Ved hvilken specifik kombination af kloridkoncentration og kappeoverfladetemperatur går en 1,6 millimeter 316 rustfri stålkappe over fra passiv til aktiv grubetæring i atmosfærisk lagertankopvarmning?

For procesingeniøren, der er ansvarlig for elektriske dykvarmere i atmosfæriske lagertanke, der indeholder opløsninger, der er kloridholdige, såsom produceret vand, afsaltningsvand og industrivaskevand, er forskellen mellem passiv og aktiv grubetæring forskellen mellem en 316 rustfri stålkappe, der holder ti år eller ti uger. Men omstændighederne i luftlagringstanke er statiske eller langsomt bevægende med varierende kloridkoncentrationer på grund af fordampning og lagdeling, mens frisk opløsning konstant er i kontakt med kappen i kontinuerlige strømningssystemer. En typisk vægtykkelse er 1,6 mm. Det er et kompromis mellem mekanisk styrke og praktisk varmeoverførsel. Den kritiske pittemperatur og kritiske chloridkoncentration for 316 er ikke statiske tal, men interagerer med temperaturstigningen på kappeoverfladen induceret af den påførte watt-densitet. Dette papir præsenterer chloridkoncentrationen og kappens overfladetemperatur, ved hvilken en 1,6 mm væg ændres fra passiv (korrosionshastighed<0.05 mm/year) to active pitting (penetration within months).

Den kritiske pittingtemperatur og interaktion med klorid
Den kritiske grubetemperatur for 316 rustfrit stål i en given kloridkoncentration er den temperatur, hvor stabile gruber kan danne kerne og vokse. Under denne temperatur forbliver den passive film intakt, og korrosionshastigheden er ubetydelig. Det er et omvendt forhold. Jo højere chloridkoncentrationen er, desto lavere er den kritiske grubetemperatur. Den kritiske grubetemperatur er omkring 80oC i 100 ppm klorid. I 1.000 ppm klorid sænkes det til 55 grader. Ved 5.000 ppm chlorid falder det til 35 C. Ved 10.000 ppm chlorid (1 % NaCl) er den kritiske grubetemperatur omkring 25 grader. Varmefluxen fra el-varmelegemer får kappens overfladetemperatur til at være 15-40 grader over bulktankens temperatur. Overfladetemperaturen på en tank ved 40 grader med en 8 W/cm² varmelegeme kan være 60-70 grader. Hvis kloridkoncentrationen i tanken er 1.000 ppm, overskrides den kritiske grubetemperatur på 55 grader, og initiering af grubetæring vil ske inden for uger. Tiden til perforering, når grubetæring begynder, er styret af vægtykkelsen på 1,6 mm, hvilket ved typiske udbredelseshastigheder på 0,5-2,0 mm pr. måned betyder fejl på 1-3 måneder.

1,6 millimeter kappe kritiske overgangstærskler
Nedsænkningsforsøg med 316 prøver med overfladepolering karakteristisk for sænkede varmekapper har frembragt følgende overgangstærskler for en 1,6 mm væg ved en watt-densitet på 6-10 W/cm2. Bulktankens temperatur forventes at være 10-20 grader under temperaturen på kappens overflade.

Kloridkoncentration (ppm) Kritisk pittemperatur for 316 ( grader ) Minimum kappeoverfladetemperatur 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 kappeoverfladetemperaturen omkring 65-70 grader C. Chloridkoncentrationen skal være mindre end 500 ppm for at forblive over den kritiske pittemperatur. Aktiv pitting vil starte inden for få uger på det afgørende niveau på 55 grader med kloridniveau på 1.000 ppm og overfladetemperatur. Hvis chloridindholdet i tanken er større end 2.000 ppm, er 316 ikke passende ved nogen praktisk bulktemperatur, fordi overfladetemperaturen af ​​kappen, der kræves til at producere selv en lille varmestrøm, vil være over den kritiske temperatur for grubetæring.

1,6 millimeter jakke sikker betjeningskonvolutmatrix
Tabellen nedenfor viser den maksimale sikre bulktanktemperatur for en 1,6 mm 316 kappe ved forskellige watt-densiteter og kloridkoncentrationer. Disse værdier sikrer, at temperaturen på kappeoverfladen er mindst 5 grader under den kritiske pittemperatur for denne kloridkoncentration.

Kloridkoncentration (ppm) SKEDDER OVERFLADETEMPERATUR SKEDDER OVERFLADETEMPERATUR SKEDDER OVERFLADETEMPERATUR (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 grader 503 grader ppm 55 grader 45 grader 40 grader 30 grader 1.000 – 1.500 ppm 50 grader 40 grader 35 grader 25 grader 1.500 – 2.000 ppm 45 grader 35 grader 30 grader 20 grader
2000ppmIkke sikkert Ikke sikkert Ikke sikkert Ikke sikkert
Hvis den beregnede kappeoverfladetemperatur er højere end den kritiske grubetemperatur for det rapporterede chloridindhold, er grubetapning uundgåelig for enhver anvendelse. Vægtykkelsen på 1,6 mm giver en vis udbredelsestid, men varmeren skal ses som at have en begrænset, forudsigelig levetid i måneder frem for år.

Designændringer for at undgå pitting-overgange
Nær grænsen for passiv til aktiv overgang af procesbetingelserne kan tre modifikationer af designet implementeres for at undgå grubetæring uden at ændre kappematerialet eller vægtykkelsen. Den første er at sænke watt-tætheden. Når kappens overfladetemperatur sænkes med 15-25 grader ved 5 W/cm² i stedet for 10 W/cm², kan det aktive regime skifte til passivt regime. Den anden ændring er at øge cirkulationen over hele overfladen af ​​kappen. En lille omrører eller cirkulationspumpe kan sænke kappens overfladetemperaturstigning med 40-60 % og holde kappen under den kritiske tærskel, selv ved moderate watt-densiteter. Den næste ændring er at fastgøre en korrosionsovervågningssonde, en lillebitte 316 kupon elektrisk koblet til varmekappen. En kraftig stigning i galvanisk strøm betyder starten på aktiv grubetæring og giver en tidlig advarsel om indtrængning af kappen. Hvis kloridkoncentrationen i tanken varierer på grund af fordampning eller batchændringer, bør ingeniører specificere 316L med et ækvivalent tal for grubedannelsesmodstand og overveje at opgradere til 317 rustfrit stål (3,5 % molybdæn) eller Alloy 825 for pålidelig langtidsservice. De trinvise omkostninger for en mere modstandsdygtig legering er generelt mindre end omkostningerne ved en enkelt grubetæring i en lagertank, inklusive produktforurening, tankdræning og udskiftning af varmelegeme. • Når du specificerer varmelegemer til kloridbærende lagertanke, skal du altid måle den faktiske kloridkoncentration ved den forudsagte driftstemperatur. Beregn kappens overfladetemperatur ved den anbefalede watt-densitet. Ved langtidsbrug med 1,6 mm 316-kappe anbefales en sikkerhedsbuffer på mindst 10 grader under den kritiske grubetemperatur.