Při jaké konkrétní kombinaci koncentrace hydroxidu sodného a povrchové teploty pláště vyžaduje 1,6 milimetrový plášť z nerezové oceli 316 výměnu každých 12 měsíců v servisu ohřívače trysek pro čištění nádrže?

Technici údržby odpovědní za systémy čištění nádrží v potravinářských, nápojových a chemických zařízeních mají běžně elektrické ponorné ohřívače umístěné v nádržích na čisticí roztok, aby udržely teplotu čisticích prostředků. Hlavním čisticím prostředkem je hydroxid sodný, obvykle používaný v koncentracích 2-5 % a teplotách 70-85 stupňů. Tyto ohřívače obvykle používají 1,6 mm plášť z nerezové oceli 316, který poskytuje dobrý kompromis odolnosti proti korozi a mechanické odolnosti proti nárazu trysky. Zvýšená koroze v důsledku určitých kombinací koncentrace louhu a vysoké povrchové teploty pláště (hustota ve wattech) však může zkrátit životnost na 12 měsíců nebo méně. Tento článek přesně definuje body, ve kterých se má ročně vyměnit 1,6 mm 316 plášť pro službu ohřevu trysky čištění nádrže.

Chování žíravé koroze 316 při vysokých povrchových teplotách
Při teplotách do 80 stupňů je nerezová ocel typu 316 pasivní v roztocích hydroxidu sodného s koncentrací pod 5 % a má rychlost koroze menší než 0,1 mm/rok. S nárůstem tepelného toku se však povrchová teplota pláště zvyšuje a pasivní fólie je méně stabilní. Rychlost koroze ve 3% NaOH při povrchové teplotě 85 stupňů je menší než 0,1 mm za rok. Každý rok se zvýší na 0,2-0,4 mm při 95 stupních. je to 0,5–1,0 mm za rok při 105 stupních. Rychlosti jsou vyšší než 2 mm/rok při 115 stupních. Při 1,6 mm pláště penetrace do 1,0 mm (minimální konstrukční tloušťka pro většinu aplikací) trvá 1-2 roky při 1 mm za rok. 12měsíční prahové hodnoty pro výměnu je dosaženo, když kombinace koncentrace louhu a povrchové teploty pláště poskytuje rychlost koroze asi 0,6-0,8 mm za rok při spotřebě 1,6 mm stěny na 1,0 mm za 12 měsíců.

Kritické životní prahy návrhu (12 měsíců)
Na základě testování ponořením 316 vzorků do roztoků hydroxidu sodného při teplotách relevantních pro čištění nádrží poskytují následující kombinace koncentrace louhu a teploty povrchu pláště maximální životnost 12 měsíců pro stěnu o tloušťce 1,6 mm.

Koncentrace hydroxidu sodného (hmotnostní %) Teplota roztoku Teplota povrchu pláště při 8 W/cm² (nárůst o 20 stupňů) Očekávaná míra koroze při povrchové teplotě Doba do snížení 1,6 mm až 1,0 mm Životnost do výměny 2 % 70 stupňů 90 stupňů 0,15 – 3 – 24 let 0,15 – 3 – 24 mm 2 % 80 stupňů 100 stupňů 0,30 – 0,50 mm/rok 1,2 – 2,0 let 1,5 – 2,5 let 2 % 85 stupňů 105 stupňů 0,50 – 0,80 mm/rok 0,75 – 1,2 let 1 – 1,5 let 1 – 1,5 roku 3 % 0,0 3 % 0 70 1,7 – 3,0 roky 2 – 3,5 let 3 % 75 stupňů 95 stupňů 0,35 – 0,60 mm/rok 1,0 – 1,7 let 1,2 – 2 roky 3 % 80 stupňů 100 stupňů 0,60 – 1,00 mm/rok 0,6 – 0,8 stupně 1,0 let 0,25 – 0,40 mm/rok 1,5 – 2,4 roky 1,8 – 3 roky 4 % 70 stupňů 90 stupňů 0,40 – 0,70 mm/rok 0,9 – 1,5 let 1 – 1,8 let 4 % 1,5 stupně 95 stupňů 0,70 – 1,20 rok 0,70 – 1,20. 5 % 60 stupňů 80 stupňů 0,30 – 0,50 mm/rok 1,2 – 2,0 let 1,5 – 2,5 let 5 % 65 stupňů 85 stupňů 0,50 – 0,85 mm/rok 0,7 – 1,2 let 0,8 – 1,5 let 5 % 05 mm/0,1 stupně 0,4 – 0,7 roku 0,5 – 0,8 roku
Povrchová teplota pláště v systému čištění nádrží 3% NaOH při 80 stupních objemové teploty s 1,6mm pláštěm při 8W/cm2 je kolem 100 stupňů. Předpokládaná rychlost koroze je 0,6 až 1,0 mm za rok, čímž dojde ke snížení stěny na 1,0 mm za 0,6 až 1,0 roku. Správná výměna za dvanáct měsíců. Objemová teplota na 75 stupňů snižuje povrchovou teplotu na 95 stupňů, snižuje rychlost koroze na 0,35-0,60 mm/rok a zvyšuje životnost na 1,2-2 roky.

Bezpečná provozní obálka pro 12měsíční plán výměny
Níže uvedená tabulka ukazuje maximální bezpečnou objemovou teplotu hydroxidu sodného pro 1,6 mm 316 plášť při různých hustotách wattů, které zajistí životnost minimálně 12 měsíců, než se tloušťka stěny sníží pod 1,0 mm, což vyžaduje výměnu.

Hustota wattů (nárůst teploty) Max. Hromadná teplota pro 2% NaOH Max. Hromadná teplota pro 3% NaOH Max. Hromadná teplota pro 4% NaOH Max. Hromadná teplota pro 5% NaOH
4 W/cm2 (10 stupňů nárůst) 88 stupňů 82 stupňů 78 stupňů 72 stupňů 6 W/cm2 (15 stupňů nárůst) 83 stupňů 77 stupňů 73 stupňů 67 stupňů 8 W/cm2 (20 stupňů nárůst) 78 stupňů 72 stupňů 68 stupňů 62 stupňů 10 W/cm2 (75 stupňů 76 stupňů 3 stupňů) W/cm2 (30 stupňů) 68 stupňů 62 stupňů 58 stupňů 52 stupňů
Pro typický systém čištění nádrží s 3% NaOH při teplotě 75 stupňů s 8 W/cm² (20 stupňů, povrch 95 stupňů) je bezpečný limit 72 stupňů. Při 75 stupních je ohřívač nad bezpečným limitem a neumožňuje životnost 12 měsíců. Snížení hustoty wattů na 6 W/cm2 (15 stupňů nárůst, 90 stupňů povrch) nabízí bezpečný limit objemu 77 stupňů, proto je 75 stupňů dobré pro výměnu na 12 měsíců.

Změny designu pro prodloužení životnosti na více než 12 měsíců
Tři úpravy mohou prodloužit životnost pláště 1,6 mm 316 na 12 měsíců za podmínek čištění nádrže. Jedním z nich je použití delšího ohřívače ke snížení wattové hustoty. 8 W/cm 2 na 4 W/cm 2 , nárůst povrchové teploty se sníží z 20 stupňů na 10 stupňů a přechází z jednoletého režimu na 2-3letý. Druhou změnou je spouštění přerušovaně. Pokud ohřívač běží 4 hodiny denně místo 24 hodin denně, vydrží v kalendářních termínech 6krát déle. Třetí změnou je zavedení inhibitoru koroze. Silikáty nebo fosfáty v množství 100-200 ppm mohou snížit míru koroze o 30-50 %. Pokud je pro nepřetržitý provoz potřeba 4% NaOH při 80 stupních, měli by inženýři zvážit upgrade na slitinu Alloy 600 nebo Alloy 825, která dokáže za těchto podmínek udržet rychlost koroze pod 0,1 mm za rok. Při specifikaci ohřívačů pro službu čištění nádrže vždy zmiňte maximální koncentraci louhu, objemovou teplotu, pracovní cyklus a požadovaný interval výměny. Pokud výrobce navrhuje 316 pro 4% NaOH při 85 stupních, ale nezmiňuje snížení hustoty wattů, nedává kompetentní radu. Práh výměny za 12 měsíců lze předpovědět jako funkci koncentrace louhu, objemové teploty a hustoty wattů, což umožňuje spolehlivou předpověď životnosti ohřívače a plánování údržby.