Pada Gabungan Spesifik Kepekatan Klorida dan Suhu Permukaan Sarung Apakah 1.6 Milimeter 316 Sarung Keluli Tahan Karat Beralih daripada Kakisan Pitting Pasif kepada Aktif dalam Perkhidmatan Pemanasan Tangki Penyimpanan Atmosfera?

Bagi jurutera proses yang bertanggungjawab untuk pemanas rendaman elektrik dalam tangki simpanan atmosfera yang mengandungi larutan yang mengandungi klorida, seperti air yang dihasilkan, efluen penyahtukar dan air basuhan industri, perbezaan antara kakisan pitting pasif dan aktif ialah perbezaan antara sarung keluli tahan karat 316 yang bertahan sepuluh tahun atau sepuluh minggu. Tetapi keadaan dalam tangki simpanan udara adalah statik atau bergerak perlahan dengan kepekatan klorida yang berbeza-beza disebabkan oleh penyejatan dan stratifikasi manakala larutan segar sentiasa berhubung dengan sarung dalam sistem aliran berterusan. Ketebalan dinding biasa ialah 1.6 mm. Ia adalah kompromi antara kekuatan mekanikal dan pemindahan haba praktikal. Suhu pitting kritikal dan kepekatan klorida kritikal untuk 316 bukanlah nombor statik tetapi berinteraksi dengan ketinggian suhu permukaan sarung yang disebabkan oleh ketumpatan watt yang digunakan. Kertas ini membentangkan kepekatan klorida dan suhu permukaan sarung di mana dinding 1.6 mm berubah daripada pasif (kadar kakisan<0.05 mm/year) to active pitting (penetration within months).

Suhu Pitting Kritikal dan Interaksi dengan Klorida
Suhu pitting kritikal bagi keluli tahan karat 316 dalam kepekatan klorida tertentu ialah suhu di mana lubang yang stabil boleh nukleus dan berkembang. Di bawah suhu ini filem pasif kekal utuh dan kadar kakisan adalah tidak ketara. Ia adalah hubungan songsang. Semakin tinggi kepekatan klorida, semakin rendah suhu pitting kritikal. Suhu pitting kritikal adalah sekitar 80oC dalam 100 ppm klorida. Dalam 1,000 ppm klorida ia turun kepada 55 darjah. Pada 5,000 ppm klorida ia turun kepada 35 C. Pada 10,000 ppm klorida (1% NaCl), suhu pitting kritikal adalah kira-kira 25 darjah . Fluks haba daripada pemanas rendaman menyebabkan suhu permukaan sarung menjadi 15-40 darjah di atas suhu tangki pukal. Suhu permukaan sarung tangki pada 40 darjah dengan pemanas 8 W/cm² mungkin 60–70 darjah . Jika kepekatan klorida dalam tangki ialah 1,000 ppm, suhu pitting kritikal 55 darjah melebihi dan permulaan pitting akan berlaku dalam beberapa minggu. Masa untuk penembusan sebaik sahaja pitting bermula dikawal oleh ketebalan dinding 1.6 mm, yang pada kadar pembiakan biasa 0.5-2.0 mm sebulan bermakna kegagalan dalam 1-3 bulan.

Ambang Peralihan Kritikal Sarung 1.6 Milimeter
Ujian rendaman dengan 316 sampel dengan ciri pengilat permukaan sarung pemanas swaged telah menghasilkan ambang peralihan berikut untuk dinding 1.6 mm pada ketumpatan watt 6-10 W/cm2. Suhu tangki pukal dijangka 10–20 darjah di bawah suhu permukaan sarung.

Kepekatan Klorida (ppm) Suhu Pitting Kritikal untuk 316 ( darjah ) Suhu Permukaan Sarung Minimum untuk Pasif-ke-Suhu Tangki Pukal Selamat Peralihan Aktif untuk Sarung 1.6 mm pada 8 W/cm2Peralihan hayat perkhidmatan melebihi jangkaan
< 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
Untuk tangki simpanan dengan suhu pukal 50 deg C dan 1.6 mm sarung pada 8 W/cm 2 suhu permukaan sarung adalah sekitar 65-70 deg C. Kepekatan klorida mestilah kurang daripada 500 ppm untuk kekal di atas suhu pitting kritikal. Pitting aktif akan bermula dalam beberapa minggu pada tahap penting 55 darjah dengan tahap klorida 1,000 ppm dan suhu permukaan. Jika kandungan klorida dalam tangki lebih besar daripada 2,000 ppm, 316 tidak sesuai pada mana-mana suhu pukal praktikal, kerana suhu permukaan sarung yang diperlukan untuk menghasilkan walaupun aliran haba yang kecil akan melebihi suhu kritikal untuk pitting.

Matriks Sampul Operasi Selamat Jaket 1.6 Milimeter
Jadual di bawah menyenaraikan suhu tangki pukal selamat maksimum untuk sarung 1.6 mm 316 pada pelbagai ketumpatan watt dan kepekatan klorida. Nilai ini memastikan bahawa suhu permukaan sarung adalah sekurang-kurangnya 5 darjah di bawah suhu pitting kritikal untuk kepekatan klorida tersebut.

Kepekatan Klorida (ppm) SUHU PERMUKAAN SAPU SUHU PERMUKAAN SAPU SUHU PERMUKAAN SAPU (5 W/cm2) (8 W/cm2) Maksimum Selamat Maksimum Selamat Maksimum SelamatMaksimum Suhu Pukal Selamat 12W/cm²
Di bawah 100 ppm 75 darjah 65 darjah 60 darjah 50 darjah 100 – 250 ppm 70 darjah 60 darjah 55 darjah 45 darjah 250 – 500 ppm 65 darjah 55 darjah 50 darjah 40 darjah 500 – 750 ppm 500 – 750 ppm 50 darjah 50 darjah, 60 darjah 50 50 darjah, ppm 55 darjah 45 darjah 40 darjah 30 darjah 1,000 – 1,500 ppm 50 darjah 40 darjah 35 darjah 25 darjah 1,500 – 2,000 ppm 45 darjah 35 darjah 30 darjah 20 darjah
2000ppmTidak selamat Tidak selamat Tidak selamat Tidak selamat
Jika suhu permukaan sarung yang dikira lebih besar daripada suhu pitting kritikal untuk kandungan klorida yang dilaporkan, maka kegagalan pitting tidak dapat dielakkan untuk sebarang aplikasi. Ketebalan dinding 1.6 mm memang menawarkan beberapa masa perambatan, namun pemanas harus dilihat sebagai mempunyai hayat perkhidmatan yang terhad dan boleh diramal dalam beberapa bulan dan bukannya tahun.

Perubahan Reka Bentuk untuk Mengelakkan Peralihan Pitting
Berhampiran sempadan peralihan pasif kepada keadaan proses aktif, tiga pengubahsuaian reka bentuk boleh dilaksanakan untuk mengelakkan pitting tanpa mengubah suai bahan sarung atau ketebalan dinding. Yang pertama ialah menurunkan ketumpatan watt. Apabila suhu permukaan sarung dikurangkan sebanyak 15–25 darjah pada 5 W/cm² dan bukannya 10 W/cm², rejim aktif boleh bertukar kepada rejim pasif. Perubahan kedua adalah untuk meningkatkan peredaran ke atas seluruh permukaan sarung. Agitator atau pam edaran kecil boleh mengurangkan kenaikan suhu permukaan sarung sebanyak 40-60%, mengekalkan sarung di bawah ambang kritikal walaupun pada ketumpatan watt sederhana. Perubahan seterusnya ialah memasang probe pemantauan kakisan, kupon 316 kecil yang digandingkan secara elektrik pada sarung pemanas. Peningkatan mendadak dalam arus galvanik menandakan permulaan pitting aktif dan memberi amaran awal penembusan sarung. Jika kepekatan klorida dalam tangki berbeza-beza disebabkan oleh penyejatan atau perubahan kelompok, jurutera harus menentukan 316L dengan nombor bersamaan rintangan pitting yang lebih tinggi dan mempertimbangkan untuk menaik taraf kepada 317 keluli tahan karat (3.5% molibdenum) atau Aloi 825 untuk perkhidmatan jangka panjang yang boleh dipercayai. Kos tambahan bagi aloi yang lebih tahan secara amnya adalah kurang daripada kos kegagalan lubang tunggal dalam tangki simpanan, termasuk pencemaran produk, penyaliran tangki dan penggantian pemanas. • Apabila menentukan pemanas untuk tangki simpanan pembawa klorida, sentiasa ukur kepekatan klorida sebenar pada suhu operasi yang diramalkan. Kira suhu permukaan sarung pada ketumpatan watt yang disyorkan. Untuk penggunaan jangka panjang dengan sarung 1.6 mm 316 penampan keselamatan sekurang-kurangnya 10 darjah di bawah suhu pitting kritikal adalah dinasihatkan.