Kodėl 316 nerūdijančio plieno šildymo apvalkalo atsparumas plyšių korozijai priklauso nuo sienelės storio chloriduose{1}}apkrautuose proceso skysčiuose?

Cheminių procesų inžinieriams, nurodantiems elektrinius panardinamuosius šildytuvus, skirtus chloridui{0}}, kurių sudėtyje yra tirpalų nuo jūros vandens įleidimo linijų iki maisto perdirbimo sūrymų ir aušinimo bokštų šulinių, 316 nerūdijančio plieno apvalkalo medžiaga yra tipiška apsauga nuo įdubimų ir plyšių korozijos. Klasėje yra 2-3% molibdeno, kuris yra atsparus chloro poveikiui, palyginti su 304 nerūdijančiu plienu. Taip pat yra rečiau pripažintas, bet praktiškai svarbus ryšys tarp apvalkalo sienelės storio ir laiko, kurio reikia, kad plyšinė korozija prasiskverbtų pro vamzdžio sienelę ir proceso skystis patektų į vamzdelį. Plonesnės sienos ne visada yra mažiau atsparios korozijai, tačiau pradėjus vietinę koroziją, likęs tarnavimo laikas yra tiesiogiai proporcingas likusiam sienos storiui. Šiame darbe kiekybiškai įvertinama 316 apvalkalo sienelės storio, plyšinės korozijos plitimo greičio ir saugaus veikimo lango sąveika agresyvioje chlorido aplinkoje, suteikiant racionalų pagrindą minimalaus sienelės storio specifikacijai, remiantis numatoma eksploatavimo trukme, o ne bendromis medžiagų rekomendacijomis.

Nerūdijančio plieno 316 apvalkalo plyšių korozijos mechanizmas
316 nerūdijančio plieno šildymo apvalkalai yra veikiami plyšinės korozijos esant geometriniams netolygumams, kai tirpalas stovi. Įprastos plyšių vietos yra sąsaja tarp apvalkalo ir tvirtinimo flanšo tarpiklio, srieginė jungties sritis, po nusodintomis nuosėdomis arba biologiškai užsiteršančiomis plėvelėmis ir kontaktiniame taške tarp šildytuvo ir atraminių laikiklių. Mechanizmas veikia kaip klasikinė seka. Deguonies difuzija iš birių tirpalų nėra pakankamai greita, kad papildytų deguonį plyšyje, nes jis yra išeikvotas dėl korozijos reakcijų. Įtrūkimo viduje paviršius yra anodinis, palyginti su išore. Chlorido jonai difunduoja į plyšį, kad išlaikytų krūvio neutralumą, o dėl metalo chlorido hidrolizės susidaro druskos rūgštis ir vietinis pH sumažėja iki 2–3. Autokatalizinis procesas, kuris greitėja vykstant. Kritinė plyšio temperatūra 1% natrio chlorido tirpale 316 nerūdijančiam plienui yra maždaug 15–20 laipsnių žemesnė už kritinę duobių susidarymo temperatūrą. Praktiškai 316 apvalkalas, galintis atsispirti duobėms jūros vandenyje 50 laipsnių kampu, tvirtinimo taškuose vis tiek turės plyšių koroziją, jei jis suprojektuotas su sandariais, nejudančiais tarpais. Nustatytos plyšinės korozijos vietos plitimo pro apvalkalo sienelę greitis šiltuose chlorido tirpaluose yra 0,5–2,0 mm per metus, priklausomai nuo chlorido koncentracijos, temperatūros, pH ir oksiduojančių medžiagų buvimo. Nustatyta, kad sklidimo greitis beveik nepriklauso nuo pradinio sienelės storio,{20}}tačiau laikas iki perforacijos tiesiogiai priklauso nuo storio.

Kiekybinis sienelės storio ir perforacijos laiko santykis
Saugus 316 apvalkalo eksploatavimo laikas prieš perforaciją tam tikromis proceso aplinkybėmis ir fiksuotu plyšio sklidimo greičiu yra maždaug lygus pradiniam sienelės storiui, padalytam iš sklidimo greičio. Šis ryšys suponuoja, kad inicijavimas jau įvyko, ir tai yra atsargi agresyvios chlorido paslaugos projektavimo prielaida. Paimkite 316 apvalkalą, 1,0 mm sienelės storio, 60 laipsnių jūros vandenyje, kurio plyšinės korozijos plitimo greitis yra 0,8 mm per metus. Plyšio atsiradimo iki perforacijos laikas yra maždaug 1,25 metų. Palyginimui, tas pats šildytuvas, kurio sienelės storis 2,0 mm, išgyventų 2,5 metų iki perforacijos - dvigubai ilgesnį saugų tarnavimo laiką. 2,5 mm apvalkalui laikas pailgėja iki 3,1 metų. Šį tiesinį ryšį patvirtina pakrančių chemijos gamyklų lauko gedimų duomenys. Peržiūrėjus 316 aptrauktų panardinamųjų šildytuvų sūraus vandens aušinimo sistemose, kurių temperatūra yra 50{29}}70 °C, nustatyta, kad pirmą kartą perforacijos gedimai įvyko įrenginiuose, kurių sienelių storis buvo 1,2 mm, vidutiniškai po 14 mėnesių. To paties gamintojo agregatai su ta pačia vandens chemine medžiaga, bet sienelės storis 1,8 mm vidutiniškai praėjo 26 mėnesius iki pirmojo gedimo. Įrenginiai, kurių sienelių storis 2,5 mm, kurie paprastai reikalingi didesniam slėgiui, vidutiniškai truko 38 mėnesius. Svarbu, kad visi gedimai įvyko plyšių vietose{31}}jungės sąsajos ir atramos kontaktų vietose, o ne ant laisvo vamzdžio paviršiaus. Linijinis storio ir eksploatavimo trukmės santykis buvo nepaprastai išsaugotas, o tai rodo, kad prasidėjus plyšių korozijai, sienelės storis tiesiogiai valdė laiką, per kurį šildytuvas išliko sandarus.

Storesnių sienų šiluminis poveikis koroziniam naudojimui
Storesnių sienų korozijos pranašumai turi būti subalansuoti su šilumos nuostoliais, aprašytais anksčiau šioje serijoje. 2,5 mm 316 apvalkalo šiluminė varža yra maždaug 60 % didesnė nei 1,2 mm apvalkalo, kurio išorinis skersmuo toks pat. Norint užtikrinti tą patį proceso kaitinimo greitį, šildytuvas su storesniu apvalkalu turi būti naudojamas esant aukštesnei vidinei vielos temperatūrai arba fiziškai ilgesnis, kad būtų didesnis paviršiaus plotas esant tokiam pat vatų tankiui. Abu yra pasekmingi. Padidėjusi laido temperatūra lemia varžos laido oksidaciją ir magnio oksido izoliacijos pažeidimą. Viso šildytuvo eksploatavimo laikas gali būti apribotas elektra, o ne dėl korozijos priežasčių. Talpyklose, kuriose yra mažai vietos arba per antgalį yra prasiskverbimų, šildytuvo išplėtimas gali būti nepraktiškas. Praktinis atsakymas yra suprasti, kad naudojant labai ėsdinančią chloridą, korozijos prasiskverbimo trukmė dažnai yra kontrolinis apribojimas. Daugeliu atvejų siena storesnė ne dėl konservatyvumo, o dėl reikalavimo, kad minimalus priimtinas tarnavimo laikas tarp keitimų būtų nuo dvejų iki penkerių metų. Šilumos efektyvumo trūkumas pripažįstamas patikimumo kaina.

Sienelės storio pasirinkimo matrica, skirta chloro eksploatacijai, atsižvelgiant į būtiną tarnavimo laiką
Toliau pateiktoje lentelėje nurodytas rekomenduojamas mažiausiai 316 panardinamųjų šildytuvų apvalkalo sienelių storis chloriduose, kurių sudėtyje yra pramoninių skysčių. Vertės pagrįstos nuolatiniu veikimu, plyšių vietų (jungių, sriegių ar atramų) prieinamumu ir siekiu bent 2 metus užtikrinti sandarų nuotėkį-, kol perforacijos rizika tampa nemaža. Plonesnės sienos gali būti leidžiamos tais atvejais, kai nėra plyšių (pvz., lygus besiūlis vamzdis, kabantis nuo bako viršaus be sąlyčio taškų). Tačiau praktikoje tokie dizainai yra reti.

Chlorido koncentracija ir proceso temperatūra išmatuota arba numatomas plyšio plitimo greitis Mažiausias 316 apvalkalo sienelės storis per 2 metus Mažiausias 316 apvalkalo sienelės storis 4 metų eksploatavimo metams Rekomenduojamas vatų tankis, mažinantis jūros vandenį (19 000 laipsnis C3000 ppm). 0,4–0,6 mm/metus 1,2 mm 2,0 mm 10% standarto
Jūros vanduo (19 000 ppm Cl⁻), 50-70 laipsnių 0.8 - 1.2 mm/metai 2,0 mm 3,0 mm (žr. Incoloy 825) 20 % standartinio
Sūrus vanduo (5 000 ppm Cl⁻), 40–60 laipsnių 0,3–0,5 mm per metus 1,0 mm 1,6 mm Nereikia
Praskiestas sūrymas (nuo 1 000 iki 3 000 ppm Cl⁻), 80-95 laipsniai 0.6 - 1.0 mm per metus 1,6 mm 2,5 mm 15 % nuo standarto
Aušinimo bokšto vanduo (500 ppm Cl⁻, daug deguonies), 30–50 laipsnių 0,2–0,3 mm per metus 0,8 mm 1,2 mm Nereikia
Cheminė procedūra (10 % NaCl tirpalas), 90-100 laipsnių 1,5–2,0 mm/metus 3,0 mm (nerekomenduojama keisti lydinį)316 25% sumažinimas, mano, kad lydinio tobulinimas neįmanomas
Šioje lentelėje daroma prielaida, kad yra plyšių, kurių negalima pašalinti projektuojant. Jei eksploatavimo laikas ilgesnis nei ketveri metai, 316 nerūdijantis plienas yra nedidelis, nepriklausomai nuo sienelės storio, esant šiltoms, daug chloro{2}}sąlygoms. Tam tikromis aplinkybėmis pereinant prie aukštesnio lydinio, pvz., Incoloy 825 (42 % nikelio, 21 % chromo, 3 % molibdeno) arba titano, iš esmės yra geresnis atsparumas plyšių korozijai, tačiau medžiagos kaina didesnė. Be to, šie alternatyvūs lydiniai dažnai turi daug mažesnį sklidimo greitį, todėl sienelės storis gali būti sumažintas.

Dizaino pakeitimai, siekiant sumažinti plyšių korozijos riziką nedidinant sienos storio
Inžinieriai iš pradžių turėtų pažvelgti į konstrukcijos pakeitimus, kurie sumažina plyšio atsiradimo tikimybę, prieš sutikdami su storesnės sienos terminiu nuobauda. Geriausias dalykas yra visiškai atsikratyti įtrūkimų. Šildytuvas ant lygaus besriegiuoto 316 apvalkalo su suvirintu tvirtinimo flanšu ir be tarpinės sąsajos ar kontakto su atramomis gali tarnauti daug ilgiau nei plonesnė siena su įtrūkimais. Visiškai įsiskverbusios suvirinimo siūlės sušlifuojamos lygiai su paviršiumi, vengiant persidengti metaliniais paviršiais Ne-sugeriančių tarpiklių, pvz., išplėsto PTFE, naudojimas gali sumažinti plyšių sunkumą Kitas būdas yra naudoti katodinę apsaugą. Cinko arba aliuminio anodo sujungimas su šildytuvo tvirtinimo flanšu gali perkelti 316 apvalkalo potencialą į diapazoną, kuriame sumažėja plyšio korozijos atsiradimas. Sūrio vandens aušinimo sistemų lauko bandymai parodė, kad katodiškai ekranuotų 1,6 mm 316 apvalkalų gyvenimo trukmė yra lygi 2,5 mm apvalkalams be apsaugos. Trečias būdas yra periodinis cheminis valymas, siekiant pašalinti biologinį nešvarumą ir nuosėdas, kurios sudaro plyšių vietas. Netgi kasmetinis vandens nuplovimas ar apdorojimas biocidais gali labai sumažinti įtrūkimų laikotarpį ant apvalkalo paviršiaus.

Išvada: apvalkalo storio specifikacija kaip korozijos valdymo įrankis 316
Sienelės storis yra dvigubai svarbesnis{0}}, kai inžinieriai parenka 316 nerūdijančio plieno apvyniotus elektrinius šildymo elementus proceso skysčiams, kurių sudėtyje yra chloridų. Jis užtikrina mechaninį stiprumą ir slėgio sulaikymą, kaip minėjome ankstesniuose skyriuose. Tačiau jis taip pat veikia kaip korozijos atsarga, medžiagos rezervas visam šildytuvo eksploatavimo laikui, atsižvelgiant į sandarumą-, prasidėjus plyšių korozijai. Plyšio atakos plitimo tempas šiltuose chloriduose yra labai nuspėjamas – nuo ​​0,5 iki 1,5 mm kiekvienais metais, priklausomai nuo sąlygų. Todėl minimalų sienelės storį tiesiogiai lemia pageidaujamas tarnavimo laikas. Šildytuvo, kuris turėtų atlaikyti dvejus metus 60 laipsnių jūros vandenyje, sienelės storis turi būti bent 1,6-2,0 mm. Šildytuvas gali būti gana patenkinamas su 1,0 mm ir tarnauti šešis mėnesius. Techninis pasirinkimas nėra tas, jei 316 yra „tinkamas“ chloro eksploatavimui absoliučiai-, tai sienelės storio suderinimas su reikiamu keitimo intervalu. Nurodydami šildytuvus koroziniam naudojimui, inžinieriai turėtų informuoti tiekėją apie numatomą chlorido kiekį, darbinę temperatūrą ir tikslinę tarnavimo laiką. Todėl tiekėjas gali rekomenduoti sienelės storį, kuris subalansuotų korozijos trukmę ir šilumines savybes, išvengtų ankstyvų perforacijos gedimų ir nereikalingos šiluminės nuobaudos, kai storis viršija nurodytą storį. Jei žiūrite į ilgesnį nei ketverių metų eksploatavimo laiką šiltuose chloriduose, sąžiningas techninis patarimas yra pakeisti lydinį, o ne išplėsti 316 sienelės storį daugiau nei 2,5 mm, nes šiluminės ir sąnaudos tampa pernelyg didelės.