Za procesne inženjere odgovorne za električne uranjajuće grijače u atmosferskim rezervoarima za skladištenje koji sadrže kloridne-otopine-kao što su proizvedena voda, otpadne vode iz desola i industrijske vode za pranje{2}}, prijelaz s pasivne na aktivnu pitting koroziju određuje da li omotač od nehrđajućeg čelika 316 traje deset godina ili deset sedmica. Za razliku od sistema kontinuiranog protoka gdje svježa otopina stalno dolazi u kontakt sa omotačem, atmosferski rezervoari za skladištenje doživljavaju stagnirajuće ili spore-uvjete s promjenjivom koncentracijom klorida zbog isparavanja i stratifikacije. Debljina stijenke od 1,6 mm predstavlja uobičajenu specifikaciju koja balansira mehaničku čvrstoću s praktičnim prijenosom topline. Međutim, kritična temperatura pittinga i kritična koncentracija klorida za 316 nisu fiksne vrijednosti već su u interakciji s povišenjem temperature površine omotača uzrokovanom primijenjenom gustoćom u vatima. Ovaj članak identificira specifičnu kombinaciju koncentracije klorida i površinske temperature omotača pri kojoj zid od 1,6 mm prelazi iz pasivnog (stopa korozije ispod 0,05 mm/godišnje) u aktivni pitting (prodiranje unutar mjeseci).
Kritična temperatura pittinga i interakcija klorida
Za nehrđajući čelik 316, kritična temperatura udubljenja u datoj koncentraciji klorida je temperatura iznad koje se stabilne jame pokreću i šire. Ispod ove temperature, pasivni film ostaje netaknut i stope korozije su zanemarljive. Odnos je obrnut: kako se koncentracija klorida povećava, kritična temperatura pittinga se smanjuje. U 100 ppm hlorida, kritična temperatura udubljenja je približno 80 stepeni. U 1.000 ppm hlorida, pada na 55 stepeni. U 5.000 ppm hlorida, pada na 35 stepeni. U 10.000 ppm hlorida (1% NaCl), kritična temperatura udubljenja je približno 25 stepeni. Za uranjajući grijač, temperatura površine omotača je obično 15-40 stepeni iznad temperature rezervoara zbog toplotnog toka. Rezervoar koji se održava na 40 stepeni sa grejačem koji radi na 8 W/cm² može imati temperaturu površine omotača od 60-70 stepeni. Ako je koncentracija hlorida u rezervoaru 1.000 ppm, kritična temperatura pittinga od 55 stepeni je prekoračena, a taloženje će započeti u roku od nekoliko nedelja. Debljina stijenke od 1,6 mm određuje vrijeme do perforacije nakon početka rupture, što pri tipičnim stopama širenja od 0,5–2,0 mm mjesečno znači kvar za 1–3 mjeseca.
Pragovi kritičnog prijelaza za plašt od 1,6 milimetara
Na osnovu testiranja uranjanjem 316 uzoraka sa završnom obradom površine tipičnom za obloge grijača, sljedeći pragovi prijelaza primjenjuju se za zid od 1,6 mm koji radi pri gustoći u vatima od 6-10 W/cm². Pretpostavlja se da je temperatura rezervoara 10-20 stepeni ispod temperature površine omotača.
| Koncentracija hlorida (ppm) | Kritična temperatura udubljenja za 316 (stepeni) | Minimalna temperatura površine plašta za pasivni-u-aktivni prijelaz | Sigurna temperatura rezervoara za rasuti materijal za omotač od 1,6 mm pri 8 W/cm² | Očekivani vijek trajanja iznad prijelaza |
|---|---|---|---|---|
| Ispod 100 ppm | Iznad 80 stepeni | 80 stepeni | Do 65 stepeni | 5–10 godina |
| 100 – 500 ppm | 65 – 80 stepeni | 65 – 80 stepeni | Do 50 – 65 stepeni | 2–5 godina |
| 500 – 1.000 ppm | 55 – 65 stepeni | 55 – 65 stepeni | Do 40 – 50 stepeni | 1–2 godine |
| 1.000 – 2.000 ppm | 45 – 55 stepeni | 45 – 55 stepeni | Do 30 – 40 stepeni | 6–12 mjeseci |
| 2.000 – 5.000 ppm | 35 – 45 stepeni | 35 – 45 stepeni | Do 20 – 30 stepeni | 3–6 mjeseci |
| 5.000 – 10.000 ppm | 25 – 35 stepeni | 25 – 35 stepeni | Do 10 – 20 stepeni | 1–3 mjeseca |
| Iznad 10.000 ppm | Ispod 25 stepeni | Ispod 25 stepeni | Nije bezbedno na bilo kojoj temperaturi | Od sedmica do mjeseci |
Za rezervoar za skladištenje koji radi na temperaturi od 50 stepeni sa omotačem od 1,6 mm pri 8 W/cm², temperatura površine omotača je približno 65–70 stepeni. Koncentracija hlorida se mora održavati ispod 500 ppm da bi ostala iznad kritične temperature udubljenja. Pri 1.000 ppm hlorida, površinska temperatura prelazi kritični prag od 55 stepeni, a aktivno pitting će započeti u roku od nekoliko sedmica. Za rezervoare sa koncentracijom klorida iznad 2.000 ppm, 316 je neprikladan pri bilo kojoj praktičnoj zapreminskoj temperaturi jer će potrebna temperatura površine omotača čak i od minimalnog toplotnog fluksa premašiti kritičnu temperaturu udubljenja.
Sigurna radna matrica omotača za omotač od 1,6 milimetara
Sljedeća tabela daje maksimalnu sigurnu temperaturu rezervoara za 1,6 mm 316 omotač pri različitim gustoćama u vatima i koncentracijama klorida. Vrijednosti osiguravaju da temperatura površine omotača ostane najmanje 5 stepeni ispod kritične temperature udubljenja za taj nivo klorida.
| Koncentracija hlorida (ppm) | Maksimalna temperatura bezbedne površine omotača | Maksimalna bezbedna temperatura u rasutom stanju na 5 W/cm² | Maksimalna bezbedna temperatura u rasutom stanju na 8 W/cm² | Maksimalna bezbedna temperatura u rasutom stanju na 12 W/cm² |
|---|---|---|---|---|
| Ispod 100 ppm | 75 stepeni | 65 stepeni | 60 stepeni | 50 stepeni |
| 100 – 250 ppm | 70 stepeni | 60 stepeni | 55 stepeni | 45 stepeni |
| 250 – 500 ppm | 65 stepeni | 55 stepeni | 50 stepeni | 40 stepeni |
| 500 – 750 ppm | 60 stepeni | 50 stepeni | 45 stepeni | 35 stepeni |
| 750 – 1.000 ppm | 55 stepeni | 45 stepeni | 40 stepeni | 30 stepeni |
| 1.000 – 1.500 ppm | 50 stepeni | 40 stepeni | 35 stepeni | 25 stepeni |
| 1.500 – 2.000 ppm | 45 stepeni | 35 stepeni | 30 stepeni | 20 stepeni |
| Iznad 2.000 ppm | Nije sigurno | Nije sigurno | Nije sigurno | Nije sigurno |
Za svaku primjenu gdje izračunata temperatura površine omotača premašuje kritičnu temperaturu udubljenja za izmjerenu koncentraciju klorida, kvar u rupicama je neizbježan. Debljina stijenke od 1,6 mm daje određeno vrijeme širenja, ali treba smatrati da grijač ima ograničen, predvidljiv vijek trajanja mjeren mjesecima, a ne godinama.
Modifikacije dizajna kako bi se spriječio prijelaz pitting
Kada procesni uvjeti padnu blizu granice pasivnog-u-aktivnog prijelaza, tri modifikacije dizajna mogu spriječiti pitting bez promjene materijala omotača ili debljine zida. Prvi je smanjenje gustoće vata. Rad sa 5 W/cm² umjesto 10 W/cm² smanjuje temperaturu površine plašta za 15-25 stepeni, potencijalno prelazi iz aktivnog u pasivni režim. Druga modifikacija je povećanje cirkulacije preko površine omotača. Mala mešalica ili cirkulaciona pumpa mogu smanjiti porast temperature površine omotača za 40-60%, održavajući omotač ispod kritičnog praga čak i pri umerenim gustoćama u vatima. Treća modifikacija je ugradnja sonde za praćenje korozije-malog 316 kupona električno spojenog na omotač grijača. Naglo povećanje galvanske struje ukazuje na početak aktivnog pitinga, pružajući upozorenje prije nego što se omotač probije. Za rezervoare s promjenjivom koncentracijom klorida zbog isparavanja ili promjena u šarži, inženjeri bi trebali specificirati 316L s većim ekvivalentnim brojem otpornosti na pitting i razmotriti nadogradnju na 317 nehrđajući čelik (3,5% molibdena) ili leguru 825 za pouzdanu dugotrajnu-službu. Trošak jednog kvara udubljenja u rezervoaru za skladištenje-uključujući kontaminaciju proizvoda, pražnjenje rezervoara i zamjenu grijača-obično premašuje inkrementalnu cijenu otpornije legure. Kada određujete grijače za spremnike za skladištenje klorida-, uvijek izmjerite stvarnu koncentraciju klorida na očekivanoj radnoj temperaturi i izračunajte temperaturu površine plašta pri predloženoj gustoći u vatima. Sigurnosna granica od najmanje 10 stepeni ispod kritične temperature udubljenja preporučuje se za pouzdanu dugotrajnu uslugu sa omotačem od 1,6 mm 316.
