حداکثر ضخامت دیوار غلاف فولادی ضد زنگ 316 برای یک بخاری غوطه ور الکتریکی در آب دیونیزه شده با خلوص بالا و بالاتر از 90 درجه سانتیگراد چقدر است؟ حداکثر ضخامت دیوار غلاف فولادی ضد زنگ 316 برای یک دستگاه غوطه ور غیرفعال شده در آب{4}در آب غیرفعال شده{4} چه مقدار است 90 درجه سانتیگراد؟

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 درجه) حلالیت اکسیژن کاهش می یابد و پتانسیل خوردگی افزایش می یابد که منجر به تغییر از خوردگی غیرفعال به فعال می شود. ضخامت دیواره غلاف 316 بر میزان خوردگی در طول عمر بخاری و دمای سطح برای یک چگالی وات خاص نظارت می کند. آمار نرخ خوردگی منتشر شده، همراه با تجربه عملی از تجارت آب فوق خالص، برای تعیین حداکثر ضخامت دیواره قابل قبول برای 316 غلاف در سرویس آب دیونیزه شده با خلوص بالا استفاده می شود.

مکانیسم های خوردگی فولاد ضد زنگ 316 در آب دیونیزه شده با دمای بالا
در آب دیونیزه شده با خلوص بالا (مقاومت بیش از 1 مگا اهم-سانتی متر)، غلظت یون های متخاصم، مانند کلریدها، بسیار کم است. اما عدم وجود نمک های محلول لزوماً آب را دوست ندارد. برای دماهای بیش از 80 درجه، فولاد ضد زنگ 316 مستعد خوردگی عمومی و جدی تر در معرض خوردگی موضعی در مکان هایی است که فیلم غیرفعال شکسته می شود. نرخ خوردگی در آب دیونیزه شده مربوط به آرنیوس است که به ازای هر 25 درجه افزایش دما حدود 2 ضریب افزایش می یابد. نرخ خوردگی عمومی 316 در آب دیونیزه شده در دمای 90 درجه تقریباً 0.02 تا 0.05 میلی متر در سال است. سرعت در دمای 120 درجه سانتیگراد به 0.10-0.20 میلی متر در سال افزایش می یابد. در دمای 150 درجه این میزان 0.30-0.50 میلی متر در سال است. در حالی که این نرخ‌ها ممکن است کم به نظر برسند، اما برای بخاری‌هایی که برای 5 تا 10 سال کار مداوم طراحی شده‌اند، نرخ سایش 0.10 میلی‌متر در سال نشان‌دهنده 0.5 تا 1.0 میلی‌متر ضخامت دیواره است. ضخامت غلاف اولیه 1.0 میلی متر پس از پنج سال به 0.5 میلی متر کاهش می یابد، زمانی که یکپارچگی مکانیکی مشکوک است. زنگ زدگی کاملاً یکنواخت نیست. خوردگی حفره ای و شکافی، به ویژه در رابط های نصب و نواحی جوش، می تواند باعث ضریب نفوذ موضعی دو تا پنج برابر بیشتر از نرخ خوردگی عمومی شود.

اثرات ضخامت دیوار و عمر مفید آب دیونیزه شده
رابطه بین ضخامت دیواره غلاف 316 و عمر مفید در آب دیونیزه شده با دمای بالا تقریباً خطی است اگر خوردگی عمومی مکانیسم اولیه باشد. برای یک عمر 5 ساله در دمای 95 درجه با نرخ خوردگی 0.04 میلی متر در سال، میزان خوردگی مورد نیاز 0.20 میلی متر است. این با حداقل ضخامت دیواره سازه ای 0.7 میلی متر به این معنی است که ضخامت دیواره اولیه 0.9 میلی متر مورد نیاز است. یک غلاف 1.2 میلی متری حاشیه ایمنی 0.3 میلی متری بیش از حد خوردگی و بالاتر از حد خوردگی ایجاد می کند و عمر احتمالی بیش از هشت سال را می دهد. اما برای یک چگالی وات معین، دیوارهای ضخیم تر به معنای دمای بالاتر در سطح بیرونی است. دمای سطح بالاتر به طور تصاعدی خوردگی را در آب دیونیزه تسریع می کند. یک غلاف 2.0 میلی متری در 10 وات بر سانتی متر مربع در آب 95 درجه ممکن است دمای سطح بیرونی 115 درجه داشته باشد. نرخ خوردگی در این دما حدود 0.08 میلی متر در سال است{21}}دو برابر غلاف 1.2 میلی متری در دمای سطح 105 درجه. غلاف ضخیم تر نیاز به خوردگی بیشتری دارد، اما سریعتر خورده می شود. این تعامل یک ضخامت دیوار ایده آل را برای بیشترین عمر مفید به جای یک رابطه یکنواخت ایجاد می کند. داده های خوردگی منتشر شده برای محاسبه ضخامت دیواره غلاف بهینه 316 برای حداکثر عمر مفید در آب یونیزه شده 95 درجه در 10 وات بر سانتی متر مربع، که در حد 1.4 میلی متر است، استفاده شده است. مقدار مجاز خوردگی کمتر از 1.0 میلی متر کافی نیست. در بیش از 1.8 میلی متر، افزایش خوردگی ناشی از دمای سطح بیشتر بر مواد اضافی غالب است.

حداکثر ضخامت دیوار توصیه شده برای سرویس با آب دیونیزه
جدول زیر حداکثر 316 ضخامت دیواره غلاف پیشنهادی را برای بخاری‌های غوطه‌وری الکتریکی در سرویس آب دیونیزه شده با خلوص بالا نشان می‌دهد. مقادیر برای عملکرد مداوم، سطح اکسیژن < 100 قسمت در میلیارد، و مقاومت > 1 مگا اهم-سانتی متر است. نرخ خوردگی ممکن است بیشتر باشد و بنابراین سیستم هایی با سطوح اکسیژن بالاتر یا خلوص کمتر و دیواره های نازک تر باید ارائه شود.

دمای آب دیونیزه شده توصیه شده محدوده چگالی وات حداکثر توصیه شده 316 ضخامت دیوار غلاف عمر مورد انتظار در حداکثر ضخامت حالت شکست در حداکثر ضخامت توصیه جایگزین 80 – 90 درجه 8 – 12 W/cm2 1.8 میلی متر قابل پذیرش برای 8 – 0 سال کاربردهای طولانی-کاربردهای طولانی- 80 - 90 درجه 12 - 15 وات بر سانتی‌متر2 1.4 میلی‌متر 6 - 8 سال خوردگی به اضافه تنش حرارتی توصیه استاندارد 90 - 100 درجه 6 - 10 وات بر سانتی‌متر2 1.6 میلی‌متر 5 تا 7 سال سوراخ‌کردن در عیوب سطحی کاهش تراکم وات بیشتر
90 - 100 درجه 10 - 12 وات / سانتی متر مربع 1.2 میلی متر 4 - 6 سال خوردگی عمومی معمول ترین مشخصات 100 - 120 درجه 4 - 8 وات / سانتی متر مربع 1.2 میلی متر 3 - 5 سال خوردگی تسریع شده غلاف تیتانیوم را در نظر بگیرید
100 – 120 درجه 8 – 10 وات بر سانتی متر مربع 1.0 میلی متر 2 – 3 سال خستگی خوردگی آلیاژ ارتقاء توصیه می شود
>120 درجه<5 W/cm² Not advisable Unpredictable Sudden localised corrosion Use titanium or alloy C-276
برای کاربردهای آب یونیزه شده بیش از 100 درجه، مهندسان باید به طور جدی ارتقاء از فولاد ضد زنگ 316 به تیتانیوم یا آلیاژ نیکل بالا مانند آلیاژ 22 را در نظر بگیرند. تیتانیوم دارای نرخ خوردگی در آب یونیزه شده با دمای بالا دو مرتبه قدر است و این عمر کمتر از 316 دیواره را می دهد. هزینه اولیه بالاتر تیتانیوم اغلب با جایگزینی کمتر و عدم خطر آلودگی فلزی در عملیات حساس جبران می شود.

تغییرات طراحی برای افزایش عمر سرویس بدون افزایش ضخامت دیوار لوله
هنگامی که به یک غلاف ضخیم 316 به دلایل مکانیکی مانند محصور شدن فشار یا مقاومت در برابر لرزش در یک برنامه آب دیونیزه شده نیاز است، سه تنظیم طراحی وجود دارد که می تواند خوردگی تسریع شده را از دمای سطح بالاتر جبران کند. اولین و موثرترین روش به حداقل رساندن چگالی وات است. کاهش دمای سطح بیرونی غلاف تقریباً 10 تا 15 درجه در کاهش چگالی وات از 12 وات بر سانتی‌متر مربع به 6 وات بر سانتی‌متر مربع منجر به کاهش نرخ خوردگی 30 تا 40 درصد می‌شود. معاوضه این است که برای دریافت وات کلی یکسان به بخاری های طولانی تر یا بزرگتر نیاز دارید. دومین تغییر، غیرفعال کردن سطح غلاف پس از ساخت آن است. اسید نیتریک یا اسید سیتریک غیرفعال‌سازی آهن آزاد و ناخالصی‌های سطحی را از بین می‌برد تا پوشش غیرفعال یکنواخت‌تر و پایدارتری ایجاد کند که در برابر شروع خوردگی مقاومت می‌کند. در آزمایش‌های کنترل‌شده، غلاف‌های غیرفعال‌شده ۳۱۶ نرخ خوردگی را ۲۰-30 درصد کمتر از نمونه‌های غیرفعال در آب دیونیزه نشان می‌دهند. سومین تغییر، کنترل شیمی آب است. اکسیژن محلول را زیر 5 قسمت در میلیارد نگه دارید. برای انجام این کار از پوشش نیتروژن یا گاز زدایی با خلاء استفاده کنید. این باعث کاهش سرعت واکنش کاتدی و مهار خوردگی می شود. اما سطوح بسیار پایین اکسیژن نیز می تواند منجر به ناپایداری فیلم غیرفعال شود. بنابراین یک پنجره محدود از 5 تا 50 قسمت در میلیارد بهترین است. این تنظیمات برای اکثر سیستم های آب دیونیزه شده امکان پذیر نیست و کنترل ضخامت دیواره ابزار اصلی کنترل عمر خوردگی است. مهندسان باید به جای انتخاب ضخامت دیوار بر اساس قوانین مکانیکی، عمر مفید مورد نیاز را به سازنده بخاری اطلاع دهند و بر اساس دمای کار پیش بینی شده و چگالی وات، کمک هزینه خوردگی محاسبه شده را درخواست کنند.