Při jaké konkrétní kombinaci koncentrace chloridů a povrchové teploty pláště přechází plášť z nerezové oceli 316 o průměru 1,6 milimetru z pasivní na aktivní důlkovou korozi ve službě ohřevu atmosférické akumulační nádrže?

Pro procesního inženýra odpovědného za elektrické ponorné ohřívače v atmosférických zásobních nádržích obsahujících roztoky obsahující chloridy, jako je vyrobená voda, odpadní vody z odsolovacích zařízení a průmyslová promývací voda, je rozdíl mezi pasivní a aktivní důlkovou korozí rozdílem mezi pláštěm z nerezové oceli 316, který vydrží deset let nebo deset týdnů. Okolnosti ve vzduchových zásobnících jsou však statické nebo pomalu se pohybující s měnícími se koncentracemi chloridů v důsledku odpařování a stratifikace, zatímco čerstvý roztok je neustále v kontaktu s pláštěm v systémech s kontinuálním průtokem. Typická tloušťka stěny je 1,6 mm. Jde o kompromis mezi mechanickou pevností a praktickým přenosem tepla . Kritická bodová teplota a kritická koncentrace chloridů pro 316 nejsou statická čísla, ale interagují se zvýšením teploty povrchu pláště vyvolaným aplikovanou wattovou hustotou. Tento článek uvádí koncentraci chloridů a povrchovou teplotu pláště, při které se stěna o tloušťce 1,6 mm mění z pasivní (rychlost koroze<0.05 mm/year) to active pitting (penetration within months).

Kritická důlková teplota a interakce s chloridy
Kritická důlková teplota nerezové oceli 316 při dané koncentraci chloridů je teplota, při které mohou stabilní důlky nukleovat a růst. Pod touto teplotou zůstává pasivní film neporušený a rychlost koroze je nevýznamná. Je to inverzní vztah. Čím vyšší je koncentrace chloridů, tím nižší je kritická bodová teplota. Kritická pitting teplota je kolem 80oC v 100 ppm chloridu. V 1000 ppm chloridu se sníží na 55 stupňů. Při 5 000 ppm chloridu klesá na 35 C. Při 10 000 ppm chloridu (1 % NaCl) je kritická důlková teplota asi 25 stupňů. Tepelný tok z ponorných ohřívačů způsobí, že povrchová teplota pláště je o 15-40 stupňů vyšší než teplota zásobníku. Povrchová teplota pláště nádrže při 40 stupních s ohřívačem 8 W/cm² může být 60–70 stupňů. Je-li koncentrace chloridů v nádrži 1000 ppm, je překročena kritická teplota důlkové koroze 55 stupňů a k iniciaci důlkové koroze dojde během týdnů. Doba do perforace po začátku důlkové tvorby se řídí tloušťkou stěny 1,6 mm, což při typické rychlosti šíření 0,5–2,0 mm za měsíc znamená selhání za 1–3 měsíce.

1,6milimetrové kritické prahové hodnoty přechodu
Ponořovací testy s 316 vzorky s povrchovým leskem charakteristickým pro zhutněné pláště ohřívačů poskytly následující prahové hodnoty přechodu pro 1,6 mm stěnu při wattové hustotě 6-10 W/cm2. Očekává se, že teplota velkoobjemové nádrže bude 10–20 stupňů pod teplotou povrchu pláště.

Koncentrace chloridu (ppm) Kritická důlková teplota pro 316 (stupňů) Minimální povrchová teplota pláště pro pasivní-do{2}}aktivní přechod Bezpečná teplota velkoobjemové nádrže pro 1,6 mm plášť při 8 W/cm2 Nad očekávanou životností Přechod
< 100 ppm < 80°C 80°C < 65°C 5-10 years 100 - 500 ppm 65 - 80°C 65 - 80°C < 50 - 65°C 2-5 years 500 - 1,000 ppm 55 - 65°C 55 - 65°C < 40 - 50°C 1-2 years 1,000 - 2,000 ppm 45 - 55°C 45 - 55°C < 30 - 40°C 6-12 months 2,000 - 5,000 ppm 35 - 45°C 35 - 45°C < 20 - 30°C 3-6 months 5,000 - 10,000 ppm 25 - 35°C 25 - 35°C < 10 - 20°C 1-3 months
>10 000 ppm< 25 °CBelow 25 degrees CNot safe regardless of temperature Weeks to months
Pro skladovací nádrž s objemovou teplotou 50 °C a 1,6 mm pláštěm při 8 W/cm 2 je povrchová teplota pláště kolem 65-70 °C. Koncentrace chloridů musí být nižší než 500 ppm, aby zůstala nad kritickou bodovou teplotou. Aktivní důlková koroze začne během týdnů na rozhodující úrovni 55 stupňů s úrovní chloridů 1000 ppm a povrchovou teplotou. Pokud je obsah chloridů v nádrži větší než 2 000 ppm, není 316 vhodný při jakékoli praktické objemové teplotě, protože povrchová teplota pláště, potřebná k vytvoření i malého tepelného toku, bude vyšší než kritická teplota pro důlkovou korozi.

1,6milimetrový plášť Safe Operation Envelope Matrix
Níže uvedená tabulka uvádí maximální bezpečnou teplotu velkoobjemové nádrže pro 1,6 mm 316 plášť při různých wattových hustotách a koncentracích chloridů. Tyto hodnoty zajišťují, že teplota povrchu pláště je alespoň 5 stupňů pod kritickou teplotou důlkové koroze pro danou koncentraci chloridů.

Koncentrace chloridu (ppm) POVRCHOVÁ TEPLOTA PLÁŠTĚ POVRCHOVÁ TEPLOTA PLÁŠŤOVA TEPLOTA PLÁŠTĚ (5 W/cm2) (8 W/cm2) Maximální bezpečná Maximální bezpečná Maximální bezpečná Maximální bezpečná Bezpečná objemová teplota 12 W/cm²
Pod 100 ppm 75 stupňů 65 stupňů 60 stupňů 50 stupňů 100 – 250 ppm 70 stupňů 60 stupňů 55 stupňů 45 stupňů 250 – 500 ppm 65 stupňů 55 stupňů 50 stupňů 40 stupňů 500 – 750 ppm 5 stupňů 04 55 stupňů 1 000 ppm 55 stupňů 45 stupňů 40 stupňů 30 stupňů 1 000 – 1 500 ppm 50 stupňů 40 stupňů 35 stupňů 25 stupňů 1 500 – 2 000 ppm 45 stupňů 35 stupňů 30 stupňů 20 stupňů
2000 str./min. Není bezpečné Není bezpečné Není bezpečné
Je-li vypočtená povrchová teplota pláště vyšší než kritická teplota důlkové koroze pro uváděný obsah chloridů, pak je selhání důlkové koroze pro jakoukoli aplikaci nevyhnutelné. Tloušťka stěny 1,6 mm sice nabízí určitou dobu šíření, nicméně na ohřívač by se mělo pohlížet tak, že má konečnou, předvídatelnou životnost v měsících spíše než v letech.

Změny designu, aby se zabránilo pitting Transition
Poblíž hranice přechodu procesních podmínek z pasivního na aktivní lze realizovat tři modifikace konstrukce, aby se zabránilo důlkové korozi bez úpravy materiálu pláště nebo tloušťky stěny. První je snížit hustotu výkonu. Když se teplota povrchu pláště sníží o 15–25 stupňů při 5 W/cm² místo 10 W/cm², může se aktivní režim změnit na pasivní režim. Druhou změnou je posílení cirkulace po celém povrchu pláště. Drobné míchadlo nebo oběhové čerpadlo může snížit nárůst povrchové teploty pláště o 40-60 % a udržet plášť pod kritickým prahem i při středních wattových hustotách. Další změnou je připojení sondy pro sledování koroze, malého kuponu 316 elektricky spojeného s pláštěm ohřívače. Prudký nárůst galvanického proudu znamená začátek aktivního pittingu a poskytuje včasné varování před průnikem pláště. Pokud se koncentrace chloridů v nádrži mění v důsledku odpařování nebo změn šarže, technici by měli specifikovat 316L s vyšším ekvivalentním číslem odolnosti proti důlkové korozi a zvážit upgrade na nerezovou ocel 317 (3,5 % molybden) nebo slitinu 825 pro spolehlivou dlouhodobou službu. Přírůstkové náklady na odolnější slitinu jsou obecně nižší než náklady na jednu důlkovou poruchu ve skladovací nádrži, včetně kontaminace produktu, vypouštění nádrže a výměny ohřívače. • Při specifikaci ohřívačů pro skladovací nádrže s chloridy vždy měřte skutečnou koncentraci chloridů při předpokládané provozní teplotě. Vypočítejte povrchovou teplotu pláště při doporučené hustotě wattů. Pro dlouhodobé použití s ​​1,6 mm 316 pláštěm se doporučuje bezpečnostní pufr nejméně 10 stupňů pod kritickou pitting teplotou.