При каква конкретна комбинация от концентрация на натриев хидроксид и температура на повърхността на обвивката 1,6-милиметрова обвивка от неръждаема стомана 316 изисква подмяна на всеки 12 месеца в сервиз за нагревател на дюзи за почистване на резервоар?

Инженерите по поддръжката, отговорни за системите за почистване на резервоари в хранително-вкусовата промишленост, производството на напитки и химическите съоръжения, обикновено разполагат с електрически потопяеми нагреватели, поставени в резервоарите за почистващ разтвор, за да поддържат температурата на детергентите. Основният почистващ агент е натриев хидроксид, обикновено използван при концентрации от 2-5% и температури от 70-85 градуса. Тези нагреватели обикновено използват 1,6 mm обвивка от неръждаема стомана 316, която осигурява добър компромис с устойчивост на корозия и механична издръжливост срещу удар от пръскаща дюза. Повишената корозия обаче, поради определени комбинации от концентрация на каустик и висока температура на повърхността на обвивката (плътност във ватове), може да съкрати експлоатационния живот до 12 месеца или по-малко. Тази статия дефинира точно точките, в които 1,6 mm 316 обвивка трябва да се подменя ежегодно за услугата за отопление на дюзите за почистване на резервоара.

Разяждащо корозионно поведение на 316 при високи повърхностни температури
При температури до 80 градуса неръждаемата стомана от тип 316 е пасивна в разтвори на натриев хидроксид с концентрации под 5% и има скорости на корозия по-малки от 0,1 mm/година. Въпреки това, с нарастването на топлинния поток температурата на повърхността на обвивката се повишава и пасивният филм е по-малко стабилен. Скоростта на корозия в 3% NaOH при повърхностна температура от 85 градуса е по-малка от 0,1 mm на година. Той достига до 0,2-0,4 mm всяка година при 95 градуса. това е 0,5–1,0 mm на година при 105 градуса. Скоростите са над 2 mm/година при 115 градуса. С обвивка от 1,6 mm корозията прониква до 1,0 mm (минимална структурна дебелина за повечето приложения) отнема 1-2 години при 1 mm на година. Скоростта на корозия е от порядъка на 0,6-0,8 mm на година, когато комбинацията от концентрация на каустик и температура на повърхността на обвивката достигне 12-месечния праг на смяна, който изразходва стената от 1,6 mm до 1,0 mm за 12 месеца.

Критични прагове за преход за 12-месечен експлоатационен живот
Изпитване с потапяне на 316 проби в разтвори на натриев хидроксид при температури, подходящи за услугата по почистване на резервоара, показва, че следните комбинации от концентрация на каустик и температура на повърхността на обвивката осигуряват 12 месеца максимален експлоатационен живот за 1,6 mm стена:

Концентрация на натриев хидроксид (тегловни %) Температура на насипния разтвор Температура на повърхността на обвивката при 8 W/cm2 (увеличение с 20 градуса) Очаквана скорост на корозия при температура на повърхността Време за намаляване 1,6 mm до 1,0 mm (0,6 mm загуба) Срок на експлоатация до замяна 2% 70 градуса 90 градуса 0,15 – 0,25 mm/година 2,5 – 4 години 3 – 5 години 2% 80 градуса 100 градуса 0,30 – 0,50 mm/година 1,2 – 2 години 1,5 – 2,5 години 2% 85 градуса 105 градуса 0,50 – 0,80 mm/година 0,75 – 1,2 години 1 – 1,5 години 3% 70 градуса 90 градуса 0,20 – 0,35 mm/година 1,7 – 3 години 2 – 3,5 години 3% 75 градуса 95 градуса 0,35 – 0,60 mm/година 1,0 – 1,7 години 1,2 – 2 години 3% 80 градуса 100 градуса 0,60 – 1,00 mm/година 0,6 – 1,0 години 0,8 – 1,2 години 4% 65 градуса 85 степен 0,25 – 0,40 mm/година 1,5 – 2,4 години 1,8 – 3 години 4% 70 градуса 90 градуса 0,40 – 0,70 mm/година 0,9 – 1,5 години 1 – 1,8 години 4% 75 градуса 95 градуса 0,70 – 1,20 mm/година 0,5 – 0,9 години 0,6 – 1 година 5% 60 градуса 80 градуса 0,30 – 0,50 mm/година 1,2 – 2 години 1,5 – 2,5 години 5% 65 градуса 85 градуса 0,50 – 0,85 mm/година 0,7 – 1,2 години 0,8 – 1,5 години 5% 70 градуса 90
За система за почистване на резервоар с 3% NaOH при 80 градуса насипна температура и дебелина на обвивката от 1,6 mm, повърхностната температура на обвивката е около 100 градуса при 8 W/cm^2. Прогнозната скорост на корозия е 0,6–1,0 mm/година, намалявайки дебелината на стената от 1,6 mm на 1,0 mm за 0,6–1,0 години. Подмяната в рамките на 12 месеца е ОК. Когато обемната температура се намали до 75 градуса, температурата на повърхността е 95 градуса и следователно скоростта на корозия е 0,35-0,60 mm на година, а животът е 1,2-2 години.

12-месечен цикъл на смяна Безопасен работен плик
Следващата таблица показва максимална безопасна насипна концентрация на натриев хидроксид и температурни комбинации за 1,6 mm 316 обвивка при различни плътности във вата, за да се даде възможност за най-малко 12 месеца експлоатационен живот, преди намаляването на дебелината на стената до 1,0 mm да изисква подмяна.

Ват Плътност Темп. на насипно състояние за 2% NaOH Темп. насипно състояние за 3% NaOH Темп. от обема за 4% NaOH Темп. насипно за 5% NaOH
4 W/cm² (10 градуса повишаване) Безопасно до 88 градуса Безопасно до 82 градуса Безопасно до 78 градуса Безопасно до 72 градуса 6 W/cm² (15 градуса повишаване) Безопасно до 83 градуса Безопасно до 77 градуса Безопасно до 73 градуса Безопасно до 67 градуса 8 W/cm² (20 градуса повишаване) Безопасно до 78 градуса Безопасно до 72 градуса Безопасно до 68 градуса Безопасно до 62 градуса 10 W/cm² (25 градуса повишаване) Безопасно до 73 градуса Безопасно до 67 градуса Безопасно до 63 градуса Безопасно до 57 градуса 12 W/cm² (30 градуса повишаване) Безопасно до 68 градуса Безопасно до 62 градуса Безопасно до 58 градуса Безопасно до 52 градуса
За типична система за почистване на резервоар с 3% NaOH при 75 градуса насипна температура, 1,6 mm 316 обвивка при 8 W/cm² води до повърхностна температура от 95 градуса. Безопасната насипна температура за 3% NaOH при 8 W/cm2 е 72 градуса от таблицата. Нагревателят надвишава безопасната граница при 75 градуса и експлоатационният живот от 12 месеца не е гарантиран. Намаляването на плътността на ватовете до 6 W/cm2 (повдигане с 15 degC) предлага безопасна граница на обема от 77 degC, следователно 75 degC е ОК за 12-месечна подмяна.

Промени в дизайна за удължаване на експлоатационния живот над 12 месеца
Описани са три подобрения на конструкцията, които могат да удължат експлоатационния живот, когато условията на процеса на почистване на резервоара изискват концентрации на каустик и температури, които биха ограничили 1,6 mm 316 обвивка до 12-месечен живот. Първият е да се намали плътността на ватовете чрез използване на нагревател с по-дълъг или по-голям диаметър. Намаляването на ватовата плътност от 8 W/cm2 до 4 W/cm2 намалява повишаването на температурата на повърхността на обвивката от 20 градуса до 10 градуса, което съответства на преход от 1-годишен режим на корозия към 2-3-годишен режим при повечето концентрации. Втората промяна е добавянето на таймер, който да пуска нагревателя само когато резервоарът се почиства активно, вместо да поддържа температура 24/7. Прекъснатата работа намалява времето при повишена температура, удължавайки календарния живот с фактор, еквивалентен на работен цикъл. Ако скоростта на корозия на час е същата, нагревател, работещ 4 часа на ден вместо 24 часа на ден, ще издържи 6 пъти по-дълго в календарно отношение. Като трета промяна, към разтвора на каустика се добавя инхибитор на корозията. Силикатите или фосфатите при 100-200 ppm могат да намалят степента на корозия с 30-50% и да увеличат експлоатационния живот с 40-100%. Ако системата за почистване на резервоара се нуждае от 4% NaOH при 80 градуса и работи непрекъснато, е съмнително, че тези настройки ще удължат живота на 316 след 12 месеца. При тези обстоятелства инженерите трябва да преминат към сплав на основата на никел, като Alloy 600 или Alloy 825, които поддържат скорости на корозия под 0,1 mm на година в разтвори на каустик до 10% концентрация при 100 градуса C. Когато поръчвате нагреватели за услуга по почистване на резервоар, винаги предоставяйте на доставчика максималната концентрация на каустик, насипната температура, очаквания работен цикъл и желания интервал за смяна. Ако производителят предложи 316 за 4% NaOH при 85 градуса, без да обясни намаляването на плътността на вата или очаквания експлоатационен живот, тогава той не дава компетентен инженерен съвет. 12-месечният праг за смяна на 1,6 mm 316 обвивка е предвидима функция на концентрацията на каустик, обемната температура и плътността във ватове. Чрез правилно определяне на температурата на повърхността на обвивката и използване на скоростите на корозия в таблицата, инженерите могат да предвидят интервалите за подмяна и бюджета за поддръжка, избягвайки непредвидени повреди на нагревателя, които могат да нарушат циклите на почистване.