Millä erityisellä rikkihapon pitoisuuden kynnysarvolla 1,2 millimetrin ruostumattomasta teräksestä valmistettu 316-teräsvaippa vaatii jälki-hitsauksen hehkutuksen estämään rakeiden välistä korroosiota sähköuppolämmittimissä?

Kunnallisissa ja teollisuuden jätevedenpuhdistamoissa sähkövastuslämmittimistä huolehtivat laitoshuoltoinsinöörit kohtaavat vaikean korroosioympäristön vaihtelevien kloridipitoisuuksien, biologisten prosessien aiheuttamien kohonneiden lämpötilojen ja ajoittaisen käytön vuoksi. Toisin kuin puhtaassa kemiallisessa palvelussa, jossa pitoisuuksia valvotaan, jäteveden kloridipitoisuudet vaihtelevat teollisuuspäästöjen, tiesuolan valumisen ja haihdutuksen mukaan käsittelyaltaissa. Tämä pätee usein 1,2 mm 316 ruostumattomasta teräksestä valmistettuun vaippaan, jolla on hyvä tasapaino kustannusten ja yleisen korroosionkestävyyden välillä näissä sovelluksissa. Mutta jos kloridipitoisuus ja vaipan pinnan lämpötila ylittävät tietyt rajat, pisteläpäisyä voi kehittyä kuudessa kuukaudessa, mikä edellyttää toistuvaa ja kallista vaihtoa. Tässä artikkelissa tunnistetaan optimaalinen kloridipitoisuuden ja vaipan pintalämpötilan yhdistelmä, joka rajoittaa 1,2 mm 316 vaipan käyttöikään kuuden kuukauden ajaksi jäteveden lämmityspalvelussa.

Pistojen tunkeutumisen kinetiikka 316:ssa, joka on alttiina kloridi-pitoiselle jätevedelle
Sähkökemiallisesta näkökulmasta 316:n pistesyöpymiskäyttäytyminen jätevedessä on samanlainen kuin puhtaampien kloridiliuosten, mutta sitä parantaa biologinen aktiivisuus, suspendoituneet hiukkaset ja muuttuva pH. Kloridia on tavallisesti jätevedessä 100 ppm - 2 000 ppm, ja yli 5 000 ppm piikit teollisten päästöjen aikana. 316 500 ppm:ssä kloridi on noin 60 °C. In 1000 ppm kloridin kriittinen pistekorkeuslämpötila lasketaan 50 asteeseen. 2 000 ppm kloridia se laskee 40 asteeseen. Käytetty wattitiheys (yleensä 5–10 W/cm² jätevesihuollossa) saa vaipan pinnan lämpötilan olemaan 15–30°C sähkövastusjätevesilämpötilan yläpuolella. Käsittelyaltaassa, jota pidetään 35 °C:ssa ja jonka lämmitin on 8 W/cm², vaipan pintalämpötila on 50-60 °C. Jos kloridipitoisuus vedessä on tuolloin 1000 ppm, kriittinen pistekorkeuslämpötila 50°C ylittyy ja pistesyöpyminen tapahtuu päivien sisällä. Kuopat leviävät nopeudella 0,5–2,0 mm/kk, kun ne on aloitettu lämpimässä jätevedessä, rikkoen 1,2 mm:n seinämän 3–12 viikossa. Siten kuuden kuukauden korvauskriteeri saavutetaan, jos pistekorvaus alkaa ensimmäisen kuukauden aikana ja leviäminen saatetaan päätökseen seuraavan viiden kuukauden aikana.

Kuuden-kuukauden elinkaaren kriittinen kloridi-lämpötilayhdistelmät
316 näytteen upotustestien tulokset simuloidussa normaalin biologisen aktiivisuuden omaavassa jätevedessä (pH 6,5-7,5, kohtalaiset suspendoituneet hiukkaset) osoittavat seuraavat bulkkikloridipitoisuuden ja vaipan pintalämpötilan yhdistelmät, jotka antavat 1,2 mm:n seinälle enintään kuuden kuukauden käyttöiän: Arvot ovat jatkuvalle toiminnalle normaalilla wattia 26-8 denscm.

Bulkkikloridipitoisuus (ppm) Kriittinen vaipan pinnan lämpötila kuopan aloitusta varten 30 päivän sisällä Kuopan etenemisnopeus (mm/kk) tässä lämpötilassa Aika 1,2 mm:n tunkeutumiseen käynnistyksen jälkeen Kokonaiskäyttöikä (aloitus + leviäminen) 300 – 500 ppm Yli 70 astetta 0,4 – 0,7 kk 0,7 –0 kk 0,7 – 3 kuukautta 800 ppm Yli 60 astetta 0,6 - 1,0 mm/kk 1,5 - 2 kuukautta 2 - 3 kuukautta 800 - 1 200 ppm Yli 55 astetta 0,8 - 1,2 mm/kk 1 - 1,5 kuukautta 1,5 - 2,5 kuukautta -1 pp 50000 1,0 - 1,5 mm/kk 0,8 - 1,2 kuukautta 1 - 2 kuukautta 1 500 - 2 000 ppm Yli 45 astetta 1,2 - 1,8 mm/kk 0,7 - 1 kk 1 - 1,5 kuukautta 2 000 - 3 000 ppm.0/3 000 ppm.0 – 0,8 kuukautta 1 – 1,5 kuukautta
>3,000 ppm>35°C >2,0 mm/kk Alle 0,6 kkAlle 1 kk
Kuuden kuukauden käyttöiän osalta kloridipitoisuuden ja vaipan pinnan lämpötilan tulon on sallittava vähintään kolme kuukautta kuopan alkamiseen ja kolme kuukautta lisääntymiseen. Tämä tapahtuu vain, kun vaipan pinnan lämpötila on vähintään 5–10 °C kyseessä olevan kloridipitoisuuden kriittisen pistesyöpymislämpötilan alapuolella. Vaipan pinnan lämpötilan tulee olla alle 55 °C 500 ppm kloridille. Jos kloridipitoisuus on 1 000 ppm, sen on oltava alle 45 °C. 2 000 ppm:n kloridille sen on oltava alle 35 astetta.

Turvallinen käyttökirje 6 kuukauden käyttöikä
Suurin sallittu bulkkijäteveden lämpötila 1,2 mm 316 vaippalle eri wattitiheydillä kuuden kuukauden käyttöiän saavuttamiseksi eri kloridipitoisuuksilla on annettu oheisessa taulukossa. Arvot takaavat, että vaipan pintalämpötila on vähintään 5 astetta alle annetulle kloridipitoisuudelle kriittisen pistesyöpymislämpötilan.

Kloridipitoisuusalue (ppm) Kriittinen pistelämpötila miinus 5 °C Turvamarginaali Turvallinen enimmäislämpötila 5 W/cm² (15 °C nousu) Suurin turvallinen bulkkilämpötila 8 W/cm² (25 °C nousu) Suurin turvallinen bulkkilämpötila 10 W/cm² (30 °C)
Alle 300 ppm 75°C 60°C 50°C 45°C 300 – 500 ppm 65°C 50°C 40°C 35°C 500 – 800 ppm 55°C 40°C 30°C 25°C 1,800 ppm 30°C 20°C 15°C 1200 – 1500 ppm 40°C 25°C 15°C 10°C 1500 – 2000 ppm 35°C 20°C 10°C Ei mahdollista
Above 2 000 ppm Below 30° Ei saatavilla Ei saatavilla Ei saatavilla
Jätevedenkäsittelyaltaalle, jonka bulkkilämpötila on 35 °C ja normaali kloriditaso 500–800 ppm, 1,2 mm:n 316 vaippa teholla 8 W/cm² antaa vaipan pintalämpötilaksi noin 60 °C. Tämä ylittää 55 °C:n turvarajan ja kuuden kuukauden käyttöikä on epätodennäköinen. Kuuden kuukauden käyttöiän saamiseksi käyttäjän on vähennettävä wattitiheys 5 W/cm² (55 °C:n turvaraja sallii 40 °C irtotavarana, mutta bulkki on 35 °C{17}}hyväksyttävä), pudotettava bulkkilämpötilaa tai siedettävä useammin vaihtamista.

Suunnittelu muuttuu yli kuuden kuukauden ajan
Jos prosessiolosuhteet ovat lähellä kuuden -kuukauden käyttöikää, kolme suunnittelun säätöä voivat pidentää käyttöikää muuttamatta vaipan materiaalia tai seinämän paksuutta. Ensimmäinen on kiinnittää ajastin tai lämpötilansäädin lämmittimen sammuttamiseksi, kun allas on tarpeeksi kuuma. Jaksottainen käyttö tarkoittaa vähemmän aikaa lämpötilassa ja siten pidempää kalenteriikää, vaikka lämpötilan kokonaistunnit olisivat samat. Toinen muutos on sijoittaa lämmitin korkean virtauksen paikkaan. Turbulenssin lisääntyminen johtaa lämmönsiirtokertoimen kasvuun ja vaipan pinnan lämpötilan nousun alenemiseen 25°C:sta 10{10}}15°C:een samalla wattitiheydellä. Lämmitintä, joka saavuttaisi 60 °C:n pintalämpötilan pysähtyneissä olosuhteissa, voidaan käyttää 50 °C:ssa hyvin -kierrätetyssä jätevedessä, joka laskee ratkaisevan kynnyksen alle. Viimeinen muutos on lisätä korroosionvalvontaanturi ja vaihtaa lämmittimet ennakoivasti, kun anturi havaitsee pistesyöpymisen alkamisen. Tämä estää äkillisen vian, vaikka se ei yleensä pidennä käyttöikää. Jätevedenpuhdistamoille, joiden kloridipitoisuus on yli 1 000 ppm tai bulkkilämpötila yli 40 °C, insinöörien tulisi valita pistesyöpymistä kestävämpi seos, kuten ruostumaton teräs 317 (3,5 % molybdeeni) tai seos 825. Lisäkustannukset ovat yleensä 20–50 % pidentyneet 6 kuukauteen, mutta käyttöikä on 3–5 vuotta korkeampi. Jätevesihuollon lämmittimiä valittaessa on tärkeää kerätä kloridipitoisuustiedot useista näytteenottotapahtumista vuoden aikana, koska vuodenaikojen vaihtelut voivat olla huomattavia. Kesäkäyttöön suunniteltu lämmitin voi nopeasti epäonnistua talvella, jos tiesuolan valuminen lisää kloridipitoisuutta. Kuuden kuukauden vaihtoraja ei ole määrä, vaan ennustettavissa oleva seuraus kloridipitoisuudesta ja vaipan pintalämpötilasta. Kahden mitatun ominaisuuden avulla insinöörit voivat ennustaa tarkasti lämmittimen käyttöiän ja suunnitella huoltosuunnitelmat välttäen sekä odottamattomat viat että vielä toimivien lämmittimien ennenaikainen vaihtaminen.