Ved hvilken spesifikk kombinasjon av kloridkonsentrasjon og kappeoverflatetemperatur går en 1,6 millimeter 316 rustfri stålmantel over fra passiv til aktiv gropkorrosjon ved oppvarming av atmosfærisk lagertank?

For prosessingeniøren som er ansvarlig for elektriske varmeovner i atmosfæriske lagringstanker som inneholder løsninger som er kloridholdige, som produsert vann, avsaltningsvann og industrivaskevann, er forskjellen mellom passiv og aktiv gropkorrosjon forskjellen mellom en 316 rustfri stålkappe som varer ti år eller ti uker. Men omstendighetene i luftlagringstanker er statiske eller saktegående med varierende kloridkonsentrasjoner på grunn av fordampning og lagdeling, mens fersk løsning er konstant i kontakt med kappen i kontinuerlige strømningssystemer. En typisk veggtykkelse er 1,6 mm. Det er et kompromiss mellom mekanisk styrke og praktisk varmeoverføring. Den kritiske groptemperaturen og den kritiske kloridkonsentrasjonen for 316 er ikke statiske tall, men interagerer med temperaturøkningen på kappeoverflaten indusert av den påførte watttettheten. Denne artikkelen presenterer kloridkonsentrasjonen og mantelens overflatetemperatur der en 1,6 mm vegg endres fra passiv (korrosjonshastighet)<0.05 mm/year) to active pitting (penetration within months).

Den kritiske groptemperaturen og interaksjonen med klorid
Den kritiske groptemperaturen til 316 rustfritt stål i en gitt kloridkonsentrasjon er temperaturen der stabile groper kan danne kjerne og vokse. Under denne temperaturen forblir den passive filmen intakt og korrosjonshastigheten er ubetydelig. Det er et omvendt forhold. Jo høyere kloridkonsentrasjon, desto lavere er den kritiske groptemperaturen. Den kritiske groptemperaturen er rundt 80oC i 100 ppm klorid. I 1000 ppm klorid senker den til 55 grader. Ved 5 000 ppm klorid synker den til 35 C. Ved 10 000 ppm klorid (1 % NaCl) er den kritiske groptemperaturen ca. 25 grader . Varmefluksen fra el-varmere gjør at kappens overflatetemperatur er 15-40 grader over bulktankens temperatur. Overflatetemperaturen på en tank på 40 grader med en varmeovn på 8 W/cm² kan være 60–70 grader. Hvis kloridkonsentrasjonen i tanken er 1000 ppm, overskrides den kritiske groptemperaturen på 55 grader og initiering av gropdannelse vil skje i løpet av uker. Tiden til perforering når gropdannelsen begynner, styres av veggtykkelsen på 1,6 mm, som ved typiske forplantningshastigheter på 0,5–2,0 mm per måned betyr feil på 1–3 måneder.

1,6 millimeter kappe kritiske overgangsterskler
Nedsenkingstester med 316 prøver med overflatepolering som er karakteristisk for smidd varmekapper har gitt følgende overgangsterskler for en 1,6 mm vegg ved en watttetthet på 6-10 W/cm2. Bulktanktemperaturen forventes å være 10–20 grader under temperaturen på kappeoverflaten.

Kloridkonsentrasjon (ppm) Kritisk groptemperatur for 316 ( grader ) Minimum kappeoverflatetemperatur for passiv-til-aktiv overgang sikker bulktanktemperatur for 1,6 mm kappe ved 8 W/cm2 Over forventet levetid Overgang
< 100 ppm < 80°C 80°C < 65°C 5-10 years 100 - 500 ppm 65 - 80°C 65 - 80°C < 50 - 65°C 2-5 years 500 - 1,000 ppm 55 - 65°C 55 - 65°C < 40 - 50°C 1-2 years 1,000 - 2,000 ppm 45 - 55°C 45 - 55°C < 30 - 40°C 6-12 months 2,000 - 5,000 ppm 35 - 45°C 35 - 45°C < 20 - 30°C 3-6 months 5,000 - 10,000 ppm 25 - 35°C 25 - 35°C < 10 - 20°C 1-3 months
>10 000 ppm< 25 °CBelow 25 degrees CNot safe regardless of temperature Weeks to months
For lagertanken med en bulktemperatur på 50 grader C og 1,6 mm kappe ved 8 W/cm 2 er mantelens overflatetemperatur rundt 65-70 grader C. Kloridkonsentrasjonen må være mindre enn 500 ppm for å holde seg over den kritiske groptemperaturen. Aktiv pitting vil starte i løpet av uker på det avgjørende nivået på 55 grader med kloridnivå på 1000 ppm og overflatetemperatur. Hvis kloridinnholdet i tanken er større enn 2000 ppm, er 316 ikke passende ved noen praktisk bulktemperatur, fordi overflatetemperaturen til kappen som kreves for å produsere selv en liten varmestrøm vil være over den kritiske temperaturen for gropdannelse.

1,6 millimeter jakke sikker operasjonskonvoluttmatrise
Tabellen nedenfor viser maksimal sikker bulktanktemperatur for en 1,6 mm 316 kappe ved forskjellige watttettheter og kloridkonsentrasjoner. Disse verdiene sikrer at temperaturen på kappeoverflaten er minst 5 grader under den kritiske groptemperaturen for den kloridkonsentrasjonen.

Kloridkonsentrasjon (ppm) SKILDE OVERFLATETEMPERATUR SKILDE OVERFLATETEMPERATUR SKILDE OVERFLATETEMPERATUR (5 W/cm2) (8 W/cm2) Maksimal sikker Maksimal sikker Maksimal sikker Maksimal sikker bulktemperatur 12W/cm²
Under 100 ppm 75 grader 65 grader 60 grader 50 grader 100 – 250 ppm 70 grader 60 grader 55 grader 45 grader 250 – 500 ppm 65 grader 55 grader 50 grader 40 grader 500 – 750 ppm 60 grader 5 05 – 505 grader ppm 55 grader 45 grader 40 grader 30 grader 1000 – 1500 ppm 50 grader 40 grader 35 grader 25 grader 1500 – 2000 ppm 45 grader 35 grader 30 grader 20 grader
2000ppmIkke trygt Ikke trygt Ikke trygt Ikke sikkert
Hvis den beregnede kappens overflatetemperatur er høyere enn den kritiske groptemperaturen for det rapporterte kloridinnholdet, er gropfeil uunngåelig for enhver applikasjon. Veggtykkelsen på 1,6 mm gir en viss forplantningstid, men varmeren bør ses på å ha en begrenset, forutsigbar levetid i måneder i stedet for år.

Designendringer for å unngå pitting-overgang
Nær grensen for passiv til aktiv overgang av prosessbetingelsene, kan tre modifikasjoner av designet implementeres for å unngå gropdannelse uten å endre kappematerialet eller veggtykkelsen. Den første er å senke watt-tettheten. Når kappens overflatetemperatur reduseres med 15–25 grader ved 5 W/cm² i stedet for 10 W/cm², kan det aktive regimet endres til passivt regime. Den andre endringen er å øke sirkulasjonen over hele overflaten av kappen. En liten agitator eller sirkulasjonspumpe kan redusere temperaturstigningen på kappen med 40-60 %, og holde kappen under den kritiske terskelen selv ved moderate watttettheter. Den neste endringen er å feste en korrosjonsovervåkingssonde, en liten 316 kupong elektrisk koblet til varmekappen. En kraftig økning i galvanisk strøm betyr starten på aktiv gropdannelse og gir et tidlig varsel om inntrengning av kappen. Hvis kloridkonsentrasjonen i tanken varierer på grunn av fordampning eller batchendringer, bør ingeniører spesifisere 316L med et ekvivalent tall for gropmotstand og vurdere å oppgradere til 317 rustfritt stål (3,5 % molybden) eller Alloy 825 for pålitelig langsiktig service. Den inkrementelle kostnaden for en mer motstandsdyktig legering er generelt mindre enn kostnaden for en enkelt gropfeil i en lagertank, inkludert produktforurensning, tanktømming og utskifting av varmeapparat. • Når du spesifiserer varmeovner for kloridbærende lagringstanker, må du alltid måle den faktiske kloridkonsentrasjonen ved den anslåtte driftstemperaturen. Beregn kappens overflatetemperatur ved anbefalt watttetthet. For langtidsbruk med 1,6 mm 316 kappe anbefales en sikkerhetsbuffer på minst 10 grader under den kritiske groptemperaturen.