Pada Kombinasi Spesifik Konsentrasi Klorida dan Suhu Permukaan Selubung Apa Transisi Selubung Baja Tahan Karat 1,6 Milimeter 316 dari Korosi Lubang Pasif ke Aktif dalam Layanan Pemanasan Tangki Penyimpanan Atmosfer?

Untuk insinyur proses yang bertanggung jawab atas pemanas imersi listrik di tangki penyimpanan atmosferik yang mengandung larutan yang mengandung klorida, seperti air terproduksi, limbah desalter, dan air pencuci industri, perbedaan antara korosi lubang pasif dan aktif adalah perbedaan antara selubung baja tahan karat 316 yang bertahan sepuluh tahun atau sepuluh minggu. Namun keadaan di tangki penyimpanan udara bersifat statis atau bergerak lambat dengan konsentrasi klorida yang bervariasi karena penguapan dan stratifikasi sedangkan larutan segar selalu bersentuhan dengan selubung dalam sistem aliran kontinu. Ketebalan dinding tipikal adalah 1,6 mm. Ini adalah kompromi antara kekuatan mekanik dan perpindahan panas praktis. Temperatur pitting kritis dan konsentrasi klorida kritis untuk 316 bukanlah angka statis namun berinteraksi dengan elevasi temperatur permukaan selubung yang disebabkan oleh kerapatan watt yang diterapkan. Makalah ini menyajikan konsentrasi klorida dan suhu permukaan selubung di mana dinding 1,6 mm berubah dari pasif (laju korosi<0.05 mm/year) to active pitting (penetration within months).

Suhu Lubang Kritis dan Interaksi dengan Klorida
Temperatur pitting kritis baja tahan karat 316 dalam konsentrasi klorida tertentu adalah temperatur di mana pit stabil dapat berinti dan tumbuh. Di bawah suhu ini film pasif tetap utuh dan laju korosi tidak signifikan. Ini adalah hubungan terbalik. Semakin tinggi konsentrasi klorida, semakin rendah suhu pitting kritisnya. Temperatur pitting kritis adalah sekitar 80oC dalam 100 ppm klorida. Dalam 1.000 ppm klorida turun hingga 55 derajat. Pada 5.000 ppm klorida suhunya turun menjadi 35 C. Pada 10.000 ppm klorida (1% NaCl), suhu pitting kritis adalah sekitar 25 derajat. Fluks panas dari pemanas imersi menyebabkan suhu permukaan selubung menjadi 15-40 derajat di atas suhu tangki curah. Suhu permukaan selubung tangki pada 40 derajat dengan pemanas 8 W/cm² mungkin 60–70 derajat. Jika konsentrasi klorida dalam tangki adalah 1.000 ppm, suhu kritis pitting sebesar 55 derajat terlampaui dan permulaan pitting akan terjadi dalam beberapa minggu. Waktu terjadinya perforasi setelah pitting dimulai ditentukan oleh ketebalan dinding sebesar 1,6 mm, yang pada tingkat propagasi tipikal 0,5–2,0 mm per bulan berarti kegagalan dalam 1–3 bulan.

Ambang Batas Transisi Kritis Selubung 1,6 Milimeter
Uji perendaman dengan 316 sampel dengan karakteristik pemolesan permukaan selubung pemanas swaged telah menghasilkan ambang batas transisi berikut untuk dinding 1,6 mm pada kepadatan watt 6-10 W/cm2. Suhu tangki curah diperkirakan 10-20 derajat di bawah suhu permukaan selubung.

Konsentrasi Klorida (ppm) Suhu Lubang Kritis untuk 316 ( derajat ) Suhu Permukaan Selubung Minimum untuk Transisi Pasif-hingga-Aktif Suhu Tangki Curah Aman untuk Selubung 1,6 mm pada 8 W/cm2Di atas masa pakai yang diharapkan Transisi
< 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 penyimpanan dengan suhu curah 50 derajat C dan selubung 1,6 mm pada 8 W/cm 2 suhu permukaan selubung adalah sekitar 65-70 derajat C. Konsentrasi klorida harus kurang dari 500 ppm agar tetap berada di atas suhu lubang kritis. Lubang aktif akan dimulai dalam beberapa minggu pada suhu krusial 55 derajat dengan kadar klorida 1.000 ppm dan suhu permukaan. Jika kandungan klorida dalam tangki lebih besar dari 2.000 ppm, 316 tidak sesuai pada suhu curah praktis apa pun, karena suhu permukaan selubung yang diperlukan untuk menghasilkan aliran panas kecil sekalipun akan melebihi suhu kritis untuk pitting.

Matriks Amplop Pengoperasian Aman Jaket 1,6 Milimeter
Tabel di bawah mencantumkan suhu tangki curah maksimum yang aman untuk selubung 1,6 mm 316 pada berbagai kepadatan watt dan konsentrasi klorida. Nilai-nilai ini memastikan bahwa suhu permukaan selubung setidaknya 5 derajat di bawah suhu lubang kritis untuk konsentrasi klorida tersebut.

Konsentrasi Klorida (ppm) SUHU PERMUKAAN SELURUH SUHU PERMUKAAN SELURUH SUHU PERMUKAAN (5 W/cm2) (8 W/cm2) Maksimum Aman Maksimum Aman Maksimum Aman Suhu Curah Aman Maksimum 12W/cm²
Di bawah 100 ppm 75 derajat 65 derajat 60 derajat 50 derajat 100 – 250 ppm 70 derajat 60 derajat 55 derajat 45 derajat 250 – 500 ppm 65 derajat 55 derajat 50 derajat 40 derajat 500 – 750 ppm 60 derajat 50 derajat 45 derajat 35 derajat 750 – 1,000 ppm 55 derajat 45 derajat 40 derajat 30 derajat 1.000 – 1.500 ppm 50 derajat 40 derajat 35 derajat 25 derajat 1.500 – 2.000 ppm 45 derajat 35 derajat 30 derajat 20 derajat
2000ppmTidak aman Tidak aman Tidak aman Tidak aman
Jika suhu permukaan selubung yang dihitung lebih besar dari suhu lubang kritis untuk kandungan klorida yang dilaporkan, maka kegagalan lubang tidak dapat dihindari untuk aplikasi apa pun. Ketebalan dinding 1,6 mm memang menawarkan waktu propagasi, namun pemanas harus dilihat memiliki masa pakai yang terbatas dan dapat diprediksi dalam hitungan bulan, bukan tahun.

Perubahan Desain untuk Menghindari Transisi Pitting
Dekat batas transisi kondisi proses pasif ke aktif, tiga modifikasi desain dapat diterapkan untuk menghindari lubang tanpa memodifikasi material selubung atau ketebalan dinding. Yang pertama adalah menurunkan kepadatan watt. Ketika suhu permukaan selubung diturunkan sebesar 15–25 derajat pada 5 W/cm², bukan 10 W/cm², rezim aktif dapat berubah menjadi rezim pasif. Perubahan kedua adalah meningkatkan sirkulasi ke seluruh permukaan sarungnya. Agitator kecil atau pompa sirkulasi dapat menurunkan kenaikan suhu permukaan selubung sebesar 40-60%, menjaga selubung tetap di bawah ambang batas kritis bahkan pada kepadatan watt sedang. Perubahan selanjutnya adalah memasang probe pemantau korosi, kupon 316 kecil yang digabungkan secara elektrik ke selubung pemanas. Peningkatan tajam arus galvanik menandakan dimulainya pitting aktif dan memberikan peringatan dini akan penetrasi selubung. Jika konsentrasi klorida dalam tangki bervariasi karena penguapan atau perubahan batch, teknisi harus menentukan 316L dengan angka setara ketahanan lubang yang lebih tinggi dan mempertimbangkan untuk meningkatkan ke baja tahan karat 317 (3,5% molibdenum) atau Paduan 825 untuk layanan jangka panjang yang andal. Biaya tambahan untuk paduan yang lebih tahan umumnya lebih kecil daripada biaya kegagalan lubang tunggal di tangki penyimpanan, termasuk kontaminasi produk, pengurasan tangki, dan penggantian pemanas. • Saat menentukan pemanas untuk tangki penyimpanan yang membawa klorida, selalu ukur konsentrasi klorida sebenarnya pada suhu pengoperasian yang diperkirakan. Hitung suhu permukaan selubung pada kepadatan watt yang disarankan. Untuk penggunaan jangka panjang dengan selubung 1,6 mm 316, disarankan menggunakan penyangga pengaman setidaknya 10 derajat di bawah suhu lubang kritis.