi kot kloridni ioni (stranski produkti razgradnje hipoklorita). Za dano vhodno moč debelejši ovoj povzroči višjo površinsko temperaturo, kar ima za posledico pozitivno povratno zanko hitrejše razgradnje in višjo koncentracijo klorida na kovinski površini. Pri tipičnem potopnem grelniku z gostoto vatov 6–8 W/cm^2 v 40-stopinjski tekočini 1,2-milimetrska stena ohranja temperaturo plašča približno 55-60 stopinj. Pri debelini stene 2,0 mm se ta poveča na 70-80 stopinj. Stopnja razgradnje hipoklorita je približno trikrat večja pri 70 stopinjah kot pri 55 stopinjah. Lokalno ustvarjen dodaten klorid lahko zmanjša potencial luknjičaste luknjice nerjavečega jekla in tako lahko dodatno spodbudi začetek pitiranja. Toplotno modeliranje razkriva, da je treba temperaturo ovoja vzdrževati pod 60 stopinj, da bi se izognili pospešenemu razkroju pri delu s hipokloritom. Ta omejitev dejansko določa največjo izvedljivo debelino stene. Za cev z zunanjim premerom 12 mm in hipokloritom 40 stopinj je največja debelina stene približno 1,6-1,8 mm, da ohrani temperaturo plašča pod 60 stopinj pri gostoti vatov 5 W/cm2. Pri 8 W/cm2 lahko debelina stene že 1,2 mm preseže 60 stopinj in tako večje stene ne le niso potrebne, ampak so toplotno prepovedane.
Priporočila- glede debeline na podlagi dokazov za različne razporede dela
Za intermitentno ogrevanje s hipokloritom, pri katerem grelnik uporabljamo manj kot 4 ure vsak dan s tedenskim izpustom ali redčenjem, bi zadostovala debelina 1,2 do 1,5 mm za življenjsko dobo 3 let. Povprečna dovoljena korozija med 3 leti občasne izpostavljenosti (ocenjeno 0,15-0,45 mm) pusti vsaj 0,75 mm preostale stene. Tveganje luknjičastih lukenj je nadzorovano z omejevanjem temperature plašča. 316 nerjaveče jeklo je slaba izbira za vse aplikacije, ki zahtevajo stalno segrevanje, kot je vzdrževanje rezervoarja za shranjevanje belila pri 35-40 stopinjah C, da se prepreči kristalizacija, ne glede na debelino. Dosledne stopnje korozije so 0,3-0,8 mm/leto pri stalni izpostavljenosti, zato bi stena debeline 2,0 mm trajala le 2,5-6,5 let. Bolj kritično je, da se jamice lahko začnejo in širijo z nenehnim segrevanjem. Podatki s terena iz komunalnih čistilnih naprav, ki so poskušale uporabiti potopne grelnike iz nerjavečega jekla 316 v neprekinjenem obratovanju s hipokloritom, kažejo na povprečno napako po 12-24 mesecih, tudi pri debelinah sten 2,5-3,0 mm. Napake so običajno povezane z luknjicami, niti ne z obrabo. Če je grelnik odstranjen in očiščen, je razumna varnostna rezerva debelina stene od 1,5 do 1,8 mm za občasno delovanje s podaljšanimi izklopi. Debelina nad 1,2 mm ni primarno namenjena za zaščito pred korozijo, ampak za mehansko trdnost pred poškodbami pri rokovanju med odstranjevanjem in ponovnim nameščanjem, kar je značilno pri sanitarnih aplikacijah.
Za aplikacije z zelo kratkimi cikli segrevanja, npr. segrevanje raztopine hipoklorita od 20 stopinj do 40 stopinj enkrat na dan za serijsko dezinfekcijo, je lahko primerna debelina od 1,0 do 1,2 mm. Kratek čas izpostavljenosti zmanjša celotno prodiranje korozije, toplotna učinkovitost tanke stene pa skrajša čas segrevanja, kar dodatno omejuje izpostavljenost. Toda vsaka jamica, ki se je začela v ciklu segrevanja, bo še naprej rasla med ohlajanjem, dokler je hipoklorit v stiku s kovino. Izjemno priporočljivo je, da raztopino izpraznite ali nevtralizirate po vsaki seriji. V vseh okoliščinah dokazi podpirajo zgornjo mejo 2,0 mm za nerjavno jeklo 316 pri delu s hipokloritom. Nad to debelino toplotna kazen dvigne temperaturo plašča v območje hitrega razpada hipoklorita, dodatna kovina pa ne podaljša življenjske dobe sorazmerno, ker okvaro nadzoruje luknjičasta korozija, ne enotna korozija.
Alternativni materiali in strategije oblikovanja, ki prekašajo debelejše stene
Ko gre za ogrevanje s hipokloritom, je sprememba materiala plašča skoraj vedno boljša izbira kot dodajanje debeline nerjavnemu jeklu 316. Titan (razred 2 ali 7) je industrijski standard za segrevanje raztopin natrijevega hipoklorita. V hipokloritu titan razvije trpežen pasivni film in je odporen proti luknjanju do koncentracij 15 % in temperatur od 80 do 90 stopinj. Titanov plašč debeline 1,0–1,2 mm bo dolgotrajnejši od 3,0 mm ovoja iz nerjavečega jekla 316 za faktor deset ali več. Začetni strošek titana se kmalu nadomesti z krajšim časom nedelovanja in manj zamenjavami. V odsotnosti titana lahko fluoropolimerne prevleke, kot sta PTFE ali PFA, nanesemo na ovoj iz nerjavečega jekla 316. Ti premazi ščitijo kovino pred raztopino hipoklorita in popolnoma odpravijo korozijo. Lahko pa se premazi mehansko poškodujejo in je treba z njimi ravnati previdno. Prevlečen grelec (1,2 mm jedro iz nerjavečega jekla 316, 0,3-0,5 mm plast PTFE) je veliko bolj učinkovit kot 2,5 mm neobdelan ovoj 316. Končno se gostota vatov zmanjša na 3-4 W/cm 2 z uporabo daljših ali več grelnikov, ohranjanjem temperature ovoja znotraj 5-10 stopinj raztopine v razsutem stanju in zmanjševanjem nevarnosti razgradnje hipoklorita in luknjičaste luknje. Pri občasni uporabi lahko 1,2 mm ovoj iz 316 zagotovi zadovoljivo življenjsko dobo pri nizki vatni gostoti.
Zaključek: Teža dokazov za debelino vnosa hipoklorita
Pri izbiri debeline plašča za grelnike iz nerjavečega jekla 316 v 5 % natrijevem hipokloritu pri 40 stopinjah je treba upoštevati, da material deluje na meji svoje kemične odpornosti. Preizkušanje korozije in napake na terenu kažejo, da je luknjičasta obraba glavni dejavnik, ki določa življenjsko dobo, in da večje stene dajejo manjšo donosnost nad najmanjšo debelino 1,2–1,5 mm. Za občasno delovanje z manj kot štirimi urami ogrevanja na dan in rednim odvajanjem ali redčenjem je izbira debeline pragmatična. 1.4-1.6 mm je dovolj debel, da preživi občasne luknje dve do tri leta, vendar dovolj tanek, da ohranja temperature plašča pod 60 stopinj pri zmerni gostoti v vatih. Za neprekinjeno ogrevanje ali kakršno koli uporabo, pri kateri grelnika ni mogoče odstraniti in občasno pregledati, nerjavno jeklo 316 ni sprejemljivo ne glede na debelino, zato je treba izbrati titanove ali prevlečene ovoje. Specifikacija javnega naročila za storitve s hipokloritom mora določati največjo gostoto v vatih (4 W/cm 2 ali manj), predviden dnevni čas ogrevanja in ali je potrebno neprekinjeno delovanje za titanove ali prevlečene alternative. To obrne razpravo o načrtovanju stran od neproduktivnega lova na vedno debelejše stene 316 k materialom in sistemskim rešitvam, ki resnično rešujejo problem korozije.
