Pentru inginerii de întreținere a instalațiilor responsabili de încălzitoarele electrice cu imersie în instalațiile de tratare a apelor uzate municipale și industriale, combinația dintre concentrațiile variabile de clorură, temperaturile ridicate din procesele biologice și funcționarea intermitentă creează un mediu provocator de coroziune. Spre deosebire de serviciul chimic curat în care concentrațiile sunt controlate, nivelurile de clorură ale apelor uzate fluctuează odată cu deversarea industrială, scurgerea sării rutiere și evaporarea în bazinele de tratare. O manta din otel inoxidabil 316 de 1,2 mm este comuna in aceste aplicatii datorita echilibrului dintre cost si rezistenta generala la coroziune. Cu toate acestea, atunci când concentrația de clorură și temperatura suprafeței învelișului depășesc pragurile specifice, pătrunderea piturilor poate avea loc în decurs de șase luni, necesitând înlocuire frecventă și costisitoare. Acest articol identifică combinația precisă a concentrației de clorură și a temperaturii suprafeței învelișului care limitează o înveliș 316 de 1,2 mm la o durată de viață de șase-luni în serviciul de încălzire a apei uzate.
Cinetica de penetrare a găurii în 316 expus la clorură-apelor uzate purtătoare
Comportamentul 316 la stropire în apele uzate urmează aceleași principii electrochimice ca și în soluțiile de clorură mai curate, dar este accelerat de prezența activității biologice, a solidelor în suspensie și a pH-ului variabil. Apele uzate au de obicei concentrații de clorură cuprinse între 100 ppm și 2.000 ppm, cu vârfuri de peste 5.000 ppm în timpul evenimentelor de deversare industrială. Temperatura critică de pitting pentru 316 în 500 ppm clorură este de aproximativ 60°C. În 1.000 ppm clorură scade la 50°C. În 2.000 ppm clorură scade la 40°C. Pentru un încălzitor cu imersie, temperatura suprafeței mantalei este de obicei cu 15–30°C peste temperatura apei uzate în vrac datorită densității aplicate în wați (de obicei 5–10 W/cm² pentru serviciul de apă uzată). Un bazin de tratare menținut la 35°C cu un încălzitor la 8 W/cm² produce o temperatură a suprafeței mantalei de 50–60°C. Dacă concentrația de clorură în acel moment este de 1.000 ppm, temperatura critică de pitting de 50°C este depășită și inițiază pitting în câteva zile. Odată inițiate, gropile se propagă cu o viteză de 0,5-2,0 mm pe lună în apele uzate calde, penetrând un perete de 1,2 mm în 3-12 săptămâni. Prin urmare, pragul de înlocuire de șase-luni este atins atunci când inițierea pitting are loc în prima lună și propagarea se finalizează în următoarele cinci luni.
Combinații critice de temperatură-cloruri pentru o viață de șase-luni
Pe baza testării de imersie a 316 de probe în apă uzată simulată cu activitate biologică tipică (pH 6,5–7,5, solide moderate în suspensie), următoarele combinații de concentrație de clorură în vrac și temperatura suprafeței învelișului produc o durată de viață maximă de șase-luni pentru un perete de 1,2 mm. Valorile presupun funcționare continuă cu o densitate tipică în wați de 6–8 W/cm².
| Concentrația de clorură în vrac (ppm) | Temperatura critică a suprafeței învelișului pentru inițierea gropii în 30 de zile | Rata de propagare a gropii (mm/lună) la această temperatură | Timp până la 1,2 mm de penetrare după inițiere | Durată de viață totală (Inițiere + Propagare) |
|---|---|---|---|---|
| 300 – 500 ppm | Peste 70°C | 0,4 – 0,7 mm/lună | 2 – 3 luni | 3 – 4 luni |
| 500 – 800 ppm | Peste 60°C | 0,6 – 1,0 mm/lună | 1,5 – 2 luni | 2 – 3 luni |
| 800 – 1.200 ppm | Peste 55°C | 0,8 – 1,2 mm/luna | 1 – 1,5 luni | 1,5 – 2,5 luni |
| 1.200 – 1.500 ppm | Peste 50°C | 1,0 – 1,5 mm/lună | 0,8 – 1,2 luni | 1 – 2 luni |
| 1.500 – 2.000 ppm | Peste 45°C | 1,2 – 1,8 mm/lună | 0,7 – 1 lună | 1 – 1,5 luni |
| 2.000 – 3.000 ppm | Peste 40°C | 1,5 – 2,0 mm/lună | 0,6 – 0,8 luni | 1 – 1,5 luni |
| Peste 3.000 ppm | Peste 35°C | Peste 2,0 mm/lună | Mai puțin de 0,6 luni | Mai puțin de 1 lună |
Pentru o durată de viață de șase-luni, combinația dintre concentrația de clorură și temperatura suprafeței învelișului trebuie să permită cel puțin trei luni de timp de inițiere a gropii plus trei luni de timp de propagare. Acest lucru are loc numai atunci când temperatura suprafeței învelișului este cu cel puțin 5-10°C sub temperatura critică de pitting pentru concentrația dată de clorură. Pentru 500 ppm de clorură, temperatura suprafeței tecii trebuie să rămână sub 55°C. Pentru 1.000 ppm clorură, aceasta trebuie să rămână sub 45°C. Pentru 2.000 ppm clorură, aceasta trebuie să rămână sub 35°C.
Pachet de funcționare sigur pentru o durată de viață de șase-luni
Următorul tabel oferă temperatura maximă sigură a apei uzate în vrac pentru o manta de 1,2 mm 316 care funcționează la diferite densități de wați pentru a obține o durată de viață de șase-luni la diferite intervale de concentrație de clorură. Valorile asigură că temperatura suprafeței învelișului rămâne cu cel puțin 5°C sub temperatura critică de pitting pentru nivelul de clorură specificat.
| Interval de concentrație a clorurii (ppm) | Temperatura critică de pitting minus 5°C Marja de siguranță | Temperatura maximă sigură în vrac la 5 W/cm² (creștere de 15°C) | Temperatura maximă sigură în vrac la 8 W/cm² (creștere de 25°C) | Temperatura maximă sigură în vrac la 10 W/cm² (creștere de 30°C) |
|---|---|---|---|---|
| Sub 300 ppm | 75°C | 60°C | 50°C | 45°C |
| 300 – 500 ppm | 65°C | 50°C | 40°C | 35°C |
| 500 – 800 ppm | 55°C | 40°C | 30°C | 25°C |
| 800 – 1.200 ppm | 45°C | 30°C | 20°C | 15°C |
| 1.200 – 1.500 ppm | 40°C | 25°C | 15°C | 10°C |
| 1.500 – 2.000 ppm | 35°C | 20°C | 10°C | Nu este fezabil |
| Peste 2.000 ppm | Sub 30°C | Nu este fezabil | Nu este fezabil | Nu este fezabil |
Pentru un bazin de tratare a apelor reziduale care funcționează la o temperatură în vrac de 35°C cu niveluri tipice de clorură de 500–800 ppm, o manta 316 de 1,2 mm la 8 W/cm² produce o temperatură a suprafeței mantalei de aproximativ 60°C. Aceasta depășește limita de siguranță de 55°C și este puțin probabilă durata de viață de șase-luni. Pentru a obține o durată de viață de șase-luni, operatorul trebuie fie să reducă densitatea de wați la 5 W/cm² (limita de siguranță de 55 °C permite 40 °C în vrac, dar volumul este acceptabil de 35 °C-), să reducă temperatura în vrac sau să accepte înlocuiri mai frecvente.
Modificări de proiectare pentru a prelungi durata de viață peste șase luni
Când condițiile procesului se apropie de pragul de șase-luni, trei modificări de proiectare pot prelungi durata de viață fără a modifica materialul învelișului sau grosimea peretelui. Prima este să instalați un temporizator sau un regulator de temperatură care oprește încălzitorul în perioadele în care bazinul este suficient de cald. Funcționarea intermitentă reduce timpul la temperatură, prelungind viața calendaristică chiar dacă numărul total de ore la temperatură rămâne similar. A doua modificare este de a amplasa încălzitorul într-o zonă cu debit mai mare. Turbulența crescută crește coeficientul de transfer de căldură, reducând creșterea temperaturii suprafeței tecii de la 25°C la 10–15°C la aceeași densitate în wați. Un încălzitor care ar avea o temperatură la suprafață de 60°C în condiții de stagnare poate funcționa la 50°C în apă uzată bine-circulată, deplasându-se sub pragul critic. A treia modificare este instalarea unei sonde de monitorizare a coroziunii și înlocuirea încălzitoarelor în mod proactiv atunci când sonda indică inițierea pitting. Acest lucru evită defecțiunile neașteptate, dar nu prelungește durata de viață totală. Pentru instalațiile de tratare a apelor uzate cu concentrații de clorură constant peste 1.000 ppm sau temperaturi în vrac de peste 40°C, inginerii ar trebui să specifice un aliaj mai rezistent la stropire, cum ar fi oțel inoxidabil 317 (3,5% molibden) sau aliaj 825. Costul incremental este de obicei peste șase luni, dar durata de viață se extinde de la șase luni până la 316% 3–5 ani. Atunci când specificați încălzitoare pentru serviciul de apă uzată, obțineți întotdeauna date despre concentrația de clorură de la mai multe evenimente de prelevare de-a lungul anului, deoarece variațiile sezoniere pot fi dramatice. Un încălzitor specificat pentru condițiile de vară se poate defecta rapid în timpul iernii, când scurgerea de sare din drum crește nivelul de clorură. Pragul de înlocuire de șase-luni nu este un număr fix, ci o funcție previzibilă a concentrației de clorură și a temperaturii suprafeței învelișului. Măsurând ambii parametri, inginerii pot prognoza cu exactitate durata de viață a încălzitorului și pot planifica programele de întreținere, evitând atât defecțiunile neașteptate, cât și înlocuirea prematură a încălzitoarelor încă-funcționale.
