Ved hvilken spesifikk kombinasjon av saltlakekonsentrasjon og kappeoverflatetemperatur krever en 1,2 millimeter 316 rustfri stålkappe utskifting hver tredje måned i Marine Refrigeration Heater Service?

En av de mest utfordrende korrosjonsforholdene for 316 rustfrie stålkapper er kombinasjonen av saltvannsfylt kondensat og syklisk drift for marine kjøleingeniører med ansvar for avrimingsvarmere i fryserom, kjølebeholdere og sjømatbehandlingsanlegg. Marine kjøleavrimingsovner fungerer i et miljø der kloridnivåene fra saltvannsspray, saltvannslekkasjer og kondensatfordampning kan være så høye som 50 000-150 000 ppm, godt over normale industrielle standarder. En vanlig veggtykkelse for disse varmeovnene er 1,2 mm på grunn av plassbegrensninger og krav til termisk respons. For noen par av saltlakekonsentrasjon og manteloverflatetemperatur kan imidlertid gropgjennomtrengning finne sted på så lite som tre måneder, noe som krever hyppig og kostbar utskifting. Denne artikkelen beskriver de eksakte grensene ved hvilke en 1,2 mm tykk 316-kappe overskrider grensen for tre måneders levetid ved bruk av marine kjølevarmere.

Pittingkorrosjon av 316 i høykonsentrasjonslake ved avrimingstemperaturer
Hvordan fungerer marine kjøleavrimingsovner? Når de er tilkoblet, smelter avrimingsovner is som bygger seg opp på fordamperspoler. Temperaturen på kappeoverflaten øker vanligvis til 150-250 grader under avrimingssykluser når det er i saltlakemiljøet med kloridnivåer på 30 000 ppm (sjøvann) til mer enn 150 000 ppm (fordampet konsentrert saltlake). Ved så høye kloridkonsentrasjoner senkes den kritiske groptemperaturen på 316 betydelig. I saltvann (30 000 ppm klorid) er den kritiske groptemperaturen ~25 grader . 50, 000 ppm er ned til 15 grader . Ved 100 000 ppm synker den kritiske temperaturen under 0 grader, og gropdannelse skjer ved enhver temperatur over frysepunktet. For en avrimingsvarmer er mantelens overflatetemperatur i bruk 150–250 grader, godt over den kritiske groptemperaturen uansett konsentrasjon. Pitting starter innen timer etter første eksponering. Når gropen er startet, er forplantningshastigheten i varm saltlake med høyt-kloridnivå ganske høy, i gjennomsnitt 2–5 mm/måned ved 50 grader og 5–10 mm/måned ved 80 grader. I denne innstillingen trenger en 1,2 mm kappe inn 1-3 uker etter at gropen er startet. Den tre måneder lange levetiden oppnås kun når varmeren brukes av og til med lange av-sykluser, noe som gjør at saltlaken tørker opp og reduserer varigheten under korrosive forhold.

Tre måneders levetid Kritiske brinetemperaturkombinasjoner
Feltfeildata for maritime kjølesystemer og akselerert laboratorietesting av 1,2 mm 316 kappeprøver i konsentrert saltlake avslører følgende kombinasjoner av saltlakekonsentrasjon og manteloverflatetemperatur som gir en maksimal levetid på tre måneder.

Saltlakekloridkonsentrasjon (ppm) Kritisk groptemperatur Denne konsentrasjonen kappeoverflatetemperatur under avriming Gropen forplantningshastighet (mm/måned) kappetemperatur Tid til 1,2 mm penetrering etter initieringTotal levetid (oppstart-opp + forplantning) 30 000-40,000,000,{8,000,70 grader 150 - 200 grad 4 - 7 mm/måned 0.2 - 0.3 måneder 0.3 - 0.5 måneder 60,000 - 80,000 5 - 10 grad 150 - 200 grad 5 - 8 mm/måned 0.15 - 0.25 måneder 0.25 - 0.4 måneder 80,000 - 100} grad, 000 0 - 5 mm/måned 000 0 - 5 grad 0.12 - 0.2 måneder 0.2 - 0.3 måneder 20 - 25 grad 150 - 200 grad 3 - 5 mm/måned 0.3 - 0.4 måneder 0.5 - 1 måned
Over 100 000 Under 0 grader 150 – 200 grader 8 – 15 mm/måned 0,08 – 0,15 måneder 0,1 – 0,2 måned
Teoretiske perforeringstider for en 1,2 mm 316 kappe ved gjennomsnittlige konsentrasjoner av marine kjølelake (30 000–50 000 ppm) er i størrelsesorden 2–4 uker. Levetiden på tre-måneders er faktisk bare mulig hvis varmeren brukes sjelden, for eksempel 4 til 6 avrimingssykluser per dag, som hver varer 10 til 20 minutter. Faktisk korrosjonsperiode er bare 60-120 timer, men total eksponering ved økt temperatur er 1-2 timer per dag, noe som gir en kalenderlevetid på 2-4 måneder. Tre måneders erstatningskriteriet er oppfylt når den totale tiden for korrosjonseksponering er omtrent 100–200 timer.

Sikker driftskonvolutt Tre måneders levetid
Tabellen nedenfor spesifiserer maksimalt sikre kumulative avrimingstimer per uke for en 1,2 mm 316 kappe i marin kjøletjeneste for å muliggjøre et utskiftingsintervall på tre måneder. Verdier er typiske saltlakekonsentrasjoner i forskjellige marine omgivelser.

Marint miljø Typisk saltlakekloridkonsentrasjon (ppm) Maksimal sikker avrimingstimer per uke i 3-måneders livTypiske avrimingssykluser per dag (15 minutter/syklus) Anbefalt utskiftingsintervall for normal drift
Godt drenerte spoler, Open Ocean30 000 – 35,000 10 – 15 timer 6 – 8 sykluser (1,5 – 2 timer) 2 – 3 måneder
Kysthavn Moderat fordampning 35 000 – 50,000 5 – 10 timer 6 – 8 sykluser (1,5 – 2 timer) 1 – 2 måneder
Vedlagt lense eller drypppanne 50 000 – 80,000 3 – 5 timer 6 – 8 sykluser (1,5 – 2 timer) 3 – 6 uker
Drenering, svak, fordampet saltlake 80 000 – 120 0001 – 3 timer 6 – 8 sykluser (1,5 – 2 timer) 2 – 4 uker
Saltlake konsentrert uten avløp-Over 120 000 Mindre enn 1 time 6-8 sykluser (1,5-2 timer) 1-2 uker
Et typisk maritimt kjølesystem som kjører 8 avrimingssykluser per dag med 15 minutter per syklus (2 timer tine per dag, 14 timer per uke) vil overgå 10-15 timers ukentlig grense med en 1,2 mm 316 kappe under åpent hav (30 000-35 000 ppm). Felterfaring tilsier at levetiden bør være 2-3 måneder. Ved økende saltlakekonsentrasjoner måles levetiden i uker.

Designendringer som vil vare mer enn 3 måneder
Når en 1,2 mm 316 kappe må brukes i marine kjøletjenester og tre måneders utskifting er uakseptabelt, kan fire designjusteringer forbedre levetiden. Det beste og første er å øke spiralens drenering etter tining. Dette eliminerer den stående saltlaken og reduserer tiden for kontakt mellom kappen og den korrosive elektrolytten. Skråmontering og godt drenerende drypppanner kan øke levetiden 2–3 ganger. Den andre endringen er å redusere frekvensen og varigheten av tiningen. Behov for avriming (når is oppdages) i stedet for tidsbestemt avriming kan redusere tiningstimer med 50-70 %. Den neste endringen er å belegge kappen med et beskyttende belegg. Elektroløse nikkel- eller fluorpolymerbelegg kan tilby en barriere mellom 316 og saltlaken og kan øke levetiden med en faktor på 3 til 5 ganger. Imidlertid må belegg overleve tinetemperaturer på 200 grader uten nedbrytning. Den fjerde endringen er å bruke en mer pit--legering. Titan (grad 2 eller grad 7) er tilnærmet gropimmun i marine kjøletjenester med en kritisk groptemperatur på over 100 grader selv i 100 000 ppm klorid. En titankappe (0,8 mm veggtykkelse) vil overleve 10-20 ganger lenger enn en 1,2 mm 316-kappe. I marine kjølesystemer hvor varmeren må byttes ut ved avriming og få tilgang til spolen, er arbeidskostnaden ved hyppig utskifting vanligvis mer enn kostnadsforskjellen mellom 316 og titan. Ingeniører som spesifiserer avrimingsvarmere for nye marine installasjoner, bør som standard bruke titan for alle bruksområder hvor eksponering av saltlake er uunngåelig. For dagens 316-varmere er tett drenering og redusert avrimingstidspunkt det mest mulige middelet for å forlenge levetiden utover tre måneder. Tre-måneders utskiftingsterskel er ikke en fastsatt verdi, men en forutsigbar konsekvens av saltlakeinnhold og akkumulerte avrimingstimer. Ved å evaluere begge verdiene, kan ingeniører forutsi tidsrammer for utskifting og planlegge vedlikehold, og forhindrer uventede avrimingsfeil som fører til frysing av spiralen og nedetid for kjøling.