Hvad er den maksimalt tilladte vægtykkelse på 316 rustfrit stålkappe for en elektrisk nedsænkningsvarmer i høj-renhed afioniseret vand over 90 grader Celsius? Hvad er den maksimalt tilladte 316 rustfri stålkappevægtykkelse for en elektrisk nedsænkningsvarmer i høj{{4} vandtemperatur Degrevees?
Læg en besked
High-purity deionised water is a dilemma for engineers designing electric immersion heaters for semiconductor manufacturing, medicinal water systems and laboratory equipment. Deionised water is highly corrosive to many metals since it lacks dissolved ions to provide protective passive layers, even though it has great electrical resistance. The passive chromium oxide coating on 316 stainless steel is stable in deionised water at room temperature. However, at higher temperatures (>80 grader) falder opløseligheden af ilt, og korrosionspotentialet stiger, hvilket resulterer i en ændring fra passiv til aktiv korrosion. 316 kappevægtykkelsen styrer korrosionsgodtgørelsen over varmelegemets levetid og overfladetemperaturen for en vis watt-densitet. Offentliggjorte korrosionshastighedsstatistikker, sammen med praktiske erfaringer fra ultrarent vand-branchen, bruges til at bestemme den maksimalt acceptable vægtykkelse for 316 hylstre i højrent deioniseret vand.
Mekanismer for korrosion af 316 rustfrit stål i højtemperaturdeioniseret vand
I deioniseret vand med høj renhed (resistivitet > 1 megohm-centimeter) er koncentrationen af fjendtlige ioner, såsom chlorider, meget lav. Men det fravær af opløste salte gør ikke nødvendigvis vandet venligt. For temperaturer over 80 grader er 316 rustfrit stål tilbøjeligt til generel korrosion og mere alvorligt for lokal korrosion på steder, hvor den passive film er nedbrudt. Korrosionshastigheden i deioniseret vand er Arrhenius-relateret og stiger med omkring en faktor to for hver 25 graders temperaturstigning. Den generelle korrosionshastighed på 316 i deioniseret vand ved 90 grader er omtrent 0,02 til 0,05 mm/år. Hastigheden stiger til 0,10-0,20 millimeter om året ved 120 grader C. Ved 150 grader er hastigheden 0,30-0,50 mm/år. Selvom disse hastigheder kan virke lave, repræsenterer en slidhastighed på 0,10 mm pr. år 0,5 til 1,0 mm vægtykkelse for et varmelegeme, der er designet til at køre kontinuerligt i 5 til 10 år. Den oprindelige kappetykkelse på 1,0 mm ville blive reduceret til 0,5 mm efter fem år, når den mekaniske integritet er tvivlsom. Rusten er ikke helt jævn. Pitting og sprækkekorrosion, især ved monteringsgrænseflader og svejsezoner, kan forårsage lokaliserede gennemtrængningshastigheder to til fem gange større end den generelle korrosionshastighed.
Effekter af vægtykkelse og levetid af deioniseret vand
Forholdet mellem 316 kappevægtykkelse og levetid i højtemperaturdeioniseret vand er næsten lineært, hvis generel korrosion er den primære mekanisme. For en 5 års levetid ved 95 grader med en korrosionshastighed på 0,04 mm/år er det nødvendige korrosionstillæg 0,20 mm. Dette med en minimum konstruktionsvægtykkelse på 0,7 mm betyder, at der er behov for en initial vægtykkelse på 0,9 mm. En kappe på 1,2 mm ville give en sikkerhedsmargin på 0,3 mm ud over korrosionsgrænsen og ville give en mulig levetid på over otte år. Men for en given watt-densitet betyder tykkere vægge højere temperaturer på den udvendige overflade. Højere overfladetemperaturer accelererer eksponentielt korrosion i deioniseret vand. En 2,0 mm kappe ved 10 W/cm² i 95 graders vand kan have en ydre overfladetemperatur på 115 grader. Korrosionshastigheden ved denne temperatur er omkring 0,08 mm pr. år-det dobbelte af den 1,2 mm kappe ved en overfladetemperatur på 105 grader. Den tykkere kappe kræver mere korrosionsgodtgørelse, men korroderer også hurtigere. Denne interaktion etablerer en ideel vægtykkelse for størst levetid frem for et monotont forhold. Publicerede korrosionsdata er blevet brugt til at beregne den optimale 316 kappevægtykkelse for maksimal levetid ved 95 grader deioniseret vand ved 10 W/cm², hvilket er i størrelsesordenen 1,4 mm. En korrosionsgodkendelse på mindre end 1,0 mm er ikke nok. Ved mere end 1,8 mm dominerer den øgede korrosion på grund af den højere overfladetemperatur det ekstra materiale.
Maksimal anbefalet vægtykkelse til service med deioniseret vand
Følgende tabel giver foreslåede maksimale 316 kappevægtykkelser for elektriske dyppevarmere i høj-deioniseret vandservice. Værdierne er for kontinuerlig drift, oxygenniveauer < 100 ppm og resistivitet > 1 megohm-centimeter. Korrosionshastigheder kan være højere, og derfor bør systemer med højere iltniveauer eller lavere renhed og tyndere vægge leveres.
Deioniseret vandtemperatur Anbefalet Watt Densitetsinterval Maksimal anbefalet 316 Kappe Vægtykkelse Forventet levetid ved maksimal tykkelse Fejltilstand ved maksimal tykkelse Alternativ anbefaling 80 – 90 grader 8 – 12 W/cm2 1.8 mm 8 – 10 år Almindelig korrosion tyndt{8}levetid {8} 90 grader 12 – 15 W/cm2 1.4 mm 6 – 8 år Korrosion plus termisk spænding Standardanbefaling 90 – 100 grader 6 – 10 W/cm2 1.6 mm 5 – 7 år Grubdannelse ved overfladedefekter Reducer watt-tætheden for længere levetid
90 – 100 grader 10 – 12 W/cm² 1,2 mm 4 – 6 år Generel korrosion Mest typiske specifikationer 100 – 120 grader 4 – 8 W/cm² 1,2 mm 3 – 5 år Accelereret korrosion Overvej titaniumkappe
100 – 120 grader 8 – 10 W/cm² 1,0 mm 2 – 3 år Korrosionstræthed Opgraderingslegering anbefales
>120 grader<5 W/cm² Not advisable Unpredictable Sudden localised corrosion Use titanium or alloy C-276
Til deioniseret vandapplikationer ud over 100 grader bør ingeniører seriøst overveje at opgradere fra 316 rustfrit stål til titanium eller en høj-nikkellegering såsom Alloy 22. Titanium har en korrosionshastighed i højtemperaturde-ioniseret vand på to størrelsesordener lavere end 316. Dette tillader en væsentligt tyndere vægs levetid. De højere initialomkostninger for titanium kompenseres ofte af mindre hyppig udskiftning og ingen fare for metallisk forurening ved følsomme operationer.
Designændringer for at øge levetiden uden at øge rørvæggens tykkelse
Når en tyk 316 kappe er påkrævet af mekaniske årsager såsom trykbegrænsning eller vibrationsmodstand i en deioniseret vandapplikation, er der tre designjusteringer, der kan opveje den accelererede korrosion fra højere overfladetemperatur. Den første og mest effektive er at minimere watt-tætheden. Faldet af kappens ydre overfladetemperatur med ca. 10-15 grader ved reduktion af watt-densiteten fra 12 W/cm² til 6 W/cm² fører til et fald i korrosionshastigheden med 30-40%. Afvejningen er, at du skal bruge længere eller større varmeapparater for at få den samme samlede watt. Den anden ændring er at passivere kappeoverfladen efter dens fremstilling. Salpetersyre- eller citronsyrepassiveringsbehandling eliminerer frit jern og overfladeurenheder for at generere en mere ensartet og stabil passiv belægning, der modstår korrosionsstart. I kontrollerede tests har passiverede 316-hylstre udvist korrosionshastigheder, der er 20-30 % lavere end for ikke-passiverede prøver i deioniseret vand. Den tredje ændring er vandkemikontrol. Hold opløst ilt under 5 ppm. Brug nitrogen-tæpper eller vakuumafgasning for at opnå dette. Dette reducerer den katodiske reaktionshastighed og hæmmer korrosion. Men meget lave iltniveauer kan også føre til passiv filmustabilitet. Så et begrænset vindue på 5-50 dele pr. milliard er bedst. Disse justeringer er ikke mulige for de fleste deioniserede vandsystemer, og styringen af vægtykkelsen er det vigtigste middel til at kontrollere korrosionslevetiden. I stedet for at vælge en vægtykkelse i henhold til mekaniske tommelfingerregler, bør ingeniører informere varmeovnsproducenten om den påkrævede levetid og anmode om en beregnet korrosionsgodtgørelse baseret på den forventede driftstemperatur og watt-tæthed.
