A quale specifica combinazione di concentrazione di idrossido di sodio e temperatura superficiale della guaina una guaina in acciaio inossidabile 316 da 1,6 millimetri richiede la sostituzione ogni 12 mesi durante il servizio di pulizia del serbatoio del riscaldatore dell'ugello?

Gli ingegneri della manutenzione responsabili dei sistemi di pulizia dei serbatoi negli impianti di trasformazione alimentare, produzione di bevande e chimici utilizzano comunemente riscaldatori elettrici a immersione posizionati nei serbatoi delle soluzioni detergenti per mantenere la temperatura dei detergenti. Il principale agente detergente è l'idrossido di sodio, solitamente impiegato a concentrazioni del 2-5% e temperature di 70-85 gradi. Questi riscaldatori utilizzano solitamente una guaina in acciaio inossidabile 316 da 1,6 mm che fornisce un buon compromesso tra resistenza alla corrosione e durata meccanica contro l'impatto dello spruzzo dell'ugello. Tuttavia, una maggiore corrosione, dovuta a determinate combinazioni di concentrazione caustica ed elevata temperatura superficiale della guaina (densità di watt), può ridurre la durata di servizio a 12 mesi o meno. In questo articolo vengono definiti esattamente i punti in cui annualmente va sostituita una guaina 316 da 1,6 mm per il servizio di riscaldamento ugelli pulizia cisterna.

Comportamento alla corrosione caustica del 316 a temperature superficiali elevate
A temperature fino a 80 gradi, l'acciaio inossidabile di tipo 316 è passivo in soluzioni di idrossido di sodio con concentrazioni inferiori al 5% e ha tassi di corrosione inferiori a 0,1 mm/anno. Tuttavia, con l’aumento del flusso di calore, la temperatura superficiale della guaina aumenta e il film passivo è meno stabile. Il tasso di corrosione in NaOH al 3% ad una temperatura superficiale di 85 gradi è inferiore a 0,1 mm all'anno. Sale fino a 0,2-0,4 mm ogni anno a 95 gradi. è 0,5–1,0 mm all'anno a 105 gradi. Le tariffe sono superiori a 2 mm/anno a 115 gradi. Con una guaina da 1,6 mm la penetrazione della corrosione fino a 1,0 mm (spessore strutturale minimo per la maggior parte delle applicazioni) richiede 1-2 anni a 1 mm all'anno. La soglia di sostituzione di 12 mesi viene raggiunta quando la combinazione di concentrazione caustica e temperatura superficiale della guaina dà un tasso di corrosione di circa 0,6-0,8 mm all'anno consumando la parete da 1,6 mm a 1,0 mm in 12 mesi.

Soglie di vita critica di progettazione (12 mesi)
Sulla base dei test di immersione di 316 campioni in soluzioni di idrossido di sodio a temperature rilevanti per il servizio di pulizia del serbatoio, le seguenti combinazioni di concentrazione caustica e temperatura superficiale della guaina forniscono una durata di servizio massima di 12 mesi per una parete di 1,6 mm.

Concentrazione di idrossido di sodio (%) Temperatura della soluzione sfusa Temperatura superficiale della guaina a 8 W/cm² (aumento di 20 gradi) Tasso di corrosione previsto alla temperatura superficiale Tempo di riduzione da 1,6 mm a 1,0 mm Durata di servizio alla sostituzione 2% 70 gradi 90 gradi 0,15 – 0,25 mm/anno 2,4 – 4,0 anni 3 – 5 anni 2% 80 gradi 100 gradi 0,30 – 0,50 mm/anno 1,2 – 2,0 anni 1,5 – 2,5 anni 2% 85 gradi 105 gradi 0,50 – 0,80 mm/anno 0,75 – 1,2 anni 1 – 1,5 anni 3% 70 gradi 90 gradi 0,20 – 0,35 mm/anno 1,7 – 3,0 anni 2 – 3,5 anni 3% 75 gradi 95 gradi 0,35 – 0,60 mm/anno 1,0 – 1,7 anni 1,2 – 2 anni 3% 80 gradi 100 gradi 0,60 – 1,00 mm/anno 0,6 – 1,0 anni 0,8 – 1,2 anni 4% 65 gradi 85 gradi 0,25 – 0,40 mm/anno 1,5 – 2,4 anni 1,8 – 3 anni 4% 70 gradi 90 gradi 0,40 – 0,70 mm/anno 0,9 – 1,5 anni 1 – 1,8 anni 4% 75 gradi 95 gradi 0,70 – 1,20 mm/anno 0,5 – 0,9 anni 0,6 – 1 anno 5% 60 gradi 80 gradi 0,30 – 0,50 mm/anno 1,2 – 2,0 anni 1,5 – 2,5 anni 5% 65 gradi 85 gradi 0,50 – 0,85 mm/anno 0,7 – 1,2 anni 0,8 – 1,5 anni 5% 70 gradi 90 gradi 0,85 – 1,50 mm/anno 0,4 – 0,7 anni 0,5 – 0,8 anni
La temperatura superficiale della guaina in un sistema di pulizia del serbatoio con NaOH al 3% a una temperatura complessiva di 80 gradi con una guaina da 1,6 mm a 8 W/cm2 è di circa 100 gradi. Il tasso di corrosione previsto è compreso tra 0,6 e 1,0 mm all'anno, con una diminuzione della parete a 1,0 mm in un periodo compreso tra 0,6 e 1,0 anni. Sostituzione corretta in dodici mesi. La temperatura di massa a 75 gradi riduce la temperatura superficiale a 95 gradi, riduce la velocità di corrosione a 0,35-0,60 mm/anno e aumenta la durata a 1,2-2 anni.

Busta operativa sicura per un programma di sostituzione di 12 mesi
La tabella seguente mostra la temperatura massima sicura di idrossido di sodio per una guaina 316 da 1,6 mm a diverse densità di watt che garantirà una durata operativa di almeno 12 mesi prima che lo spessore della parete si riduca al di sotto di 1,0 mm richiedendo la sostituzione.

Densità di Watt (aumento di temperatura) max. Temp. di massa per NaOH al 2%Max. Temp. di massa per NaOH al 3%Max. Temp. di massa per NaOH al 4%Max. Temp. di massa per NaOH al 5%.
4 W/cm2 (aumento di 10 gradi) 88 gradi 82 gradi 78 gradi 72 gradi 6 W/cm2 (aumento di 15 gradi) 83 gradi 77 gradi 73 gradi 67 gradi 8 W/cm2 (aumento di 20 gradi) 78 gradi 72 gradi 68 gradi 62 gradi 10 W/cm2 (aumento di 25 gradi) 73 gradi 67 gradi 63 gradi 57 gradi 12 W/cm2 (aumento di 30 gradi) 68 gradi 62 gradi 58 gradi 52 gradi
Per un tipico sistema di pulizia del serbatoio con NaOH al 3% a una temperatura di massa di 75 gradi con 8 W/cm² (aumento di 20 gradi, superficie di 95 gradi) il limite di massa di sicurezza è di 72 gradi. A 75 gradi il riscaldatore è al di sopra del limite di sicurezza e non consente una durata di servizio di 12 mesi. La riduzione della densità di watt a 6 W/cm2 (aumento di 15 gradi, superficie di 90 gradi) offre un limite di volume sicuro di 77 gradi, pertanto 75 gradi sono sufficienti per una sostituzione di 12 mesi.

Modifiche progettuali per estendere la durata oltre i 12 mesi
Tre regolazioni possono prolungare la durata di una guaina 316 da 1,6 mm a 12 mesi in condizioni di pulizia del serbatoio. Uno consiste nell'utilizzare un riscaldatore più lungo per abbassare la densità di watt da . 8 W/cm 2 a 4 W/cm 2 , l'aumento della temperatura superficiale viene ridotto da 20 gradi a 10 gradi , passando dal regime di 1 anno al regime di 2-3 anni. La seconda modifica prevede l'esecuzione su base intermittente. Se un riscaldatore funziona 4 ore al giorno anziché 24 ore al giorno, durerà 6 volte di più in termini di calendario. La terza modifica è l'introduzione di un inibitore della corrosione. Silicati o fosfati a 100-200 ppm possono ridurre i tassi di corrosione del 30-50%. Laddove è necessario il 4% di NaOH a 80 gradi per il funzionamento continuo, gli ingegneri dovrebbero prendere in considerazione l'aggiornamento alla lega 600 o alla lega 825 che possono mantenere tassi di corrosione inferiori a 0,1 mm all'anno a queste condizioni. Quando si specificano i riscaldatori per il servizio di pulizia del serbatoio, menzionare sempre la concentrazione massima di sostanze caustiche, la temperatura della massa, il ciclo di lavoro e l'intervallo di sostituzione desiderato. Se un produttore suggerisce 316 per NaOH al 4% a 85 gradi ma non menziona il declassamento della densità di watt, non fornisce consigli competenti. La soglia di sostituzione di 12 mesi può essere prevista in funzione della concentrazione di sostanze caustiche, della temperatura complessiva e della densità di watt, consentendo così una previsione affidabile della durata del riscaldatore e della pianificazione della manutenzione.