حداقل ضخامت دیواره غلاف فولادی ضد زنگ 316 برای یک هیتر غوطه وری الکتریکی که در محلول هیپوکلریت سدیم 5 درصد در دمای 40 درجه سانتیگراد کار می کند برای خدمات تولید سفید کننده چقدر است؟

مهندسان فرآیند شیمی که بخاری های غوطه وری الکتریکی برای تولید هیپوکلریت سدیم، تولید سفید کننده و سیستم های ضدعفونی تصفیه آب می سازند، هنگام استفاده از فولاد ضد زنگ 316 به عنوان ماده غلاف، با موانع قابل توجهی مواجه می شوند. هیپوکلریت سدیم یک اکسید کننده قوی است و یک محلول-با pH بالا است که به طور تهاجمی بسیاری از فلزات را از بین می‌برد. 316 فولاد زنگ نزن به دلیل وجود مولیبدن از 304 مقاوم‌تر است، اما همچنان مستعد ابتلا به حفره، خوردگی شکافی و خوردگی ناشی از تنش، به ویژه در دمای هیپوکلور است. ضخامت دیواره غلاف میزان خوردگی و مهمتر از آن زمان لازم برای نفوذ حفره های موضعی به دیوار را کنترل می کند. این مقاله حداقل ضخامت دیواره توصیه شده را برای 316 غلاف در سرویس هیپوکلریت سدیم رقیق بر اساس داده های خوردگی منتشر شده و تجربه میدانی از تجارت تولید سفید کننده ارائه می دهد.

مکانیسم های خوردگی فولاد زنگ نزن 316 در محلول هیپوکلریت سدیم
هیپوکلریت سدیم (NaOCl) یک عامل اکسید کننده قوی است که لایه غیرفعال روی فولاد ضد زنگ 316 را در شرایط بهینه حفظ می کند. اما چندین شرط به نفع حمله موضعی است. یون هیپوکلریت یک عامل اکسید کننده حاوی کلرید است و از این رو به طور همزمان آنیون کلرید تهاجمی و پتانسیل اکسیداتیو مورد نیاز برای شکستن فیلم غیرفعال را ارائه می دهد. سوراخ شدن 316 ممکن است با سرعت 0.5 تا 2.0 میلی متر در سال در غلظت های > 1 % کلر قابل دسترس و > 35 درجه انجام شود. گودال بسیار موضعی است و گودال ها در ماه ها به عمق 1 میلی متر می رسند و تأثیر کمی بر نواحی اطراف حفره دارند. یک گودال عمیق در غلاف بخاری غوطه‌وری برای شکستن دیواره کافی است که منجر به نفوذ سیال فرآیند، خرابی الکتریکی و آلودگی محلول هیپوکلریت با یون‌های فلزی می‌شود که تجزیه را کاتالیز می‌کنند. نرخ خوردگی عمومی معمولا کم است<0.05 mm/year, such that wall thickness is destroyed mostly by pitting not by uniform thinning. This means that raising the wall thickness will only help to a limited extent, because a pit developing in a localised weak area will penetrate a 2.0 mm wall only slightly slower than a 1.0 mm wall. The real metric is not the average thickness, but the lack of surface defects and residual stresses, which are the locations of pit initiation.

تأثیر ضخامت دیوار بر زمان نفوذ حفره ها
پس از شروع یک گودال، نرخ نفوذ حفره تقریباً در یک محتوای هیپوکلریت و دمای معین ثابت است. نتایج آزمایش‌های غوطه‌وری در 5% NaOCl در دمای 40 درجه، شروع گودال را پس از 200 تا 500 ساعت برای نمونه‌های جلا داده شده 316 نشان می‌دهد. گودال‌ها، پس از ایجاد، با نرخ‌های 0.03-0.08 میلی‌متر در روز رشد می‌کنند (حدود 0.9-2.4 میلی‌متر در ماه-1). با این سرعت، ضخامت دیواره 1.0 میلی متر در 13-33 روز از شروع گودال سوراخ می شود. یک دیوار 2.0 میلی متری 22 تا 67 روز از شروع کار دوام می آورد. عمر مفید مجموع زمان شروع و زمان انتشار است. کل عمر حدود 200-500 ساعت+13-33 روز برای یک غلاف 1.0 میلی متری یا حدود 20-50 روز است. عمر کل برای یک غلاف 2.0 میلی متری 200-500 ساعت + 22-67 روز یا ~30-80 روز است. دیوار ضخیم تر فقط 10 تا 30 روز به عمر می افزاید که یک پیشرفت جزئی برای هزینه مواد اضافی و جریمه حرارتی است. با توجه به این عمر کوتاه، 316 به ندرت برای غوطه وری مداوم در هیپوکلریت سدیم بیشتر از غلظت 1% و 30 درجه مشخص می شود. اگر عمر مفید طولانی‌تری مورد نیاز باشد، باید از برخی مواد دیگر مانند تیتانیوم یا آلیاژهای خاص استفاده شود.

توصیه های حداقل ضخامت دیوار برای سرویس هیپوکلریت
جدول زیر حداقل ضخامت دیواره غلاف پیشنهادی برای بخاری های غوطه وری الکتریکی در سرویس هیپوکلریت سدیم را نشان می دهد. ارزش ها بر اساس عملکرد مداوم، طراحی خوب سیستم برای به حداقل رساندن احتمال ترک و رکود، و پذیرش یک عمر خدمات نسبتا محدود است که در هفته ها یا ماه ها به جای سال ها اندازه گیری می شود.

محلول غلظت کلر موجود درجه حرارت میزان حفره مورد انتظار (پس از شروع) حداقل ضخامت دیواره توصیه شده 316 حداقل ضخامت - کل عمر مفید مورد انتظار توصیه جایگزین
1 - 2٪ 20 - 30 درجه 0.5 - 1.0 میلی متر در ماه 1.6 میلی متر 2 - 4 ماه ترجیحا تیتانیوم حاشیه ای
1 - 2٪ 30 - 40 o C 0.8 - 1.5 میلی متر در ماه 2.0 میلی متر 1.5 - 3 ماه تیتانیوم انتخاب خوبی است
2 - 5٪ 20 - 30 درجه 0.8 - 1.5 میلی متر در ماه 2.0 میلی متر 1.5 - 2.5 ماه تیتانیوم لازم برای خدمات قابل اعتماد
2 - 5٪ 30 - 40 درجه 1.2 - 2.0 میلی متر در ماه 2.5 میلی متر 1 تا 2 ماه تیتانیوم مورد نیاز 5 - 10٪ 20 - 30 درجه 1.5 - 2.5 میلی متر در ماه توصیه نمی شود < 1 ماه استفاده از تیتانیوم یا آلیاژ C-276
هر غلظت بالاتر از 40 درجه 2.0 - 4.0 میلی متر در ماه هفته ها گرمایش تیتانیوم یا غیر فلزی توصیه نمی شود
سرویس دوره ای یا دسته ای هر درجه حرارت کمتر به دلیل خشک شدن 1.2 - 1.6 میلی متر متغیر قابل قبول برای کاربردهای غیر بحرانی
فولاد ضد زنگ 316 برای هر سرویس هیپوکلریت سدیم بالاتر از غلظت 2% یا 30 درجه سانتیگراد بدون در نظر گرفتن ضخامت دیواره، انتخاب ضعیفی است. عمر کوتاه آن و احتمال شکست سریع حفره شدن آن را برای رویه های حیاتی نامناسب می کند. تیتانیوم (گرید 2 یا درجه 7) مقاومت عالی در برابر هیپوکلریت سدیم با نرخ خوردگی نشان می دهد.<0.01 mm/year at high concentrations and temperatures. The higher initial cost of titanium – generally 3-5 times that of 316 – is rapidly repaid through prolonged service life and less maintenance.

اصلاحات طراحی برای بهبود عمر غلاف 316 در سرویس هیپوکلریت
اگر 316 برای سرویس هیپوکلریت رقیق به دلیل هزینه یا در دسترس بودن مواد مورد نیاز است، چهار تنظیم طراحی می‌تواند عمر مفید را فراتر از اعداد ارائه شده در جدول افزایش دهد. 1. pH هیپوکلریت بیشتر از 11 حفظ شود. محلول‌های هیپوکلریت سدیم با pH کمتر از 11 سرعت تجزیه سریع‌تری دارند و نسبت به فولاد بدون زنگ‌زدن بیشتر متخاصم هستند. با کنترل خودکار pH با افزودن سوزاننده، نرخ حفره‌ها 50{10}}70 درصد کاهش می‌یابد. تنظیم دوم این است که سطح غلاف تا حد امکان صاف شود. پرداخت سطحی 316 < 0.2 میکرون، Ra در مقایسه با مواد swaged کمتر است، که منجر به افزایش زمان شروع به نسبت 2-4 می شود. تغییر نهایی این است که با کمترین چگالی وات قابل دستیابی کار کنید. کاهش چگالی وات از 10 وات بر سانتی‌متر مربع به 5 وات بر سانتی‌متر مربع، دمای سطح غلاف را به میزان 15-10 درجه سانتی‌گراد و میزان حفره‌شدن را تا 30 تا 40 درصد در رژیم حساس به دما 50-30 درجه سانتی‌گراد کاهش می‌دهد. چهارمین تغییر، تمیز کردن دوره ای سطح غلاف برای از بین بردن رسوبات است که محل ایجاد شکاف را ایجاد می کند. شستشوی هفتگی با آب یا شستشوی اسید رقیق می تواند عمر مفید را تا حد زیادی افزایش دهد. برای اکثر کاربردهای تولید سفیدکننده صنعتی، این تغییرات برای تبدیل 316 به یک ماده قابل اعتماد کافی نیست. برای غوطه ور شدن هر بخاری در هیپوکلریت سدیم برای استفاده بیش از متناوب، غلاف تیتانیوم باید توسط مهندسان مشخص شود. هزینه یک خرابی بخاری 316، شامل خروجی از دست رفته، آلودگی محلول و نیروی کار برای تعمیر، معمولاً بیشتر از هزینه اضافی تیتانیوم است. هنگام تعیین سرویس هیپوکلریت، همیشه غلظت واقعی، دما و ساعات کار روزانه پیش بینی شده را در نظر بگیرید. عرضه‌کننده‌ای که 316 را برای خدمات هیپوکلریت مداوم بیش از غلظت 2% بدون ذکر محدودیت‌های این ماده پیشنهاد می‌کند، توصیه‌های مهندسی شایسته ارائه نمی‌کند. در مواردی که تیتانیوم بسیار گران است، روش‌های گرمایش دیگری را می‌توان در نظر گرفت، به عنوان مثال، گرم کردن مخزن خارجی از طریق مبدل حرارتی تیتانیوم یا تزریق بخار، که شامل تماس مستقیم فلز با محلول هیپوکلریت متخاصم نیست.