Při jaké konkrétní prahové hodnotě koncentrace kyseliny sírové vyžaduje 1,2milimetrový plášť z nerezové oceli 316 dodatečné-žíhání svařování, aby se zabránilo mezikrystalové korozi v elektrických ponorných ohřívačích?

Technici údržby zařízení, kteří se starají o elektrické ponorné ohřívače v komunálních a průmyslových čistírnách odpadních vod, čelí náročnému koroznímu prostředí v důsledku proměnlivých úrovní chloridů, zvýšených teplot z biologických procesů a přerušovaného provozu. Na rozdíl od čistých chemických provozů, kde jsou koncentrace kontrolovány, se koncentrace chloridů v odpadních vodách mění v závislosti na průmyslovém vypouštění, odtoku silniční soli a odpařování v nádržích na čištění. To je často případ 1,2 mm pláště z nerezové oceli 316, který má pro tyto aplikace dobrou rovnováhu mezi cenou a obecnou odolností proti korozi. Pokud jsou však koncentrace chloridů a teplota povrchu pláště za určitými limity, mohlo by dojít k proražení důlků za šest měsíců, což by vyžadovalo častou a nákladnou výměnu. V tomto článku je uvedena optimální kombinace obsahu chloridů a povrchové teploty pláště omezující plášť 1,2 mm 316 na šestiměsíční životnost při ohřevu odpadních vod.

Kinetika důlkové penetrace v 316 vystaveném odpadní vodě-obsahující chloridy
Z elektrochemického hlediska je důlkové chování 316 v odpadní vodě podobné čistším roztokům chloridů, ale je vylepšeno přítomností biologické aktivity, suspendovaných částic a měnícím se pH. Chlorid je běžně přítomen v odpadních vodách v množství od 100 ppm do 2 000 ppm, přičemž špičky překračující 5 000 ppm během průmyslových vypouštění. 316 v 500 ppm chloridů je asi 60 °C. Kritická důlková teplota v 1000 ppm chloridu je snížena na 50 stupňů. S 2000 ppm chloridu klesá na 40 stupňů. Aplikovaná wattová hustota (obvykle 5–10 W/cm² pro použití s ​​odpadními vodami) způsobí, že povrchová teplota pláště bude o 15–30 °C vyšší než teplota odpadní vody pro ponorný ohřívač. V ošetřovací nádrži udržované na 35 °C s ohřívačem 8 W/cm² je povrchová teplota pláště 50-60 °C. Je-li koncentrace chloridů ve vodě 1 000 ppm, je v té době překročena kritická teplota důlkové koroze 50 °C a důlková koroze nastává během dnů. Jámy se šíří rychlostí 0,5–2,0 mm/měsíc, jakmile jsou iniciovány v teplé odpadní vodě, přičemž během 3–12 týdnů prolomí 1,2 mm stěnu. Kritérium šestiměsíčního nahrazení je tedy dosaženo, pokud dojde k iniciaci důlkové koroze v prvním měsíci a množení je dokončeno v následujících pěti měsících.

Šestiměsíční-kritický chlorid{1}}kombinace teplot
Výsledky ponorného testování 316 vzorků v simulované odpadní vodě s normální biologickou aktivitou (pH 6,5-7,5, středně suspendované částice) naznačují následující kombinace koncentrace chloridů a povrchové teploty pláště, které poskytují maximální životnost šest měsíců pro 1,2 mm stěnu: Hodnoty platí pro nepřetržitý provoz s normální wattovou hustotou 6-8 W/cm2.

Koncentrace sypkého chloridu (ppm) Kritická povrchová teplota pláště pro iniciaci důlku do 30 dnů Rychlost šíření důlku (mm/měsíc) při této teplotě Doba do penetrace 1,2 mm po iniciaci Celková životnost (iniciace + šíření) 300 – 500 ppm Nad 70 stupňů 0,4 – 0,7 mm/měsíc –800 2 –50 měsíců ppm Nad 60 stupňů 0,6 – 1,0 mm/měsíc 1,5 – 2 měsíce 2 – 3 měsíce 800 – 1 200 ppm Nad 55 stupňů 0,8 – 1,2 mm/měsíc 1 – 1,5 měsíce 1,5 – 2,5 měsíců 1 200 – 0 ppm – 1,50 st. mm/měsíc 0,8 – 1,2 měsíce 1 – 2 měsíce 1 500 – 2 000 ppm Nad 45 stupňů 1,2 – 1,8 mm/měsíc 0,7 – 1 měsíc 1 – 1,5 měsíce 2 000 – 3 000 ppm40°C 1,5 – 2,0,1 měsíce 8,5 – 2,0,0. měsíce
>3,000 ppm>35°C >2,0 mm/měsíc Méně než 0,6 měsíce Méně než 1 měsíc
Při životnosti šesti měsíců musí součin obsahu chloridů a povrchové teploty pláště počítat s minimálně třemi měsíci pro iniciaci jámy a tři měsíce pro šíření. K tomu dochází pouze tehdy, je-li povrchová teplota pláště alespoň 5–10 °C pod kritickou teplotou důlkové koroze pro příslušnou koncentraci chloridů. Povrchová teplota pláště by měla být nižší než 55 °C pro 500 ppm chloridu. Pro 1 000 ppm chloridu musí být nižší než 45 °C. Pro 2000 ppm chloridu musí být nižší než 35 stupňů.

Bezpečná provozní obálka Životnost 6 měsíců
Maximální povolená teplota odpadní vody pro 1,2 mm 316 plášť při různých wattových hustotách pro dosažení šestiměsíční životnosti při různých rozsazích koncentrace chloridů je uvedena v přiložené tabulce. Hodnoty zaručují, že povrchová teplota pláště je alespoň 5 stupňů pod kritickou teplotou důlkové koroze pro daný obsah chloridů.

Rozsah koncentrace chloridu (ppm) Kritická teplota důlkové koroze minus 5 °C Bezpečnostní rozpětí Maximální bezpečná objemová teplota při 5 W/cm² (nárůst 15 °C) Maximální bezpečná objemová teplota při 8 W/cm² (nárůst 25 °C) Maximální bezpečná objemová teplota při 10 W/cm² (nárůst 30 °C)
Méně než 300 ppm 75 °C 60 °C 50 °C 45 °C 300 – 500 ppm 65 °C 50 °C 40 °C 35 °C 500 – 800 ppm 55 °C 40 °C 30 °C 45 °C 45 °C 1800 ppm 30°C 20°C 15°C 1200 – 1500 ppm 40°C 25°C 15°C 10°C 1500 – 2000 ppm 35°C 20°C 10°C Neproveditelné
Nad 2 000 ppm Pod 30 stupňů Není k dispozici Není k dispozici Není k dispozici
Pro nádrž na čištění odpadních vod při teplotě objemu 35 °C a normálních hladinách chloridů 500–800 ppm poskytne plášť 316 o tloušťce 1,2 mm při 8 W/cm² povrchovou teplotu pláště asi 60 °C. To je vyšší než bezpečný limit 55 °C a životnost šesti měsíců je nepravděpodobná. Chcete-li získat životnost 6 měsíců, musí operátor snížit hustotu wattů na 5 W/cm² (bezpečný limit 55 °C povoluje 40 °C ve velkém, ale objem je 35 °C-přijatelný), snížit objemovou teplotu nebo tolerovat častější výměnu.

Změny designu po dobu delší než šest měsíců životnosti
Pokud se podmínky procesu blíží šesti{0}}měsíční životnosti, mohou tři úpravy designu prodloužit životnost bez úpravy materiálu pláště nebo tloušťky stěny. Prvním z nich je připojení časovače nebo regulátoru teploty k vypnutí ohřívače, když je umyvadlo dostatečně horké. Přerušovaný provoz znamená kratší dobu při teplotě a tím i delší kalendářní životnost, i když je celkový počet hodin při teplotě stejný. Druhou změnou je umístění ohřívače na místo s vysokým průtokem. Zvýšení turbulence vede ke zvýšení součinitele prostupu tepla a ke snížení nárůstu povrchové teploty pláště z 25°C na 10-15°C při stejné wattové hustotě. Ohřívač, který by ve stojatých podmínkách dosáhl povrchové teploty 60 °C, může být provozován při 50 °C v dobře cirkulující odpadní vodě, která klesne pod rozhodující práh. Poslední změnou je přidání sondy pro monitorování koroze a proaktivní výměna ohřívačů, když sonda detekuje začátek důlkové koroze. To zabraňuje náhlému selhání, i když to obecně neprodlužuje životnost. Pro čistírny odpadních vod s obsahem chloridů nad 1 000 ppm nebo s teplotou v objemu nad 40 °C by inženýři měli specifikovat slitinu odolnější proti důlkové korozi, jako je nerezová ocel 317 (3,5 % molybden) nebo slitina 825. Přírůstkové náklady jsou obvykle o 20–50 % vyšší než u 316, ale životnost se prodlužuje na 3–5 let. Při výběru ohřívačů pro čištění odpadních vod je důležité shromáždit údaje o koncentraci chloridů z několika odběrů vzorků v průběhu roku, protože sezónní změny mohou být značné. Ohřívač navržený pro léto může v zimě rychle selhat, pokud odtok soli ze silnice zvýší hladinu chloridů. Šestiměsíční limit náhrady není veličinou, ale předvídatelným důsledkem koncentrace chloridů a povrchové teploty pláště. Díky dvěma měřeným charakteristikám mohou inženýři přesně předpovědět životnost ohřívače a navrhnout plány údržby, čímž se vyhnou neočekávaným poruchám a předčasné výměně stále funkčních ohřívačů.