Mikä on todisteisiin perustuva{0}}vaipan paksuus 316 ruostumattomasta teräksestä valmistetulle lämmittimelle 5 % natriumhypokloriittiliuoksessa 40 asteessa jaksottaisilla käyttöjaksoilla?

Kloorin hapetuspalvelun perustavanlaatuinen vaihto-

Natriumhypokloriitti (NaOCl) on yksi ruostumattoman teräksen aggressiivisimmista olosuhteista. Tätä voimakkaasti hapettavaa biosidia käytetään laajalti vedenkäsittelyssä, valkaisussa ja sanitaatiossa. Se vaikuttaa 316 ruostumattomaan teräkseen mekanismilla, joka eroaa kloridipisteistä. Hypokloriitti-ionit voivat hapettaa passiivisen kromioksidikalvon suoraan liukoisiksi kromaattilajeiksi, mikä poistaa suojakerroksen ja altistaa alla olevan metallin nopealle hyökkäykselle. 316 ruostumaton teräs käy läpi mitattavissa olevaa tasaista korroosiota ja vaarallisempaa pistesyöpymis- ja jännityskorroosiohalkeilua pitoisuuksilla niinkin alhaisilla kuin 5 %:n pitoisuuksilla ja lämpötiloissa sheath-paksuudella. kompromissi sen välillä, että metallia on riittävästi selviytymään ennakoidusta korroosion syvyydestä ja siitä, että mikään mahdollinen paksuus ei takaa pitkää käyttöikää, jos sähkölämmitysputkea käytetään tässä järjestelyssä, vaikka vain ajoittaisesti. Tämä analyysi tuottaa todisteisiin- perustuvat paksuussuositukset ruostumattomalle 316-teräkselle laimennetussa hypokloriitissa, jotka perustuvat julkaistuihin korroosiotietoihin ja kenttäkokemukseen kunnallisista vedenkäsittely- ja elintarvikesovelluksista.

Korroosiomekanismit ja mitatut tunkeutumisnopeudet hypokloriitissa.

316 ruostumattoman teräksen korroosiovaste natriumhypokloriittiliuoksissa osoittaa ennustettavan kuvion pitoisuuden, lämpötilan, pH:n ja altistusajan suhteen. % Laboratorioupotustutkimukset 40 asteessa NaOCl:lla pH säädettynä arvoon 9-10 (yleistä kaupallisille valkaisuaineille) paljastavat tasaisen korroosionopeuden 0,3-0,8 mm/vuosi. Tämän alueen yläraja on, kun liuosta ilmastetaan tai sekoitetaan, mikä korvaa hypokloriittipitoisuuden metallipinnalla. Näin ollen 1,2 mm:n seinä rei'ittyisi 1,5-4 vuodessa jatkuvassa upotuksessa. Useimmat hypokloriittilämmityksen sovellukset ovat kuitenkin ajoittaisia ​​- lämmitintä käytetään vain tietyissä jaksoissa, ja liuos voidaan tyhjentää, laimentaa tai neutraloida käyttökertojen välillä. Kuumennusjaksolla kaksi tuntia päivässä tehollinen korroosionopeus voi olla 0,05 - 0,15 mm vuodessa, jolloin teoreettinen käyttöikä on 8 - 24 vuotta 1,2 mm:n seinälle. Tämä merkittävä vähennys johtuu siitä, että syövyttävä hyökkäys vaatii sekä aktiivista hypokloriittia että korkeaa lämpötilaa. Off-jaksojen aikana liuos jäähtyy ja hypokloriitti hajoaa, jolloin korroosionopeus on lähellä nollaa. Haitallisempi vikamekanismi on hypokloriitissa kuoppaus. Jopa 40 asteessa ruostumattoman teräksen 316 kriittinen pistesyöpymislämpötila 5 % NaOCl:ssa ylittyy ja kuopat voivat alkaa vain muutaman tunnin altistuksessa. Kun kuoppa muodostuu, kuopan syvyys kasvaa 0,5–1,5 mm/vuosi tasaisesta korroosionopeudesta riippumatta. Jos liuosolosuhteet suosivat kuopan alkamista, yksi kuoppa voi tunkeutua 1,5 mm:n seinään 1-3 vuodessa jopa satunnaisella toiminnalla. Hypokloriittisäiliön 316 ruostumattomasta teräksestä valmistettujen lämmittimien vaurioiden kenttätiedot osoittavat selvästi, että rei'itysmekanismia hallitsee pikemminkin kuoppaus kuin tasainen oheneminen. Paksuussuositukset tulisi siksi tehdä kuopan etenemisnopeuksien perusteella eikä yleisten korroosiontoleranssien perusteella.

Lämpörajat ja käytännön lämmitysrajoitukset

Natriumhypokloriittiliuoksia on vaikea lämmittää, koska hypokloriitti on termisesti epästabiilia ja hajoaa nopeammin lämpötilan noustessa. lähellä 40 astetta hajoamisnopeus on kohtalainen, mutta se kiihtyy lähellä vaipan pintaa, jossa lämpötila voi nousta 60-80 asteeseen 40 asteen bulkkiliuoksella. Korroosiota aiheuttavat sekä happi- että kloridi-ionit (hypokloriitin hajoamisen sivutuotteet). Tietylle tehonsyötölle paksumpi vaippa johtaa korkeampaan pintalämpötilaan, mikä johtaa positiiviseen takaisinkytkentäsilmukkaan nopeampaan hajoamiseen ja korkeampaan kloridipitoisuuteen metallipinnalla. Tyypillisessä sähkövastuksessa, jonka wattitiheys on 6–8 W/cm^2 40 asteen nesteessä, 1,2 mm:n seinämä pitää vaipan lämpötilan noin 55–60 asteessa. Seinämäpaksuudella 2,0 mm tämä kasvaa 70-80 asteeseen. Hypokloriitin hajoamisnopeus on noin kolme kertaa suurempi 70 asteessa kuin 55 asteessa. Paikallisesti luotu ylimääräinen kloridi voi vähentää ruostumattoman teräksen pistesyöpymispotentiaalia ja siten edistää kaivon alkamista. Lämpömallinnus paljastaa, että vaipan lämpötila tulisi pitää alle 60 asteen, jotta vältetään nopeutettu hajoaminen hypokloriitin käytössä. Tämä rajoitus asettaa tehokkaasti suurimman mahdollisen seinämän paksuuden. Putkelle, jonka ulkohalkaisija on 12 mm ja hypokloriitti 40 astetta, maksimi seinämän paksuus on noin 1,6-1,8 mm, jotta vaipan lämpötila pysyy alle 60 asteessa wattitiheydellä 5 W/cm2. 8 W/cm2:lla jopa 1,2 mm:n seinämän paksuus voi ylittää 60 astetta, joten suurempia seiniä ei vain tarvita, vaan ne ovat termisesti kiellettyjä.

Todisteeseen{0}} perustuvat paksuussuositukset erilaisille työaikatauluille

Jaksottaisessa hypokloriittilämmityksessä, jossa lämmitintä käytetään alle 4 tuntia päivässä viikoittaisella tyhjennyksellä tai laimennuksella, 1,2-1,5 mm paksuus riittäisi 3 vuoden käyttöikään. Keskimääräinen korroosiovara 3 vuoden jaksottaisen altistuksen aikana (arviolta 0,15-0,45 mm) jättää vähintään 0,75 mm jäännösseinää. Pisteriskiä hallitaan rajoittamalla vaipan lämpötilaa. 316 ruostumaton teräs on huono valinta kaikkiin sovelluksiin, jotka vaativat jatkuvaa lämmitystä, kuten pitämällä valkaisuainesäiliön lämpötila 35–40 asteessa kiteytymisen estämiseksi paksuudesta riippumatta. Tasaiset korroosionopeudet ovat 0,3-0,8 mm/v jatkuvalla altistuksella, joten 2,0 mm:n seinä kestää vain 2,5-6,5 vuotta. Vielä kriittisemmin kaivot voivat alkaa ja laajentua jatkuvan lämmityksen myötä. Kenttätiedot kunnallisista jätevedenpuhdistamoista, joissa yritettiin käyttää 316 ruostumattomasta teräksestä valmistettua uppolämmitintä jatkuvassa hypokloriittikäytössä, viittaavat keskimääräiseen vikaan 12–24 kuukauden kuluttua, jopa 2,5–3,0 mm:n seinämänpaksuuksilla. Viat liittyvät yleensä pistekorvauksiin, eivät edes kulumiseen. Jos lämmitin irrotetaan ja puhdistetaan, kohtuullinen turvamarginaali on 1,5–1,8 mm:n seinämänpaksuus jaksoittaisessa käytössä ja pidennetyillä off-jaksoilla. Yli 1,2 mm:n paksuus ei ole ensisijaisesti tarkoitettu korroosionvaraamiseen, vaan mekaaniseen kestävyyteen käsittelyvaurioita vastaan ​​poiston ja uudelleenasennuksen aikana, mikä on tyypillistä sanitaatiosovelluksissa.

Sovelluksiin, joissa lämmitysjaksot ovat hyvin lyhyitä, esim. hypokloriittiliuoksen kuumentaminen 20 astetta 40 asteeseen kerran päivässä erädesinfiointia varten, 1,0 - 1,2 mm paksuus voi olla sopiva. Lyhyt altistusaika minimoi yleisen korroosion tunkeutumisen ja ohuen seinän lämpötehokkuus lyhentää kuumenemisaikaa, mikä rajoittaa edelleen altistumista. Mutta mikä tahansa lämmityssyklissä alkanut kuoppa jatkaa kasvuaan jäähtymisen aikana niin kauan kuin hypokloriitti on kosketuksissa metalliin. On erittäin suositeltavaa tyhjentää liuos tai neutraloida jokaisen erän jälkeen. Kaikissa olosuhteissa todisteet tukevat 2,0 mm:n kattoa 316 ruostumattomalle teräkselle hypokloriittihuollossa. Tämän paksuuden ylittävä lämpövaikutus nostaa vaipan lämpötilan nopean hypokloriitin hajoamisen alueelle, ja ylimääräinen metalli ei pidennä käyttöikää suhteessa, koska pistekorroosio, ei tasainen korroosio, hallitsee vikaa.

Vaihtoehtoiset materiaalit ja suunnittelustrategiat, jotka ylittävät paksummat seinät

Hypokloriittilämmityksen osalta vaipan materiaalin muuttaminen on lähes aina parempi valinta kuin paksuuden lisääminen ruostumattomaan 316-teräkseen. Titaani (luokka 2 tai 7) on alan standardi natriumhypokloriittiliuosten lämmittämiseen. Hypokloriitissa titaani kehittää kestävän passiivisen kalvon ja kestää pistesyöpymistä 15 % pitoisuuksiin ja 80-90 asteen lämpötiloja. Titaanivaippa, jonka paksuus on 1,0–1,2 mm, kestää yli 3,0 mm:n 316 ruostumattomasta teräksestä valmistettua vaippaa vähintään kymmenen kertaa. Titaanin alkuperäinen hinta korvataan pian lyhyemmällä seisokkiajalla ja vähemmällä vaihdolla. Titaanin puuttuessa fluoripolymeeripinnoitteet, kuten PTFE tai PFA, voidaan sijoittaa 316 ruostumattomasta teräksestä valmistettuun vaippaan. Nämä pinnoitteet suojaavat metallia hypokloriittiliuokselta ja eliminoivat täysin korroosion. Pinnoitteet voivat kuitenkin vaurioitua mekaanisesti ja niitä on käsiteltävä varoen. Pinnoitettu lämmitin (1,2 mm 316 ruostumaton teräsydin, 0,3-0,5 mm PTFE-kerros) on paljon tehokkaampi kuin 2,5 mm käsittelemätön 316 vaippa. Lopuksi wattitiheys pienennetään arvoon 3-4 W/cm 2 käyttämällä pidempiä tai useampia lämmittimiä, pitämällä vaipan lämpötila 5-10 asteen sisällä bulkkiliuoksesta ja alentamalla hypokloriitin hajoamis- ja pistesyöpymisvaaraa. Jaksottaisessa käytössä 1,2 mm 316 vaippa voi antaa tyydyttävän käyttöiän alhaisella wattitiheydellä.

Johtopäätös: Hypokloriitin palvelun paksuuden todisteiden painoarvo

Kun valitaan vaipan paksuus 316 ruostumattomasta teräksestä valmistetulle lämmittimelle 5 % natriumhypokloriitissa 40 asteessa, tulee huomioida, että materiaali toimii kemiallisen kestävyytensä rajoilla. Korroosiokokeet ja kenttävauriot osoittavat, että pistemäisyys, ei tasainen kuluminen, on tärkein käyttöikää määräävä tekijä ja että suuremmat seinät tuottavat pienenevää tuottoa yli 1,2–1,5 mm:n vähimmäispaksuuden. Jaksottaisessa käytössä alle neljän tunnin lämmityksessä päivässä ja säännöllisellä tyhjennyksellä tai laimennuksella, paksuuden valinta on käytännöllinen. 1.4-1.6 mm on tarpeeksi paksu kestämään satunnaisia ​​kuoppia kahdesta kolmeen vuoteen, mutta silti riittävän ohut pitämään vaipan lämpötilan alle 60 asteessa kohtuullisilla wattitiheyksillä. Jatkuvaan lämmitykseen tai muihin sovelluksiin, joissa lämmitintä ei voida irrottaa ja tarkastaa määräajoin, ruostumatonta 316-terästä ei voida hyväksyä paksuudesta riippumatta, vaan tulee valita titaani- tai pinnoitettu vaippa. Hypokloriittihuollon hankintaeritelmässä tulee määrittää suurin wattitiheys (4 W/cm 2 tai vähemmän), arvioitu päivittäinen lämmitysaika ja se, vaaditaanko jatkuvaa toimintaa titaani- tai pinnoitetuille vaihtoehdoille. Tämä kääntää suunnittelukeskustelun pois tuottamattomasta yhä paksumpien 316-seinien metsästämisestä materiaali- ja järjestelmäratkaisuihin, jotka todella ratkaisevat korroosioongelman.