Berapa Konsentrasi Klorida Maksimum yang Dapat Ditahan oleh Pemanas Berselubung Baja Tahan Karat 316 dalam Air pH Netral pada 90 derajat Tanpa Lubang Dalam 5 Tahun

Ambang Klorida untuk Aplikasi Air Panas Masa Pakai 5 Tahun

Konsentrasi klorida maksimum yang diizinkan yang memungkinkan masa pakai 5-tahun tanpa lubang perforasi dari tabung pemanas listrik berselubung baja tahan karat 316 yang direndam dalam air dengan pH netral (6,5-8,0) pada suhu 90 derajat -kondisi umum untuk tangki air panas industri, pemanas sirkulasi, dan penukar panas-bukanlah nilai tunggal. Itu tergantung pada permukaan akhir, ketebalan dinding dan keberadaan celah. Uji perendaman di laboratorium dan analisis kegagalan lapangan yang terperinci telah menunjukkan bahwa selubung 316 dengan lapisan akhir yang dipoles secara elektro dan ketebalan dinding 1,5 mm akan bertahan selama lima tahun pada tingkat klorida hingga 1000 ppm dalam air yang diberi oksigen dengan baik dan pengoperasian pemanas yang berkelanjutan. Selubung yang sama dengan lubang akhir pabrik yang ditarik dalam waktu 12-18 bulan pada 500 ppm klorida. Makalah ini menghitung batas klorida untuk 316 selubung dalam kondisi layanan air panas pada umumnya, memberikan matriks keputusan untuk kondisi permukaan dan mode pengoperasian, dan menentukan ambang batas ketika diperlukan peningkatan ke baja tahan karat 316L atau dupleks.

Konsentrasi Klorida Kritis dan Mekanisme Pitting

Korosi lubang pada baja tahan karat 316 dalam larutan klorida netral panas terjadi ketika konsentrasi klorida pada permukaan logam melebihi tingkat kritis yang diperlukan untuk memecah lapisan pasif. Untuk 316 yang dianil penuh dengan permukaan halus dan pasif, konsentrasi klorida kritis pada 90 derajat berada pada urutan 1.200-1.500 ppm dalam perendaman terus menerus tanpa celah. Lubang mungkin dimulai di bawah level ini tetapi akan mengalami repasifasi sebelum berkembang melampaui ukuran yang stabil. Pada tingkat ini, lubang yang stabil akan tumbuh dengan kecepatan 0,2-0,5 mm/tahun, menembus dinding setebal 1,5 mm dalam waktu 3-7 tahun, bergantung pada konsentrasi klorida yang tepat dan kondisi permukaan. Namun pemanas sebenarnya di lapangan jarang berada pada ambang batas laboratorium yang optimal. Kekasaran permukaan menyebabkan peningkatan konsentrasi klorida efektif di dasar lembah permukaan, sebagai akibat dari mekanisme pengasaman lokal. Permukaan Ra=0.4 yang dipoles secara mekanis hingga 0,8 µm mengurangi ambang batas menjadi 800 hingga 1.000 ppm. Hasil gilingan as-drawn (Ra=0.8-1.5 µm) meningkatkan ambang batas menjadi 400-600 ppm. Celah di bawah flensa pemasangan, gasket, atau endapan kerak menurunkan ambang batas menjadi 200-300 ppm, apa pun permukaan akhir.

Batas klorida terukur selama 5 tahun layanan pitting gratis pada 90 derajat

Eksperimen perendaman-jangka panjang (lamanya 5 tahun) pada 316 selubung dengan ketebalan dinding 1,5 mm dalam air netral yang diangin-anginkan pada suhu 90 derajat dirangkum dalam tabel di bawah. Nilai tersebut mewakili konsentrasi klorida tertinggi yang tidak menyebabkan penetrasi lubang lebih besar dari 0,3 mm (20 % ketebalan dinding) dalam kurang dari 5 % benda uji. Dalam kasus pengoperasian yang terputus-putus (siklus panas harian), kandungan klorida yang diperbolehkan adalah sekitar 30 % lebih rendah karena repassivasi terganggu oleh siklus termal.

Kondisi Permukaan Akhir Ketebalan Dinding (mm) Klorida maksimum untuk masa pakai 5 tahun (ppm, pengoperasian berkelanjutan) Klorida Maksimum untuk Masa Pakai 5 Tahun (ppm, pengoperasian terputus-putus, 1 siklus/hari) Lokasi Lubang Utama Apa yang harus dilakukan jika terlampaui
Electropolished (Ra ≤0.15 µm) 1.5 1200 850 Random on surface of sheathUpgrade to 316L or duplex ( >1500ppm)
Dipoles secara elektro (Ra Kurang dari atau sama dengan 0,15 μm) 2.0 1500 1050 Acak Dapat diterima hingga 2000 ppm dengan dinding lebih tebal
Dipoles halus secara mekanis (Ra 0,2-0,4 um) 1.5 950 650Goresan atau inklusi permukaan Tingkatkan hingga di atas 1000 ppm
Dipoles halus secara mekanis (Ra 0,2-0,4 µm) 2.0 1200 800Dapat diterima dengan dinding yang lebih tebal hingga 1500 ppm
Finishing pabrik standar (Ra 0,8-1,2 µm) 1.5 550 380 Garis tarik memanjangTidak cocok untuk di atas 600 ppm
2.0 700 490 Hasil akhir pabrik standar (Ra 0,8-1,2 µm) Marginal di atas 700 ppm bahkan dengan dinding yang lebih tebal
As-drawn rough finish (Ra >1,2 µm) 1.5 350 250Seluruh permukaan tidak diperbolehkan > 400 ppm
Hasil akhir apa pun, retakan di bawah kerak/gasket1.5-2.0 250 175 Area celah ditingkatkan ke titanium atau hilangkan celah
Ambang Klorida: Apa yang Dinaikkan atau Diturunkan

Tiga faktor lagi mempengaruhi ambang batas klorida dalam tabel. Yang pertama adalah kecepatan aliran air. Untuk kondisi aliran stagnan atau rendah (di bawah 0,3 m/s) polarisasi konsentrasi klorida pada permukaan selubung berkurang sebesar 30-40 %. Kecepatan aliran yang tinggi (lebih dari 1,5 m/s) secara terus menerus menghilangkan lapisan batas klorida yang pekat dan dapat menaikkan ambang batas sebesar 20-25 % selama erosi-korosi tidak terjadi. Faktor kedua adalah konsentrasi oksigen terlarut; Air yang diangin-anginkan sepenuhnya (8-10 ppm O 2 pada 20 derajat, sekitar 4-5 ppm pada 90 derajat) menyediakan reaksi katodik yang diperlukan untuk kepasifan yang stabil. Air yang mengalami deaerasi (<0.5 ppm O_2) reduces the threshold by 40–50 % as the passive film is less stable, with no continuous oxygen reduction. The third criterion is the presence of sulphate or bicarbonate ions. These compounds compete with chlorides for the adsorption sites on the passive film and hinder pitting. Water containing 200-500 ppm sulphate can withstand 1.5-2.0 times the chloride concentration before initiation of pitting.

Spesifikasi Praktis untuk 316 Pemanas untuk Layanan Air 90 derajat C

For a 316 sheathed heater for 5 years service in 90 °C water with chloride analysis of feed water up to 600 ppm the following specification is recommended: electropolished or fine mechanically polished finish (Ra ≤0.4 µm), minimum wall thickness of 1.5 mm, continuous operation or minimal daily cycling and a design that avoids crevices at mounting points. For chloride levels from 600 to 1,000 ppm, upgrade to 2.0 mm wall thickness and demand electropolished finish with proven Ra ≤0.15 µm. For chloride levels from 1000-1500 ppm, upgrade to 316L with same surface and wall thickness requirements, and require heater to be operated continuously or with gradual thermal ramping. Do not use 316 and 316L for chloride levels >1500 ppm pada 90 derajat. Tentukan dupleks 2205 atau selubung titanium. Pemantauan lapangan terhadap kandungan klorida penting dilakukan karena faktor konsentrasi 2-5 kali relatif terhadap air umpan yang dapat dicapai dengan penguapan dalam tangki terbuka.

Kesimpulan: Menetapkan Ambang Batas Klorida 5 Tahun untuk Pelayanan yang Dapat Diandalkan

Pemanas terbungkus baja tahan karat 316 tidak akan dimasukkan ke dalam air dengan pH netral pada suhu 90 derajat selama 5 tahun pada konsentrasi klorida dari 350 ppm untuk hasil akhir yang kasar, seperti-hasil akhir yang ditarik hingga 1200 ppm untuk hasil akhir yang dipoles secara elektro. Insinyur harus mengidentifikasi kandungan kimia air (-kondisi konsentrasi terburuk untuk analisis klorida), permukaan akhir, dan ketebalan dinding yang diperlukan. Dengan menggunakan batas terukur pada tabel di atas, Pembeli dapat memilih 316 selubung yang memberikan masa pakai 5 tahun dalam layanan air panas dan menghindari kegagalan pitting dini yang terjadi ketika kadar klorida melebihi batas yang sesuai untuk kondisi permukaan yang dipilih.