Bij welke specifieke combinatie van natriumhydroxideconcentratie en oppervlaktetemperatuur van de mantel moet een 1,6 millimeter roestvrijstalen mantel van 316 elke 12 maanden worden vervangen tijdens het onderhoud van de tankreinigingsmondstukverwarming?

Onderhoudsmonteurs die verantwoordelijk zijn voor tankreinigingssystemen in de voedselverwerking, drankenproductie en chemische fabrieken hebben gewoonlijk elektrische dompelverwarmers in tanks met reinigingsoplossingen geplaatst om de temperatuur van de wasmiddelen op peil te houden. Het belangrijkste reinigingsmiddel is natriumhydroxide, meestal gebruikt in concentraties van 2-5% en temperaturen van 70-85 graden. Deze verwarmers maken gewoonlijk gebruik van een 316 roestvrij stalen omhulsel van 1,6 mm, wat een goed compromis biedt op het gebied van corrosieweerstand en mechanische duurzaamheid tegen sproei-impact van de spuitmond. Verhoogde corrosie, als gevolg van bepaalde combinaties van bijtende concentratie en hoge oppervlaktetemperatuur van de mantel (watt-dichtheid), kan de levensduur echter verkorten tot 12 maanden of minder. Dit artikel definieert precies de punten waarop een 316-mantel van 1,6 mm jaarlijks moet worden vervangen voor tankreinigingssproeierverwarming.

Bijtende corrosiegedrag van 316 bij hoge oppervlaktetemperaturen
Bij temperaturen tot 80 graden is roestvrij staal van het type 316 passief in oplossingen van natriumhydroxide met concentraties onder de 5%, en heeft het een corrosiesnelheid van minder dan 0,1 mm/jaar. Met de stijging van de warmteflux neemt de oppervlaktetemperatuur van de mantel echter toe en is de passieve film minder stabiel. De corrosiesnelheid in 3% NaOH bij een oppervlaktetemperatuur van 85 graden is minder dan 0,1 mm per jaar. Het stijgt elk jaar tot 0,2-0,4 mm bij 95 graden. het is 0,5–1,0 mm per jaar bij 105 graden. De tarieven liggen boven de 2 mm/jaar bij 115 graden. Met een mantel van 1,6 mm duurt corrosiepenetratie tot 1,0 mm (minimale structurele dikte voor de meeste toepassingen) 1-2 jaar bij 1 mm per jaar. De corrosiesnelheid ligt in de orde van 0,6-0,8 mm per jaar wanneer de combinatie van bijtende concentratie en temperatuur van het omhulseloppervlak de vervangingsdrempel van 12 maanden bereikt, waarbij de wand van 1,6 mm in 12 maanden tot 1,0 mm wordt verbruikt.

Kritieke overgangsdrempels voor een levensduur van 12 maanden
Onderdompelingstesten van 316 monsters in natriumhydroxideoplossingen bij temperaturen die relevant zijn voor tankreiniging geven aan dat de volgende combinaties van bijtende concentratie en oppervlaktetemperatuur van de mantel een maximale levensduur van 12 maanden bieden voor een wand van 1,6 mm:

Concentratie van natriumhydroxide (gewicht%) Temperatuur van bulkoplossing Temperatuur van omhulseloppervlak bij 8 W/cm2 (toename van 20 graden) Verwachte corrosiesnelheid bij oppervlaktetemperatuur Tijd om te verminderen 1,6 mm tot 1,0 mm (0,6 mm verlies) Levensduur tot vervanging 2% 70 graden 90 graden 0,15 – 0,25 mm/jaar 2,5 – 4 jaar 3 – 5 jaar 2% 80 graden 100 graden 0,30 – 0,50 mm/jaar 1,2 – 2 jaar 1,5 – 2,5 jaar 2% 85 graden 105 graden 0,50 – 0,80 mm/jaar 0,75 – 1,2 jaar 1 – 1,5 jaar 3% 70 graden 90 graden 0,20 – 0,35 mm/jaar 1,7 – 3 jaar 2 – 3,5 jaar 3% 75 graden 95 graden 0,35 – 0,60 mm/jaar 1,0 – 1,7 jaar 1,2 – 2 jaar 3% 80 graden 100 graden 0,60 – 1,00 mm/jaar 0,6 – 1,0 jaar 0,8 – 1,2 jaar 4% 65 graden 85 graden 0,25 – 0,40 mm/jaar 1,5 – 2,4 jaar 1,8 – 3 jaar 4% 70 graden 90 graden 0,40 – 0,70 mm/jaar 0,9 – 1,5 jaar 1 – 1,8 jaar 4% 75 graden 95 graden 0,70 – 1,20 mm/jaar 0,5 – 0,9 jaar 0,6 – 1 jaar 5% 60 graden 80 graden 0,30 – 0,50 mm/jaar 1,2 – 2 jaar 1,5 – 2,5 jaar 5% 65 graden 85 graden 0,50 – 0,85 mm/jaar 0,7 – 1,2 jaar 0,8 – 1,5 jaar 5% 70 graden 90
Voor een tankreinigingssysteem met 3% NaOH bij een bulktemperatuur van 80 graden en een manteldikte van 1,6 mm bedraagt ​​de oppervlaktetemperatuur van de mantel ongeveer 100 graden bij 8 W/cm^2. De verwachte corrosiesnelheid bedraagt ​​0,6–1,0 mm/jaar, waardoor de wanddikte in 0,6–1,0 jaar afneemt van 1,6 mm naar 1,0 mm. Vervanging binnen 12 maanden is OK. Wanneer de bulktemperatuur wordt verlaagd tot 75 graden, is de oppervlaktetemperatuur 95 graden en daarom is de corrosiesnelheid 0,35-0,60 mm per jaar en de levensduur 1,2-2 jaar.

Vervangingscyclus van 12 maanden Veilig gebruiksbereik
De volgende tabel toont de maximale veilige bulknatriumhydroxideconcentratie en temperatuurcombinaties voor een 316-mantel van 1,6 mm bij verschillende wattdichtheden om een ​​levensduur van ten minste 12 maanden mogelijk te maken voordat de wanddiktevermindering tot 1,0 mm vervanging vereist.

Watt Dichtheid Temp. van bulk voor 2% NaOH Temp. van bulk voor 3% NaOH Temp. van bulk voor 4% NaOH Temp. bulk voor 5% NaOH
4 W/cm² (10 graden stijging) Veilig tot 88 graden Veilig tot 82 graden Veilig tot 78 graden Veilig tot 72 graden 6 W/cm² (15 graden stijging) Veilig tot 83 graden Veilig tot 77 graden Veilig tot 73 graden Veilig tot 67 graden 8 W/cm² (20 graden stijging) Veilig tot 78 graden Veilig tot 72 graden Veilig tot 68 graden Veilig tot 62 graden 10 W/cm² (25 graden stijging) Veilig tot 73 graden Veilig tot 67 graden Veilig tot 63 graden Veilig tot 57 graden 12 W/cm² (30 graden stijging) Veilig tot 68 graden Veilig tot 62 graden Veilig tot 58 graden Veilig tot 52 graden
Voor een typisch tankreinigingssysteem met 3% NaOH bij een bulktemperatuur van 75 graden resulteert een 316-mantel van 1,6 mm bij 8 W/cm² in een oppervlaktetemperatuur van 95 graden. De veilige bulktemperatuur voor 3% NaOH bij 8 W/cm2 ligt 72 graden ten opzichte van de tabel. De verwarming overschrijdt de veilige limiet van 75 graden en de levensduur van 12 maanden is niet gegarandeerd. Het verlagen van de wattdichtheid tot 6 W/cm2 (stijging van 15 graden Celsius) biedt een veilige bulklimiet van 77 graden Celsius, daarom is 75 graden Celsius acceptabel voor vervanging gedurende 12 maanden.

Ontwerpwijzigingen om de levensduur van meer dan 12 maanden te verlengen
Er worden drie ontwerpverbeteringen beschreven die de levensduur kunnen verlengen wanneer de omstandigheden van het tankreinigingsproces bijtende concentraties en temperaturen vereisen die een 316-mantel van 1,6 mm zouden beperken tot een levensduur van 12- maanden. De eerste is om de wattdichtheid te verlagen door gebruik te maken van een verwarming met een langere of grotere diameter. Het verlagen van de wattdichtheid van 8 W/cm2 naar 4 W/cm2 vermindert de stijging van de oppervlaktetemperatuur van de mantel van 20 graden naar 10 graden, wat overeenkomt met een overgang van het 1-jarige corrosieregime naar het 2-3-jarige regime bij de meeste concentraties. De tweede verandering is de toevoeging van een timer om de verwarming alleen te laten werken wanneer de tank actief wordt gereinigd, in plaats van de temperatuur 24/7 te handhaven. Intermitterende werking verkort de tijd bij hoge temperaturen, waardoor de levensduur wordt verlengd met een factor die gelijk is aan de inschakelduur. Als de corrosiesnelheid per uur hetzelfde is, zal een verwarming die 4 uur per dag in plaats van 24 uur per dag draait, in kalendertermen 6 keer langer meegaan. Als derde wijziging wordt aan de bijtende oplossing een corrosieremmer toegevoegd. Silicaten of fosfaten met 100-200 ppm kunnen de corrosiesnelheid met 30-50% verminderen en de levensduur met 40-100% verlengen. Als het tankreinigingssysteem 4% NaOH bij 80 graden nodig heeft en continu draait, is het twijfelachtig of deze aanpassingen de levensduur van de 316 de afgelopen 12 maanden zullen verlengen. In deze omstandigheden moeten ingenieurs upgraden naar een legering op nikkelbasis, zoals Alloy 600 of Alloy 825, die de corrosiesnelheid onder de 0,1 mm per jaar houdt in bijtende oplossingen tot een concentratie van 10% bij 100 graden C. Wanneer u verwarmers voor tankreinigingsservice bestelt, geef de leverancier dan altijd de maximale concentratie bijtende stoffen, de bulktemperatuur, de verwachte bedrijfscyclus en het gewenste vervangingsinterval door. Als een fabrikant 316 voor 4% NaOH bij 85 graden voorstelt zonder uitleg over de vermindering van de wattdichtheid of de geschatte levensduur, dan geeft hij geen competent technisch advies. De vervangingsdrempel na 12 maanden voor een 316-mantel van 1,6 mm is een voorspelbare functie van de bijtende concentratie, de bulktemperatuur en de wattdichtheid. Door de oppervlaktetemperatuur van de mantel op de juiste manier te bepalen en de corrosiesnelheden in de tabel te gebruiken, kunnen ingenieurs de vervangingsintervallen en het budget voor onderhoud voorspellen, waardoor onverwachte verwarmingsstoringen worden vermeden die de reinigingscycli zouden kunnen verstoren.