Za inženjere održavanja odgovorne za sisteme za čišćenje rezervoara u preradi hrane, proizvodnji pića i hemijskim postrojenjima, električni uranjajući grejači se često ugrađuju u rezervoare rastvora za čišćenje radi održavanja temperature deterdženta. Natrijum hidroksid je primarno sredstvo za čišćenje koje se obično koristi u koncentracijama od 2-5% na temperaturama od 70-85 stepeni. Plašt od nerđajućeg čelika od 1,6 mm 316 uobičajen je za ove grijače, pružajući ravnotežu otpornosti na koroziju i mehaničke izdržljivosti protiv udara mlaznice. Međutim, pod specifičnim kombinacijama kaustične koncentracije i povišene temperature površine omotača od gustoće u vatima, ubrzana korozija može smanjiti vijek trajanja na 12 mjeseci ili manje. Ovaj članak identifikuje precizne pragove kada omotač od 1,6 mm 316 zahtijeva godišnju zamjenu u servisu grijača mlaznica za čišćenje rezervoara.
Kaustično korozivno ponašanje 316 na povišenim temperaturama površine
U rastvorima natrijum hidroksida ispod 5% koncentracije, nerđajući čelik 316 pokazuje pasivno ponašanje sa stopama korozije ispod 0,1 mm godišnje na temperaturama do 80 stepeni. Međutim, kako se temperatura površine omotača povećava zbog toplotnog toka, pasivni film postaje manje stabilan. Na temperaturi površine od 85 stepeni, stopa korozije u 3% NaOH ostaje ispod 0,1 mm godišnje. Na 95 stepeni povećava se na 0,2-0,4 mm godišnje. Na 105 stepeni dostiže 0,5-1,0 mm godišnje. Na 115 stepeni, stopa prelazi 2 mm godišnje. Za plašt od 1,6 mm, penetracija korozije do 1,0 mm (minimalna debljina konstrukcije za većinu primjena) se javlja za 1-2 godine sa 1 mm godišnje. 12-mjesečni prag zamjene se postiže kada kombinacija koncentracije kaustike i temperature površine omotača proizvodi stopu korozije od približno 0,6-0,8 mm godišnje, trošeći zid od 1,6 mm na 1,0 mm u roku od 12 mjeseci.
Kritični pragovi za 12-mjesečni vijek trajanja
Na osnovu testiranja uranjanjem 316 uzoraka u otopine natrijum hidroksida na temperaturama relevantnim za uslugu čišćenja rezervoara, sljedeće kombinacije koncentracije kaustike i temperature površine omotača proizvode 12 mjeseci maksimalnog vijeka trajanja za zid od 1,6 mm.
| Koncentracija natrijum hidroksida (težinski %) | Temperatura rastvora u rasutom stanju | Temperatura površine omotača na 8 W/cm² (rast od 20 stepeni) | Očekivana stopa korozije na površinskoj temperaturi | Vrijeme za smanjenje od 1,6 mm do 1,0 mm | Vijek trajanja do zamjene |
|---|---|---|---|---|---|
| 2% | 70 stepeni | 90 stepeni | 0,15 – 0,25 mm/god | 2,4 – 4,0 godine | 3 – 5 godina |
| 2% | 80 stepeni | 100 stepeni | 0,30 – 0,50 mm/god | 1,2 – 2,0 godine | 1,5 – 2,5 godine |
| 2% | 85 stepeni | 105 stepeni | 0,50 – 0,80 mm/god | 0,75 – 1,2 godine | 1 – 1,5 godina |
| 3% | 70 stepeni | 90 stepeni | 0,20 – 0,35 mm/god | 1,7 – 3,0 godine | 2 – 3,5 godine |
| 3% | 75 stepeni | 95 stepeni | 0,35 – 0,60 mm/god | 1,0 – 1,7 godina | 1,2 – 2 godine |
| 3% | 80 stepeni | 100 stepeni | 0,60 – 1,00 mm/god | 0,6 – 1,0 godina | 0,8 – 1,2 godine |
| 4% | 65 stepeni | 85 stepeni | 0,25 – 0,40 mm/god | 1,5 – 2,4 godine | 1,8 – 3 godine |
| 4% | 70 stepeni | 90 stepeni | 0,40 – 0,70 mm/god | 0,9 – 1,5 godina | 1 – 1,8 godina |
| 4% | 75 stepeni | 95 stepeni | 0,70 – 1,20 mm/god | 0,5 – 0,9 godina | 0,6 – 1 godina |
| 5% | 60 stepeni | 80 stepeni | 0,30 – 0,50 mm/god | 1,2 – 2,0 godine | 1,5 – 2,5 godine |
| 5% | 65 stepeni | 85 stepeni | 0,50 – 0,85 mm/god | 0,7 – 1,2 godine | 0,8 – 1,5 godina |
| 5% | 70 stepeni | 90 stepeni | 0,85 – 1,50 mm/god | 0,4 – 0,7 godina | 0,5 – 0,8 godina |
Za sistem za čišćenje rezervoara koji koristi 3% NaOH na temperaturi od 80 stepeni sa omotačem od 1,6 mm pri 8 W/cm², površina omotača dostiže približno 100 stepeni. Očekivana stopa korozije je 0,6–1,0 mm godišnje, smanjujući zid na 1,0 mm za 0,6–1,0 godina. Dvanaest-zamjena je odgovarajuća. Smanjenje osnovne temperature na 75 stepeni snižava temperaturu površine na 95 stepeni, smanjujući stopu korozije na 0,35–0,60 mm godišnje i produžavajući životni vek na 1,2–2 godine.
Sigurnosni operativni okvir za 12-mjesečni raspored zamjene
Sljedeća tabela daje maksimalnu bezbednu temperaturu natrijum hidroksida u rasutom stanju za omotač od 1,6 mm 316 pri različitim gustoćama u vatima kako bi se postigao najmanje 12 meseci radnog veka pre nego što se smanji zid na 1,0 mm zahteva zamenu.
| Gustoća vata (porast temperature) | Maksimalna temperatura mase za 2% NaOH | Maksimalna temperatura mase za 3% NaOH | Maksimalna temperatura mase za 4% NaOH | Maksimalna temperatura za 5% NaOH |
|---|---|---|---|---|
| 4 W/cm² (10 stepeni porasta) | 88 stepeni | 82 stepena | 78 stepeni | 72 stepena |
| 6 W/cm² (podizanje od 15 stepeni) | 83 stepena | 77 stepeni | 73 stepena | 67 stepeni |
| 8 W/cm² (rast od 20 stepeni) | 78 stepeni | 72 stepena | 68 stepeni | 62 stepena |
| 10 W/cm² (povišenje od 25 stepeni) | 73 stepena | 67 stepeni | 63 stepena | 57 stepeni |
| 12 W/cm² (podizanje od 30 stepeni) | 68 stepeni | 62 stepena | 58 stepeni | 52 stepena |
Za tipičan sistem za čišćenje rezervoara koji koristi 3% NaOH na 75 stepeni zapreminske temperature sa 8 W/cm² (20 stepeni porasta, 95 stepeni površine), bezbedna granica zapremine je 72 stepena. Na 75 stepeni grejač prelazi bezbednu granicu, a radni vek od 12 meseci nije zagarantovan. Smanjenje gustine u vatima na 6 W/cm² (15 stepeni porasta, 90 stepeni površine) daje sigurnu granicu zapremine od 77 stepeni, što čini 75 stepeni prihvatljivim za 12-mesečnu zamenu.
Modifikacije dizajna za produženje životnog vijeka preko 12 mjeseci
Kada bi uslovi čišćenja rezervoara ograničili omotač od 1,6 mm 316 na 12-mesečni životni vek, tri modifikacije mogu produžiti radni vek. Prvi je smanjenje gustoće u vatima korištenjem dužeg grijača. Prepolovljenje gustine vata sa 8 W/cm² na 4 W/cm² smanjuje porast temperature površine sa 20 stepeni na 10 stepeni, prelazeći sa jednogodišnjeg režima na režim od 2-3 godine. Druga modifikacija je implementacija isprekidanog rada. Grijač koji radi 4 sata dnevno umjesto 24 sata dnevno će trajati 6 puta duže u kalendarskom smislu. Treća modifikacija je dodavanje inhibitora korozije. Silikati ili fosfati na 100-200 ppm mogu smanjiti stopu korozije za 30-50%. Za sisteme koji zahtevaju 4% NaOH na 80 stepeni sa kontinuiranim radom, inženjeri bi trebalo da nadograde na Alloy 600 ili Alloy 825, koji održavaju stope korozije ispod 0,1 mm godišnje u ovim uslovima. Kada određujete grijače za uslugu čišćenja rezervoara, uvijek navedite maksimalnu koncentraciju kaustike, temperaturu u rasutom stanju, radni ciklus i željeni interval zamjene. Proizvođač koji preporučuje 316 za 4% NaOH na 85 stepeni bez rasprave o smanjenju gustoće vata ne daje odgovorne smjernice. 12-mjesečni prag zamjene je predvidljiva funkcija koncentracije kaustike, nasipne temperature i gustoće u vatima, omogućavajući precizno predviđanje vijeka trajanja grijača i planiranje održavanja.
