Mekkora a megengedett legnagyobb 316-os rozsdamentes acél burkolat falvastagsága egy elektromos merülő fűtőberendezésnél, nagy-tisztaságú, 90 Celsius-fok feletti ionmentesített vízben? Mekkora a megengedett legnagyobb 316-os rozsdamentes acél burkolat falvastagsága egy elektromos merülő fűtőberendezésnél, 09 Abo{{4}Pu-ban Celsius fok?

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 fok) az oxigéncseppek oldhatósága és a korróziós potenciál növekszik, ami a passzív korrózióból az aktív korrózióra való átállással jár. A 316-os burkolat falvastagsága szabályozza a fűtőelem élettartama alatti korróziós ráhagyást és a felületi hőmérsékletet egy bizonyos wattsűrűség mellett. A publikált korróziós sebességi statisztikákat, valamint az ultratiszta víz üzletág gyakorlati tapasztalatait használják fel a maximálisan elfogadható falvastagság meghatározására 316 köpeny esetében nagy tisztaságú ionmentesített víz szolgáltatásban.

A 316-os rozsdamentes acél korróziójának mechanizmusai magas hőmérsékletű ionmentesített vízben
A nagy tisztaságú ionmentesített vízben (ellenállás > 1 megohm{1}}centiméter) az ellenséges ionok, például a kloridok koncentrációja nagyon alacsony. De az oldott sók hiánya nem feltétlenül teszi a vizet barátságossá. 80 fok feletti hőmérséklet esetén a 316 rozsdamentes acél hajlamos az általános korrózióra, és még komolyabban a helyi korrózióra azokon a helyeken, ahol a passzív film lebomlik. Az ionmentesített víz korróziós sebessége az Arrheniushoz kapcsolódik, és minden 25 fokos hőmérséklet-emelkedés esetén körülbelül kétszeresére nő. A 316 általános korróziós sebessége 90 fokos ionmentesített vízben nagyjából 0,02-0,05 mm/év. A sebesség 120 °C-on évi 0,10-0,20 mm-re nő. 150 °C-on az arány 0,30-0,50 mm/év. Bár ezek az arányok alacsonynak tűnhetnek, egy 5-10 évig folyamatosan üzemelő fűtőberendezésnél az évi 0,10 mm-es kopási arány 0,5-1,0 mm-es falvastagságot jelent. A kezdeti 1,0 mm-es köpenyvastagság öt év után 0,5 mm-re csökkenne, amikor a mechanikai integritás kétséges. A rozsdásodás nem teljesen egyenletes. A lyuk- és réskorrózió, különösen a rögzítési felületeknél és a hegesztési zónákban, az általános korróziós sebességnél kétszer-ötször nagyobb helyi behatolási sebességet okozhat.

A falvastagság és az ionmentesített víz élettartamának hatásai
A 316-os hüvely falvastagsága és a magas hőmérsékletű ionmentesített víz élettartama közötti kapcsolat közel lineáris, ha az általános korrózió az elsődleges mechanizmus. A 95 fokos 5 éves élettartamhoz 0,04 mm/év korróziós sebesség mellett a szükséges korróziós ráhagyás 0,20 mm. Ez 0,7 mm-es minimális szerkezeti falvastagság mellett azt jelenti, hogy 0,9 mm-es kezdeti falvastagságra van szükség. Egy 1,2 mm-es burkolat 0,3 mm-es biztonsági ráhagyást adna a korróziós határ felett, és a lehetséges élettartam meghaladja a nyolc évet. De adott wattsűrűség mellett a vastagabb falak magasabb hőmérsékletet jelentenek a külső felületen. A magasabb felületi hőmérséklet exponenciálisan felgyorsítja a korróziót ionmentesített vízben. Egy 2,0 mm-es burkolat 10 W/cm²-nél 95 fokos vízben 115 fokos külső felületi hőmérséklettel rendelkezhet. A korrózió sebessége ezen a hőmérsékleten körülbelül évi 0,08 mm,{21}}a duplája az 1,2 mm-es burkolaténak 105 fokos felületi hőmérsékleten. A vastagabb burkolat nagyobb korróziótűrést igényel, de gyorsabban korrodálódik is. Ez a kölcsönhatás ideális falvastagságot hoz létre a legnagyobb élettartam érdekében, nem pedig monoton viszonyt. A közzétett korróziós adatok alapján számították ki az optimális 316-os burkolat falvastagságát a maximális élettartamhoz 95 fokos ionmentesített víznél, 10 W/cm²-nél, ami 1,4 mm nagyságrendű. Az 1,0 mm-nél kisebb korróziós ráhagyás nem elegendő. Több mint 1,8 mm-nél a magasabb felületi hőmérséklet miatt megnövekedett korrózió uralja a kiegészítő anyagot.

Maximális ajánlott falvastagság ionmentesített vízzel való használatra
A következő táblázat a javasolt maximális 316 burkolatfalvastagságot mutatja a nagy-tisztaságú ionmentesített vízben használt elektromos merülőfűtőkhöz. Az értékek folyamatos működésre, 100 ppm alatti oxigénszintre és 1 megohm{5}}centiméternél nagyobb ellenállásra vonatkoznak. A korrózió sebessége magasabb lehet, ezért magasabb oxigénszintű vagy alacsonyabb tisztaságú és vékonyabb falú rendszereket kell biztosítani.

Ionmentesített vízhőmérséklet javasolt watt sűrűségtartomány Maximális ajánlott 316 köpenyfalvastagság Várható élettartam maximális vastagságnál Hibamód maximális vastagságnál Alternatív ajánlás 80 – 90 fok 8 – 12 W/cm2 1.8 mm hosszú élettartamra 8-10 mm-es korrózió alkalmazások 80 – 90 fok 12 – 15 W/cm2 1.4 mm 6 – 8 év Korrózió plusz termikus feszültség Normál ajánlás 90 – 100 fok 6 – 10 W/cm2 1.6 mm 5 – 7 év Gödrösödés a felületi hibáknál Csökkentse a wattsűrűséget a hosszabb élettartam érdekében
90 – 100 fok 10 – 12 W/cm² 1,2 mm 4 – 6 év Általános korrózió Legjellemzőbb specifikáció 100 – 120 fok 4 – 8 W/cm² 1,2 mm 3 – 5 év Gyorsított korrózió Tekintsük a titán hüvelyt
100 – 120 fok 8 – 10 W/cm² 1,0 mm 2 – 3 év Korróziós kifáradás Javasolt továbbfejlesztett ötvözet
>120 fok<5 W/cm² Not advisable Unpredictable Sudden localised corrosion Use titanium or alloy C-276
A 100 fok feletti ionmentesített vizes alkalmazásoknál a mérnököknek komolyan fontolóra kell venniük a 316-os rozsdamentes acélról titánra vagy magas -nikkelötvözetre, például 22-es ötvözetre való áttérést. A titán korróziós sebessége magas hőmérsékletű, ionizált vízben két nagyságrenddel kisebb, mint 316. Ez lényegesen hosszabb élettartamot tesz lehetővé a vékonyabb falaknál. A titán magasabb kezdeti költségét gyakran kompenzálja a ritkább csere, és az érzékeny műveletek során nincs fémszennyeződés veszélye.

Tervezési változtatások az élettartam növelése érdekében a csőfal vastagságának növelése nélkül
Ha vastag 316-os burkolatra van szükség mechanikai okok miatt, például nyomáskorlátozás vagy rezgésállóság miatt ionmentesített vízben, három olyan tervezési beállítás létezik, amelyek ellensúlyozhatják a magasabb felületi hőmérséklet miatt felgyorsult korróziót. Az első és leghatékonyabb a wattsűrűség minimalizálása. A burkolat külső felületi hőmérsékletének nagyjából 10-15 fokkal történő csökkenése a wattsűrűség 12 W/cm²-ről 6 W/cm²-re történő csökkentésével a korróziós sebesség 30-40%-os csökkenéséhez vezet. A kompromisszum az, hogy hosszabb vagy nagyobb fűtőberendezésekre lesz szüksége, hogy ugyanazt a teljes teljesítményt elérje. A második változtatás a burkolat felületének passziválása a gyártás után. A salétromsavas vagy citromsavas passzivációs kezelés megszünteti a szabad vasat és a felületi szennyeződéseket, így egyenletesebb és stabilabb passzív bevonatot hoz létre, amely ellenáll a korróziónak. Az ellenőrzött tesztek során a passzivált 316 hüvelyek korróziós aránya 20{15}}30%-kal alacsonyabb, mint a nem passzivált minták ionmentesített vízben. A harmadik változtatás a vízkémiai szabályozás. Tartsa az oldott oxigént 5 ppm alatt. Ehhez használjon nitrogén takarót vagy vákuumos gáztalanítást. Ez csökkenti a katódos reakció sebességét és gátolja a korróziót. De a nagyon alacsony oxigénszint a film passzív instabilitásához is vezethet. Tehát egy 5–50 ppm-es korlátozott ablak a legjobb. Ezek a beállítások a legtöbb ionmentesített vízrendszernél nem lehetségesek, és a falvastagság szabályozása a korróziós élettartam szabályozásának fő eszköze. A mérnököknek a mechanikai hüvelykujjszabályok szerinti falvastagság kiválasztása helyett tájékoztatniuk kell a fűtőberendezés gyártóját a szükséges élettartamról, és a várható üzemi hőmérséklet és wattsűrűség alapján számított korróziós ráhagyást kell kérniük.