Berapa Ketebalan Dinding Selubung Baja Tahan Karat 316 Minimum yang Direkomendasikan untuk Pemanas Perendaman Listrik yang Beroperasi dalam Larutan Natrium Hipoklorit 5% pada 40 Derajat Celcius untuk Layanan Produksi Pemutih?

Insinyur proses kimia yang membangun pemanas rendam listrik untuk produksi natrium hipoklorit, pembuatan pemutih, dan sistem desinfeksi pengolahan air mengalami hambatan besar saat menggunakan baja tahan karat 316 sebagai bahan selubungnya. Natrium hipoklorit adalah oksidator kuat dan merupakan larutan-pH tinggi yang secara agresif menghancurkan banyak logam. 316 baja tahan karat lebih tahan dibandingkan 304 karena adanya molibdenum, namun masih rentan terhadap lubang, korosi celah, dan retak korosi tegangan pada layanan hipoklorit, terutama pada suhu dan konsentrasi ekstrem. Ketebalan dinding selubung mengontrol batas korosi dan, yang lebih penting, waktu yang diperlukan lubang lokal untuk menembus dinding. Artikel ini menyajikan ketebalan dinding minimum yang direkomendasikan untuk 316 selubung dalam layanan natrium hipoklorit encer berdasarkan data korosi yang dipublikasikan dan pengalaman lapangan dari bisnis produksi pemutih.

Mekanisme Korosi Baja Tahan Karat 316 dalam Larutan Natrium Hipoklorit
Natrium hipoklorit (NaOCl) merupakan oksidator kuat yang mempertahankan lapisan pasif pada baja tahan karat 316 dalam kondisi optimal. Namun ada beberapa kondisi yang mendukung serangan lokal. Ion hipoklorit adalah zat pengoksidasi yang mengandung klorida-, dan karenanya secara bersamaan menawarkan anion klorida agresif dan potensi oksidatif yang diperlukan untuk memecah lapisan pasif. Pitting 316 dapat terjadi dengan kecepatan 0,5 – 2,0 mm per tahun pada konsentrasi > 1 % klorin yang dapat diakses dan > 35 derajat . Lubang tersebut sangat terlokalisasi dengan lubang yang mencapai kedalaman 1 mm dalam beberapa bulan dengan pengaruh yang kecil terhadap area di sekitar lubang tersebut. Sebuah lubang dalam pada selubung pemanas perendaman cukup untuk menembus dinding yang menyebabkan proses penetrasi cairan, kegagalan listrik, dan kontaminasi larutan hipoklorit dengan ion logam yang mengkatalisis kerusakan. Biasanya, tingkat korosi secara umum rendah<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.

Pengaruh Ketebalan Dinding terhadap Waktu Penetrasi Pitting
Setelah lubang dimulai, laju penetrasi lubang kira-kira konstan pada kandungan hipoklorit dan suhu tertentu. Hasil percobaan perendaman dalam NaOCl 5% pada suhu 40 derajat menunjukkan inisiasi lubang setelah 200–500 jam untuk sampel yang dipoles sebanyak 316. Lubang, setelah terbentuk, tumbuh dengan kecepatan 0,03–0,08 mm hari −1 (sekitar 0,9–2,4 mm bulan −1 ). Pada tingkat ini, ketebalan dinding sebesar 1,0 mm akan ditembus dalam waktu 13–33 hari sejak lubang dimulai. Dinding 2,0 mm akan bertahan selama 22-67 hari sejak inisiasi. Umur layanan adalah jumlah waktu inisiasi dan waktu propagasi. Masa pakainya sekitar 200-500 jam+13-33 hari untuk selubung 1,0 mm, atau sekitar 20-50 hari. Total masa pakai selubung 2,0 mm adalah 200–500 jam + 22–67 hari atau ~30–80 hari. Dinding yang lebih tebal hanya menambah umur 10-30 hari, yang merupakan peningkatan kecil dalam hal biaya material tambahan dan penalti termal. Karena masa pakai yang singkat ini, 316 jarang ditentukan untuk perendaman terus menerus dalam natrium hipoklorit dengan konsentrasi lebih dari 1% dan suhu 30 derajat. Jika masa pakai yang lebih lama diperlukan maka beberapa bahan lain seperti titanium atau paduan tertentu harus digunakan.

Rekomendasi Ketebalan Dinding Minimum untuk Pelayanan Hipoklorit
Tabel berikut menunjukkan ketebalan dinding selubung minimum yang disarankan untuk pemanas rendam listrik dalam layanan natrium hipoklorit. Nilai didasarkan pada pengoperasian yang berkelanjutan, desain sistem yang baik untuk meminimalkan kemungkinan retak dan stagnasi, dan penerimaan umur layanan yang relatif terbatas yang diukur dalam minggu atau bulan, bukan tahun.

Konsentrasi Klorin yang Tersedia Larutan Temperatur Laju Lubang yang Diharapkan (Setelah Inisiasi) Ketebalan Dinding Minimum yang Direkomendasikan sebesar 316Ketebalan Minimum – Total Masa Pakai yang DiharapkanRekomendasi Alternatif
1 – 2% 20 – 30 derajat 0,5 – 1,0 mm/bulan 1,6 mm 2 – 4 bulanMarginal Titanium lebih disukai
1 – 2% 30 – 40 o C 0,8 – 1,5 mm/bulan 2,0 mm 1,5 – 3 bulanTitanium adalah pilihan yang baik
2 – 5% 20 – 30 derajat 0,8 – 1,5 mm/bulan 2,0 mm 1,5 – 2,5 bulanTitanium diperlukan untuk layanan yang dapat diandalkan
2 – 5% 30 – 40 derajat 1,2 – 2,0 mm/bulan 2,5 mm 1 – 2 bulan Diperlukan titanium 5 – 10% 20 – 30 derajat 1,5 – 2,5 mm/bulan Tidak disarankan < 1 bulan Gunakan titanium atau Alloy C-276
Konsentrasi apa pun Di atas 40 derajat 2,0 – 4,0 mm/blnMinggu Tidak disarankanTitanium atau-pemanasan non-logam
Servis berkala atau batchSuhu berapa pun Lebih rendah karena pengeringan 1,2 – 1,6 mm Variabel Dapat diterima untuk aplikasi non-kritis
Baja tahan karat 316 adalah pilihan yang buruk untuk layanan natrium hipoklorit di atas konsentrasi 2% atau 30C terlepas dari ketebalan dinding. Masa pakainya yang singkat dan kemungkinan kegagalan pitting yang cepat menjadikannya tidak cocok untuk prosedur penting. Titanium (Grade 2 atau Grade 7) menunjukkan ketahanan yang sangat baik terhadap natrium hipoklorit dengan tingkat korosi<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.

Modifikasi Desain untuk Peningkatan Umur Selubung 316 dalam Layanan Hipoklorit
Jika 316 diperlukan untuk layanan hipoklorit encer karena biaya atau ketersediaan bahan, empat penyesuaian desain dapat meningkatkan masa pakai melebihi angka yang diberikan dalam tabel. 1. Pertahankan pH hipoklorit lebih besar dari 11. Larutan natrium hipoklorit pada pH kurang dari 11 memiliki laju penguraian yang lebih cepat dan lebih tahan terhadap baja tahan karat. Laju pitting berkurang 50-70% dengan kontrol pH otomatis dengan penambahan kaustik. Penyesuaian kedua adalah membuat permukaan selubung sehalus mungkin. Permukaan akhir yang dipoles secara elektro 316 < 0,2 mikron Ra lebih rendah dibandingkan dengan material as-swaged, yang menghasilkan peningkatan waktu inisiasi dengan rasio 2-4. Perubahan terakhir adalah menjalankan dengan kepadatan watt terendah yang dapat dicapai. Mengurangi kerapatan watt dari 10 W/cm2 menjadi 5 W/cm2 akan menurunkan suhu permukaan selubung sebesar 10-15 oC dan laju pitting sebesar ~30-40% pada rezim sensitif suhu 30-50 oC. Perubahan keempat adalah pembersihan berkala pada permukaan selubung untuk menghilangkan sedimen yang menghasilkan celah. Pencucian air mingguan atau pencucian asam encer dapat memperpanjang masa pakai. Untuk sebagian besar aplikasi produksi pemutih industri, perubahan ini tidak cukup untuk menjadikan 316 bahan yang dapat diandalkan. Agar pemanas apa pun direndam dalam natrium hipoklorit lebih dari penggunaan sesekali, selubung titanium harus ditentukan oleh para insinyur. Kerugian akibat satu kegagalan pemanas 316, termasuk hilangnya keluaran, kontaminasi larutan, dan tenaga kerja untuk perbaikan, biasanya lebih besar daripada biaya tambahan yang ditimbulkan oleh titanium. Selalu sertakan konsentrasi aktual, suhu, dan perkiraan jam pengoperasian harian saat menentukan layanan hipoklorit. Pemasok yang menyarankan 316 untuk layanan hipoklorit terus menerus melebihi konsentrasi 2% tanpa menyebutkan keterbatasan bahan ini tidak menawarkan saran teknis yang kompeten. Dalam kasus di mana harga titanium terlalu mahal, metode pemanasan lain dapat dipertimbangkan, misalnya, pemanasan tangki eksternal melalui penukar panas titanium atau injeksi uap, yang tidak melibatkan kontak langsung logam dengan larutan hipoklorit yang tidak bersahabat.