Mikä on 5-prosenttisessa natriumhypokloriitin liuoksessa 40 celsiusasteisessa 40 celsiusasteessa toimivan sähköisen upotuslämmittimen vähimmäissuositeltu 316 ruostumattomasta teräksestä valmistetun vaipan seinämän paksuus valkaisuaineen tuotantopalvelua varten?

Kemialliset prosessiinsinöörit, jotka rakentavat sähköisiä uppolämmittimiä natriumhypokloriitin tuotantoon, valkaisuaineiden valmistukseen ja vedenkäsittelyn desinfiointijärjestelmiin, kohtaavat huomattavia esteitä käytettäessä 316 ruostumatonta terästä vaippamateriaalina. Natriumhypokloriitti on voimakas hapetin ja korkean -pH:n liuos, joka tuhoaa aggressiivisesti monia metalleja. 316 ruostumaton teräs on molybdeenin vuoksi kestävämpi kuin 304, mutta se on silti herkkä pistesyöpymiselle, rakokorroosiolle ja jännityskorroosiolle äärimmäisissä hypokloriittipitoisuuksissa. Vaipan seinämän paksuus säätelee korroosionvaraa ja mikä tärkeintä, aikaa, joka tarvitaan paikallisten pistesyöpien tunkeutumiseen seinään. Tässä artikkelissa esitetään vähimmäissuositeltu seinämänpaksuus 316 vaippaa varten laimeassa natriumhypokloriittihuollossa julkaistujen korroosiotietojen ja valkaisuaineiden tuotantoalan kokemusten perusteella.

Ruostumattoman 316-teräksen korroosiomekanismit natriumhypokloriittiliuoksessa
Natriumhypokloriitti (NaOCl) on vahva hapetin, joka säilyttää passiivisen kalvon 316 ruostumattoman teräksen päällä optimaalisissa olosuhteissa. Mutta useat olosuhteet suosivat paikallista hyökkäystä. Hypokloriitti-ioni on kloridia -sisältävä hapettava aine ja tarjoaa siten samanaikaisesti aggressiivisen kloridianionin ja hapetuspotentiaalin, joka tarvitaan passiivisen kalvon hajottamiseen. 316:n kuoppia voidaan tehdä 0,5–2,0 mm vuodessa pitoisuuksilla > 1 % saatavilla olevasta kloorista ja > 35 astetta. Kuoppa on hyvin paikallinen ja kuoppia saavuttaa 1 mm:n syvyydet kuukausissa, mikä ei vaikuta juurikaan ympäröiviin alueisiin. Yksi syvä kuoppa uppolämmittimen vaipassa riittää murtamaan seinän, mikä johtaa prosessinesteen tunkeutumiseen, sähköhäiriöön ja hypokloriittiliuoksen saastumiseen metalli-ioneilla, jotka katalysoivat hajoamista. Yleinen korroosionopeus on yleensä alhainen<0.05 mm/year, such that wall thickness is destroyed mostly by pitting not by uniform thinning. This means that raising the wall thickness will only help to a limited extent, because a pit developing in a localised weak area will penetrate a 2.0 mm wall only slightly slower than a 1.0 mm wall. The real metric is not the average thickness, but the lack of surface defects and residual stresses, which are the locations of pit initiation.

Seinän paksuuden vaikutus kuoppien tunkeutumisaikaan
Kuopan alullepanon jälkeen pistekorjauksen tunkeutumisnopeus on suunnilleen vakio tietyssä hypokloriittipitoisuudessa ja -lämpötilassa. Upotuskokeiden tulokset 5-prosenttisessa NaOCl:ssa 40 asteessa paljastavat kuopan alkamisen 200–500 tunnin kuluttua kiillotetuilla näytteillä 316. Kun kuopat on muodostettu, ne kasvavat 0,03–0,08 mm päivä -1 (noin 0,9-2,4 mm kuukausi -1). Tällä nopeudella 1,0 mm:n seinämän paksuus lävistettäisiin 13–33 päivässä kuopan aloittamisesta. 2,0 mm seinä kestäisi 22-67 päivää aloittamisesta. Käyttöikä on aloitusajan ja etenemisajan summa. Koko käyttöikä on noin 200-500 tuntia{22}} päivää 1,0 mm:n vaipan kohdalla tai noin 20-50 päivää. 2,0 mm:n vaipan kokonaiskesto on 200–500 tuntia + 22–67 päivää tai ~30–80 päivää. Paksumpi seinä pidentää käyttöikää vain 10-30 päivää, mikä on pieni parannus materiaalin lisäkustannuksiin ja lämpövaurioihin. Näiden lyhyen käyttöiän vuoksi 316 on harvoin määritelty jatkuvaan upotukseen natriumhypokloriittiin, jonka pitoisuus on yli 1 % ja 30 astetta. Jos tarvitaan pidentää käyttöikää, on käytettävä muita materiaaleja, kuten titaania tai erityisiä seoksia.

Hypokloriittihuollon seinämän vähimmäispaksuussuositukset
Seuraavassa taulukossa näkyvät natriumhypokloriittikäyttöisten sähkövastuslämmittimien suositellut vaipan seinämän paksuudet. Arvot perustuvat jatkuvaan toimintaan, järjestelmän hyvään suunnitteluun halkeamien ja pysähtymisen minimoimiseksi sekä suhteellisen rajoitetun käyttöiän hyväksymiseen viikkoina tai kuukausina vuosien sijaan.

Saatavilla olevan klooripitoisuuden liuoksen lämpötila Odotettu pistekorkeus (aloituksen jälkeen) Suositeltu seinämän vähimmäispaksuus 316 Vähimmäispaksuus – Kokonaiskäyttöikä Vaihtoehtoinen suositus
1 – 2 % 20 – 30 astetta 0,5 – 1,0 mm/kk 1,6 mm 2 – 4 kuukautta Marginaalititaani mieluiten
1 – 2 % 30 – 40 o C 0,8 – 1,5 mm/kk 2,0 mm 1,5 – 3 kuukautta Titaani on hyvä valinta
2 – 5 % 20 – 30 astetta 0,8 – 1,5 mm/kk 2,0 mm 1,5 – 2,5 kuukautta Titaani tarvitaan luotettavaan palveluun
2 – 5 % 30 – 40 astetta 1,2 – 2,0 mm/kk 2,5 mm 1 – 2 kuukautta Tarvitaan titaania 5 – 10 % 20 – 30 astetta 1,5 – 2,5 mm/kkEi suositella < 1 kuukausi Käytä titaania tai metalliseosta C-276
Mikä tahansa pitoisuus Yli 40 astetta 2,0 – 4,0 mm/kk Viikkoa Ei suositella Titaani- tai ei--metallilämmitys
Säännöllinen tai erähuoltoKaikki lämpötilat alhaisemmat kuivumisen vuoksi 1,2 – 1,6 mm Muuttuva Hyväksyttävä ei-kriittisissä sovelluksissa
316 ruostumaton teräs on huono valinta mihin tahansa natriumhypokloriittipalveluun, jonka pitoisuus on yli 2 % tai 30 C seinämän paksuudesta riippumatta. Sen lyhyt käyttöikä ja nopea pistevaurion mahdollisuus tekevät siitä sopimattoman kriittisiin toimenpiteisiin. Titaani (luokka 2 tai luokka 7) kestää erinomaisesti natriumhypokloriittia ja korroosiota<0.01 mm/year at high concentrations and temperatures. The higher initial cost of titanium – generally 3-5 times that of 316 – is rapidly repaid through prolonged service life and less maintenance.

Suunnittelumuutokset 316-vaipan käyttöiän parantamiseksi hypokloriittipalvelussa
Jos 316 tarvitaan laimean hypokloriitin huoltoon kustannusten tai materiaalin saatavuuden vuoksi, neljä suunnittelusäätöä voivat pidentää käyttöikää taulukossa annettuja lukuja pidemmälle. 1. Säilytä hypokloriitin pH yli 11. Natriumhypokloriittiliuokset, joiden pH on alle 11, hajoavat nopeammin ja ovat vihamielisempiä ruostumattomalle teräkselle. Pistekorkeus vähenee 50{10}}70 % automaattisella pH-säädöllä ja emäksisellä lisäyksellä. Toinen säätö on tehdä vaipan pinnasta mahdollisimman tasainen. Sähkökiillotettu 316 < 0,2 mikronin pinnan viimeistely Ra on alempi kuin swapped materiaali, mikä lisää initiaatioaikaa suhteessa 2-4. Viimeinen muutos on ajaa pienimmällä saavutettavissa olevalla wattitiheydellä. Wattitiheyden pienentäminen 10 W/cm2 arvoon 5 W/cm2 alentaa vaipan pintalämpötilaa 10-15 oC ja pistekorkeutta ~30-40 % lämpötilaherkällä 30-50 oC alueella. Neljäs muutos on vaipan pinnan säännöllinen puhdistus sedimenttien poistamiseksi, jotka muodostavat rakokohtia. Viikoittainen vesipesu tai laimea happopesu voi pidentää käyttöikää huomattavasti. Useimmissa teollisissa valkaisuainetuotantosovelluksissa nämä muutokset eivät riitä tekemään 316:sta luotettavaa materiaalia. Jos lämmitin upotetaan natriumhypokloriittiin pidempään kuin ajoittaista käyttöä varten, insinöörien tulee määrittää titaanivaippa. Yhden 316-lämmittimen vian hinta, mukaan lukien menetetty teho, liuoksen saastuminen ja korjaustyö, on yleensä enemmän kuin titaanin lisäkustannukset. Ilmoita hypokloriittihuoltoa määritellessään aina todellinen pitoisuus, lämpötila ja arvioidut päivittäiset käyttötunnit. Toimittaja, joka ehdottaa 316:ta jatkuvaan hypokloriittihuoltoon yli 2 %:n pitoisuudella mainitsematta tämän materiaalin rajoituksia, ei tarjoa asiantuntevaa teknistä neuvontaa. Tapauksissa, joissa titaani on liian kallista, voidaan harkita muita lämmitysmenetelmiä, esimerkiksi ulkoisen säiliön lämmitystä titaanilämmönvaihtimen kautta tai höyryruiskutus, jossa metalli ei koske suoraan vihamieliseen hypokloriittiliuokseen.