A quina combinació específica de concentració de clorur i temperatura de la superfície de la coberta fa una transició d'1,6 mil·límetres d'acer inoxidable 316 de corrosió passiva a activa en el servei de calefacció del tanc d'emmagatzematge atmosfèric?

Per a l'enginyer de processos responsable d'escalfadors elèctrics d'immersió en dipòsits d'emmagatzematge atmosfèric que contenen solucions que contenen clorur, com ara aigua produïda, efluents de dessalació i aigua de rentat industrial, la diferència entre la corrosió passiva i activa és la diferència entre una funda d'acer inoxidable 316 que dura deu anys o deu setmanes. Però les circumstàncies dels tancs d'emmagatzematge d'aire són estàtiques o de moviment lent amb concentracions de clorur variables a causa de l'evaporació i l'estratificació, mentre que la solució fresca està constantment en contacte amb la funda en els sistemes de flux continu. Un gruix de paret típic és d'1,6 mm. És un compromís entre la resistència mecànica i la transferència de calor pràctica. La temperatura crítica de perforació i la concentració crítica de clorur per a 316 no són números estàtics, sinó que interactuen amb l'elevació de la temperatura de la superfície de la funda induïda per la densitat de watts aplicada. Aquest article presenta la concentració de clorur i la temperatura de la superfície de la funda a la qual una paret d'1,6 mm canvia de passiva (taxa de corrosió).<0.05 mm/year) to active pitting (penetration within months).

La temperatura crítica de picadura i la interacció amb el clorur
La temperatura crítica de perforació de l'acer inoxidable 316 en una concentració de clorur donada és la temperatura a la qual les fosses estables poden nuclear i créixer. Per sota d'aquesta temperatura, la pel·lícula passiva roman intacta i les taxes de corrosió són insignificants. És una relació inversa. Com més gran sigui la concentració de clorur, més baixa serà la temperatura crítica de perforació. La temperatura crítica de perforació és d'uns 80oC en 100 ppm de clorur. En 1.000 ppm de clorur baixa a 55 graus. A 5.000 ppm de clorur baixa a 35 C. A 10.000 ppm de clorur (1% NaCl), la temperatura crítica de picat és d'uns 25 graus. El flux de calor dels escalfadors d'immersió fa que la temperatura de la superfície de la funda sigui 15-40 graus per sobre de la temperatura del tanc a granel. La temperatura de la superfície de la funda d'un dipòsit a 40 graus amb un escalfador de 8 W/cm² pot ser de 60 a 70 graus. Si la concentració de clorur al dipòsit és de 1.000 ppm, es supera la temperatura crítica de picadura de 55 graus i l'inici de la picadura es produirà en poques setmanes. El temps fins a la perforació un cop comença la perforació es regeix pel gruix de la paret d'1,6 mm, que a taxes de propagació típiques de 0,5-2,0 mm per mes significa un fracàs en 1-3 mesos.

Llindars crítics de transició de la funda de 1,6 mil·límetres
Les proves d'immersió amb 316 mostres amb poliment superficial característic de les beines d'escalfador estampades han produït els següents llindars de transició per a una paret d'1,6 mm amb una densitat de watts de 6-10 W/cm2. S'espera que la temperatura del dipòsit a granel sigui de 10 a 20 graus per sota de la temperatura de la superfície de la funda.

Concentració de clorur (ppm) Temperatura crítica de picadura per a 316 (graus) Temperatura mínima de la superfície de la coberta per a la transició passiva-a-Activa Temperatura del dipòsit a granel segur per a una funda d'1,6 mm a 8 W/cm2 Per sobre de la vida útil prevista Transició
< 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
Per al dipòsit d'emmagatzematge amb una temperatura a granel de 50 ºC i una funda d'1,6 mm a 8 W/cm 2 , la temperatura de la superfície de la funda és d'uns 65-70 ºC. La concentració de clorur ha de ser inferior a 500 ppm per mantenir-se per sobre de la temperatura crítica de perforació. La picada activa començarà en poques setmanes al nivell crucial de 55 graus amb un nivell de clorur de 1.000 ppm i una temperatura superficial. Si el contingut de clorur al dipòsit és superior a 2.000 ppm, 316 no és adequat a cap temperatura pràctica a granel, perquè la temperatura superficial de la funda necessària per produir fins i tot un petit flux de calor serà superior a la temperatura crítica per a la perforació.

Jaqueta d'1,6 mil·límetres de sobre de funcionament segur
La taula següent enumera la temperatura màxima segura del dipòsit a granel per a una funda 316 d'1,6 mm a diverses densitats de watts i concentracions de clorur. Aquests valors asseguren que la temperatura de la superfície de la coberta sigui almenys 5 graus per sota de la temperatura crítica de perforació per a aquesta concentració de clorur.

Concentració de clorur (ppm) TEMPERATURA DE LA SUPERFICIE DE LA BEINA TEMPERATURA DE LA SUPERFICIE DE LA BEINA TEMPERATURA DE LA SUPERFICIE DE LA BEINA (5 W/cm2) (8 W/cm2) Màxima de seguretat Màxima de seguretat Màxima de seguretat Màxima de temperatura segura a granel 12 W/cm²
Per sota de 100 ppm 75 graus 65 graus 60 graus 50 graus 100 – 250 ppm 70 graus 60 graus 55 graus 45 graus 250 – 500 ppm 65 graus 55 graus 50 graus 40 graus 500 graus 500 – 600 ppm graus 45 graus ppm 35 graus 750 – 1.000 ppm 55 graus 45 graus 40 graus 30 graus 1.000 – 1.500 ppm 50 graus 40 graus 35 graus 25 graus 1.500 – 2.000 ppm 45 graus 20 graus 35 graus
2000 ppmNo segur No segur No segur No segur
Si la temperatura de la superfície de la coberta calculada és superior a la temperatura crítica de picat per al contingut de clorur informat, la fallada de picada és inevitable per a qualsevol aplicació. El gruix de la paret d'1,6 mm ofereix un temps de propagació, però s'ha de considerar que l'escalfador té una vida útil finita i predictible en mesos en lloc d'anys.

Canvis de disseny per evitar la transició de pitting
A prop del límit de la transició passiva a activa de les condicions del procés, es poden implementar tres modificacions del disseny per evitar picades sense modificar el material de la funda o el gruix de la paret. El primer és reduir la densitat de potència. Quan la temperatura de la superfície de la coberta es redueix entre 15 i 25 graus a 5 W/cm² en lloc de 10 W/cm², el règim actiu pot canviar a un règim passiu. El segon canvi és augmentar la circulació per tota la superfície de la funda. Un agitador petit o una bomba de circulació poden disminuir l'augment de la temperatura de la superfície de la funda en un 40-60%, mantenint la funda per sota del llindar crític fins i tot a densitats de watts moderades. La següent alteració és connectar una sonda de control de corrosió, un petit cupó 316 acoblat elèctricament a la funda de l'escalfador. Un fort augment del corrent galvànic significa l'inici de la picadura activa i dóna un avís precoç de la penetració de la funda. Si la concentració de clorur al dipòsit varia a causa de l'evaporació o els canvis de lot, els enginyers haurien d'especificar 316L amb un nombre equivalent de resistència a la picada més alt i considerar actualitzar a acer inoxidable 317 (3,5% de molibdè) o aliatge 825 per a un servei fiable a llarg termini. El cost incremental d'un aliatge més resistent és generalment menor que el cost d'una sola fallada en un tanc d'emmagatzematge, inclosa la contaminació del producte, el drenatge del dipòsit i la substitució de l'escalfador. • Quan especifiqueu escalfadors per a tancs d'emmagatzematge de clorur, mesura sempre la concentració real de clorur a la temperatura de funcionament prevista. Calculeu la temperatura de la superfície de la funda a la densitat de watts recomanada. Per a un ús a llarg termini amb una funda 316 d'1,6 mm, es recomana un amortidor de seguretat d'almenys 10 graus per sota de la temperatura crítica de picat.