Za brodske inženjere za hlađenje odgovorne za grijače za odmrzavanje u zamrzivačima, posudama za hlađenje i postrojenjima za preradu morskih plodova, kombinacija kondenzata{0}}napunjenog slanom otopinom i cikličkog rada stvara jedno od najagresivnijih okruženja korozije za 316 omotača od nehrđajućeg čelika. Pomorski rashladni grijači za odmrzavanje rade u okruženju u kojem koncentracije klorida iz prskanja morske vode, curenja slane vode i isparavanja kondenzata mogu doseći 50.000–150.000 ppm-daleko premašujući tipične industrijske granice. Debljina zida od 1,2 mm je uobičajena za ove grijače zbog ograničenja prostora i zahtjeva za termičkom reakcijom. Međutim, pod specifičnim kombinacijama koncentracije slane vode i površinske temperature omotača, prodiranje udubljenja može se dogoditi u roku od tri mjeseca, što zahtijeva čestu i skupu zamjenu. Ovaj članak identificira precizne pragove gdje omotač od 1,2 mm 316 dostigne ograničenje radnog vijeka od tri-mjesečnog vijeka u servisu brodskog rashladnog grijača.
Ponašanje 316 u udubljenju u salamuri visoke-koncentracije pri temperaturama odmrzavanja
Pomorski rashladni grijači za odmrzavanje rade tako što se pokreću za otapanje leda koji se nakuplja na zavojnicama isparivača. Temperatura površine omotača tokom ciklusa odmrzavanja obično dostiže 150-250 stepeni, dok okolno okruženje sadrži slanu vodu sa koncentracijama hlorida u rasponu od 30.000 ppm (morska voda) do preko 150.000 ppm (koncentrisano isparavanjem). Na ovim visokim nivoima hlorida, kritična temperatura pittinga od 316 dramatično pada. U 30.000 ppm hlorida (morska voda), kritična temperatura udubljenja je približno 25 stepeni. U 50.000 ppm, pada na 15 stepeni. U 100.000 ppm, kritična temperatura pada ispod 0 stepeni, što znači da se piting javlja na bilo kojoj temperaturi iznad nule. Za grijač za odmrzavanje, temperatura površine omotača tokom rada je 150-250 stepeni, što znatno premašuje kritičnu temperaturu pittinga bez obzira na koncentraciju. Pitting počinje u roku od nekoliko sati od prvog izlaganja. Kada se jednom započne, stope razmnožavanja u jami u toploj,-salamuri sa visokim sadržajem hlorida su izuzetno brze-tipično 2-5 mm mjesečno na 50 stepeni i 5-10 mm mjesečno na 80 stepeni. Plašt od 1,2 mm u ovom okruženju će prodrijeti za 1-3 sedmice nakon pokretanja jame. Radni vijek od tri-mjesečnog vijeka postiže se samo kada grijač radi s prekidima s produženim{40}}ciklusima, omogućavajući salamuri da se osuši i skraćujući vrijeme u korozivnim uslovima.
Kritične kombinacije temperature slane otopine-za tri-životna doba
Na osnovu podataka o kvarovima na terenu iz brodskih rashladnih sistema i ubrzanog laboratorijskog testiranja 1,2 mm 316 uzoraka omotača u koncentriranoj slanoj vodi, sljedeće kombinacije koncentracije slane otopine i površinske temperature omotača proizvode tri-mjesečni maksimalni vijek trajanja.
| Koncentracija slanog hlorida (ppm) | Kritična temperatura pittinga pri ovoj koncentraciji | Temperatura površine omotača tokom odmrzavanja | Brzina širenja u jami (mm/mjesečno) na temperaturi omotača | Vrijeme do penetracije od 1,2 mm nakon inicijacije | Ukupni vijek trajanja (pokretanje + širenje) |
|---|---|---|---|---|---|
| 30.000 – 40.000 (morska voda) | 20 – 25 stepeni | 150 – 200 stepeni | 3 – 5 mm/mjesečno | 0,3 – 0,4 mjeseca | 0,5 – 1 mjesec |
| 40,000 – 60,000 | 10 – 20 stepeni | 150 – 200 stepeni | 4 – 7 mm/mjesečno | 0,2 – 0,3 mjeseca | 0,3 – 0,5 mjeseci |
| 60,000 – 80,000 | 5 – 10 stepeni | 150 – 200 stepeni | 5 – 8 mm/mjesečno | 0,15 – 0,25 mjeseci | 0,25 – 0,4 mjeseca |
| 80,000 – 100,000 | 0 – 5 stepeni | 150 – 200 stepeni | 6 – 10 mm/mjesečno | 0,12 – 0,2 mjeseca | 0,2 – 0,3 mjeseca |
| Preko 100.000 | Ispod 0 stepeni | 150 – 200 stepeni | 8 – 15 mm/mjesečno | 0,08 – 0,15 mjeseci | 0,1 – 0,2 mjeseca |
Pri tipičnim koncentracijama slane otopine za hlađenje u moru od 30.000-50.000 ppm, omotač od 1,2 mm 316 bi teoretski probušio u roku od 2-4 tjedna. U praksi, vek trajanja od tri-mjesečnog rada postiže se samo zato što grijač radi s prekidima-možda 4-6 ciklusa odmrzavanja dnevno, svaki u trajanju od 10-20 minuta. Ukupno vrijeme na povišenoj temperaturi je 1-2 sata dnevno, produžavajući kalendarski vijek na 2-4 mjeseca iako je stvarno vrijeme korozije samo 60-120 sati. Prag za zamjenu od tri-mjesečna vrijednost dostiže se kada kumulativno vrijeme izlaganja koroziji dostigne približno 100-200 sati.
Siguran radni vek za tri-mjesečni vijek trajanja
Sljedeća tabela daje maksimalne bezbedne kumulativne sate odmrzavanja sedmično za plašt od 1,2 mm 316 u brodskom rashladnom sistemu kako bi se postigao tri-mjesečni interval zamjene. Vrijednosti pretpostavljaju tipične koncentracije slane otopine koje se nalaze u različitim morskim sredinama.
| Marine Environment | Tipična koncentracija slanog hlorida (ppm) | Maksimalni broj sati sigurnog odmrzavanja tjedno za 3-mjesečni vijek trajanja | Tipični ciklusi odmrzavanja po danu na 15 minuta po ciklusu | Preporučeni interval zamjene pri uobičajenom radu |
|---|---|---|---|---|
| Otvoreni okean, dobro-isušeni namotaji | 30,000 – 35,000 | 10 – 15 sati | 6 – 8 ciklusa (1,5 – 2 sata) | 2 – 3 mjeseca |
| Obalna luka, umjereno isparavanje | 35,000 – 50,000 | 5 – 10 sati | 6 – 8 ciklusa (1,5 – 2 sata) | 1 – 2 mjeseca |
| Zatvorena kaljuža ili posuda za kapanje | 50,000 – 80,000 | 3 – 5 sati | 6 – 8 ciklusa (1,5 – 2 sata) | 3 – 6 sedmica |
| Isparena slana voda, loša drenaža | 80,000 – 120,000 | 1 – 3 sata | 6 – 8 ciklusa (1,5 – 2 sata) | 2 – 4 sedmice |
| Koncentrovana slana voda, bez drenaže | Preko 120.000 | Manje od 1 sata | 6 – 8 ciklusa (1,5 – 2 sata) | 1 – 2 sedmice |
Za tipičan brodski rashladni sistem koji radi 8 ciklusa odmrzavanja dnevno po 15 minuta svaki (2 sata odmrzavanja dnevno, 14 sati tjedno), plašt od 1,2 mm 316 u uvjetima otvorenog oceana (30.000-35.000 ppm) bi premašio tjedno ograničenje od 10-15 sati. Očekivani vijek trajanja bi bio 2-3 mjeseca, u skladu sa iskustvom na terenu. U višim koncentracijama slane vode, životni vijek pada na sedmice.
Modifikacije dizajna kako bi se produžio vijek trajanja preko tri mjeseca
Kada se plašt od 1,2 mm 316 mora koristiti u brodskoj rashladnoj službi, a tromjesečna zamjena je neprihvatljiva, četiri modifikacije dizajna mogu produžiti vijek trajanja. Prvi i najefikasniji je poboljšati drenažu zavojnice nakon odmrzavanja. Uklanjanje stajaće slane vode smanjuje vrijeme kada je omotač u kontaktu sa korozivnim elektrolitom. Nagnuta montaža i posude za kapanje koje se u potpunosti odvode mogu produžiti vijek trajanja za faktor 2-3. Druga modifikacija je smanjenje učestalosti i trajanja odmrzavanja. Korištenje odmrzavanja po zahtjevu (pokreće se samo kada se otkrije led) umjesto odmrzavanja s vremenom može smanjiti sate odmrzavanja za 50–70%. Treća modifikacija je nanošenje zaštitnog premaza na omotač. Bezelektrični premazi nikla ili fluoropolimera mogu pružiti barijeru između 316 i slane vode, produžavajući životni vijek 3-5 puta. Međutim, premazi moraju izdržati temperaturu odmrzavanja od 200 stepeni bez degradacije. Četvrta modifikacija je nadogradnja na legurinu{19}}otporniju na udubljenje. Titanijum (Grade 2 ili Grade 7) ima kritičnu temperaturu pitting iznad 100 stepeni čak iu 100.000 ppm hlorida, što ga čini praktički imunim na pitting u brodskim rashladnim uređajima. Titanijumski omotač sa debljinom zida od 0,8 mm će preživeti omotač od 1,2 mm 316 za faktor 10-20. Za brodske rashladne sisteme gdje zamjena grijača zahtijeva odmrzavanje i pristup zavojnici, cijena rada česte zamjene obično premašuje razliku u cijeni između 316 i titanijuma. Kada specificiraju grijače za odmrzavanje za nove brodske instalacije, inženjeri bi trebali zadano koristiti titan za svaku primjenu gdje je izlaganje slanoj vodi neizbježno. Za postojeće 316 grijače, implementacija stroge drenaže i smanjenog rasporeda odmrzavanja je najpraktičniji pristup produženju vijeka trajanja preko tri mjeseca. Prag tromjesečne zamjene nije fiksni broj, već predvidljiva funkcija koncentracije slane otopine i kumulativnih sati odmrzavanja. Mjerenjem oba parametra, inženjeri mogu predvidjeti intervale zamjene i planirati održavanje, izbjegavajući neočekivane kvarove pri odleđivanju koji dovode do zaleđivanja spirale i zastoja u hlađenju.
