Σε ποιο συγκεκριμένο συνδυασμό καυστικής συγκέντρωσης και θερμοκρασίας επιφάνειας περιβλήματος αντιμετωπίζει ένα περίβλημα από ανοξείδωτο χάλυβα 1,2 χιλιοστών 316 ρωγμές από διάβρωση καυστικής καταπόνησης σε σέρβις θερμαντήρα χωνευτών βιομηχανίας χαρτοπολτού και χαρτιού;

Η χρήση μηχανικών διεργασίας υπεύθυνων για ηλεκτρικούς θερμαντήρες εμβάπτισης σε χωνευτές χαρτοπολτού και χαρτιού, ο συνδυασμός υδροξειδίου του νατρίου και θειούχου νατρίου σε υψηλές θερμοκρασίες δημιουργεί ένα περιβάλλον στο οποίο η διάβρωση από καυστική τάση είναι η κύρια αιτία αποτυχίας. Η καυστική ρωγμή δημιουργεί εύθραυστη διακοκκώδη ρωγμή η οποία μπορεί να διαπεράσει ένα περίβλημα 316 1,2 mm σε λίγες εβδομάδες με ελάχιστη προφανή προειδοποίηση, σε αντίθεση με τη διάβρωση ή τη συνηθισμένη διάβρωση. Η διαδικασία πολτοποίησης κραφτ χρησιμοποιεί λευκό υγρό με 15–20% NaOH και 5–10% Na2S σε θερμοκρασίες 150–170 βαθμών. Αυτοί οι θερμαντήρες έχουν γενικά πάχος τοιχώματος 1,2 mm λόγω του περιορισμένου χώρου στα δοχεία χωνευτή. Το άρθρο προσδιορίζει τον συγκεκριμένο συνδυασμό καυστικής συγκέντρωσης και θερμοκρασίας επιφάνειας περιβλήματος στον οποίο ένα περίβλημα 316 1,2 mm θα αναπτύξει ρωγμές λόγω διάβρωσης από καυστική τάση σε 1000 ώρες συνεχούς λειτουργίας.

Μηχανισμός Ρηγμάτωσης από Καυστική Καταπόνηση στο 316
Η πυρόλυση λόγω διάβρωσης από καυστική τάση του ανοξείδωτου χάλυβα 316 απαιτεί τρεις προϋποθέσεις: συγκέντρωση καυστικής ενέργειας πάνω από μια τιμή κατωφλίου, θερμοκρασία πάνω από το όριο ρωγμής και τάση εφελκυσμού. Η μέθοδος αιώρησης που χρησιμοποιείται για τη συμπίεση της μόνωσης MgO δημιουργεί μεγάλες υπολειμματικές καταπονήσεις εφελκυσμού στην εσωτερική επιφάνεια του περιβλήματος-συνήθως 150-250 MPa για τοίχο 1,2 mm. Αυτές οι παραμένουσες τάσεις είναι η πηγή της τάσης εφελκυσμού που απαιτείται για τη ρηγμάτωση. Η καυστική συγκέντρωση για πυρόλυση στο 316 στους 150°C είναι περίπου 5% NaOH. Η θερμοκρασία κατωφλίου μειώνεται στους 130°C σε 10% NaOH. Η ρωγμή σε 15% NaOH είναι πάνω από 110 βαθμούς. Σπάσιμο σε 20% NaOH πάνω από 100°C. Οι συνθήκες στο λευκό υγρό (15–20% NaOH, 150–170 μοίρες) είναι πολύ πάνω από το όριο πυρόλυσης. Οι ρωγμές σε ένα περίβλημα 316 1,2 mm συνήθως ξεκινούν στην εσωτερική επιφάνεια όπου οι υπολειπόμενες τάσεις είναι υψηλότερες μετά από 100–500 ώρες έκθεσης. Μόλις δημιουργηθούν, οι ρωγμές διαδίδονται με ρυθμούς 0,1–1,0 mm την εβδομάδα, διεισδύοντας στον τοίχο των 1,2 mm μέσα σε 1–3 μήνες.

Θήλυ 1.2 Κρίσιμα όρια ρωγμών για 1.2
Με βάση εργαστηριακές δοκιμές δειγμάτων περιβλήματος 316 σε προσομοιωτή λευκού υγρού και ανάλυση αστοχίας πεδίου από χωνευτές μύλου χαρτοπολτού, οι ακόλουθοι συνδυασμοί καυστικής συγκέντρωσης και θερμοκρασίας επιφάνειας περιβλήματος έχουν ως αποτέλεσμα ρωγμές λόγω διάβρωσης από καυστική τάση εντός 1.000 ωρών.

Συγκέντρωση υδροξειδίου του νατρίου (Βάρος %) Συγκέντρωση θειούχου νατρίου (Βάρος %) Κρίσιμη θερμοκρασία για την έναρξη της ρωγμής Χρόνος έναρξης ρωγμής στους 150°C Χρόνος επιφανείας θήκης έως το τέλος-Ρωγμή τοίχου (1,2 mm) στους 150°C 5 – 8% 14 – 00°C 1.200 – 2.000 ώρες 8 – 10% 4 – 6% 130°C 500 – 800 ώρες 800 – 1.500 ώρες 10 – 12% 5 – 7% 120°C 300 – 500 ώρες 500 – 1.000 ώρες
12 – 15% 6 – 8% 115 μοίρες 200 – 400 ώρες 400 – 800 ώρες 15 – 18% 7 – 9% 110 μοίρες 150 – 300 ώρες 300 – 600 ώρες
18 – 20% 8 – 10% 100 βαθμοί 100 – 200 ώρες 200 – 400 ώρες
Πάνω από 20% Πάνω από 10% Λιγότερο από 100 μοίρες 50 – 150 ώρες 100 – 300 ώρες
Για έναν χωνευτή kraft που λειτουργεί με 16% NaOH σε θερμοκρασία όγκου 155 μοιρών, η θερμοκρασία της επιφάνειας του περιβλήματος είναι περίπου 155-160 μοίρες (υποθέτοντας μια μικρή αύξηση της θερμοκρασίας λόγω της χαμηλής πυκνότητας watt στους μεγάλους χωνευτές). Αυτό είναι πάνω από το όριο ρωγμής 110°C και θα δημιουργήσει ρωγμές σε 150–300 ώρες. Μια θήκη 1,2 mm πιθανότατα θα τρυπούσε μετά από 1-2 μήνες συνεχούς λειτουργίας. Η πείρα στο πεδίο δείχνει ότι οι θήκες υπηρεσίας λευκών αλκοολούχων ποτών συνήθως σπάνε σε 3-6 μήνες με το ράγισμα να είναι ο κυρίαρχος τρόπος αστοχίας.

Φάκελος Ασφαλούς λειτουργίας για Θήκη 1,2 mm στο Caustic Service
Ο παρακάτω πίνακας παραθέτει τη μέγιστη ασφαλή συγκέντρωση καυστικού για ένα περίβλημα 1,2 mm 316 σε διαφορετικές θερμοκρασίες επιφάνειας θηκών για να αποφευχθεί η διάβρωση λόγω καυστικής καταπόνησης σε διάρκεια ζωής 1.000 ωρών. Οι τιμές προϋποθέτουν υπολειπόμενες εφελκυστικές τάσεις μετά την αιώρηση, οι οποίες δεν μπορούν να μειωθούν χωρίς ανόπτηση μετά την-αναδιάταξη.

Θερμοκρασία επιφάνειας θήκης Μέγιστη ασφαλής συγκέντρωση NaOH για αποφυγή ρωγμών (χωρίς σουλφίδιο) Μέγιστη ασφαλής συγκέντρωση NaOH με 5% Na2S Αναμενόμενος χρόνος για ρωγμές στη μέγιστη ασφαλή συγκέντρωση Προτεινόμενη δράση 80°C 20% 15% 2.000 – 3,00°C 5% συνεχές σέρβις 1.500 – 2.500 ώρες Περιορισμένη διάρκεια ζωής 100°C 12% 10% 1.000 – 2.000 ώρες 316 δεν συνιστάται 110°C 10% 8% 800 – 1.500 ώρες Χρησιμοποιήστε ανόπτηση ή αναβάθμιση κράματος 120% 120% 000 8% κράμα απαιτείται 130°C 6% 4% 300 – 800 ώρες Υποχρεωτική αναβάθμιση κράματος 140°C 4% 2% 200 – 500 ώρες 316 ακατάλληλο
Πάνω από 150°C Μη ασφαλές Μη ασφαλές Κάτω από 200 ώρες Χρησιμοποιήστε κράμα νικελίου
Ο ασφαλής φάκελος λειτουργίας για θήκη 1,2 mm 316 δεν υπάρχει για σέρβις χωνευτή χαρτοπολτού και χαρτιού με 16% NaOH στους 155°C. Το ράγισμα θα έρθει σίγουρα σε εβδομάδες ή μήνες. Οι μηχανικοί θα πρέπει να επιλέξουν ένα πιο ανθεκτικό κράμα.

Αλλαγές σχεδιασμού για την αποφυγή καυστικών ρωγμών
Όταν το περίβλημα 316 πρόκειται να χρησιμοποιηθεί σε καυστική λειτουργία, τρεις προσαρμογές σχεδιασμού μπορούν να παρατείνουν τη διάρκεια ζωής, αλλά καμία δεν καθιστά το 316 αξιόπιστο για συνθήκες χωνευτή kraft. Το αρχικό βήμα είναι η ανόπτηση του στύλου-στυλώματος στις 1050 μοίρες για την εξάλειψη των υπολειπόμενων τάσεων εφελκυσμού. Η ανόπτηση μειώνει την υπολειμματική τάση της εσωτερικής επιφάνειας από 150–250 MPa σε κάτω από 20 MPa, αφαιρώντας το στοιχείο εφελκυσμού που απαιτείται για τη ρωγμή. Η ανόπτηση ενός περιβλήματος 316 1,2 mm σε 16% NaOH στους 150°C μπορεί να παρατείνει τη ζωή του σε 3-6 μήνες, αντί για 1-2 μήνες. Η δεύτερη αλλαγή είναι η βολή ή με άλλο τρόπο συμπιεστική επεξεργασία της εξωτερικής επιφάνειας. Το συμπιεστικό στρώμα αντιστέκεται στη διάδοση ρωγμών αλλά δεν μειώνει τις τάσεις εφελκυσμού στην εσωτερική επιφάνεια. Η τελική αλλαγή είναι να λειτουργεί στη χαμηλότερη δυνατή θερμοκρασία επιφάνειας του περιβλήματος μειώνοντας την πυκνότητα watt και ενισχύοντας την κυκλοφορία. Μια μείωση 10 μοιρών στη θερμοκρασία της επιφάνειας διπλασιάζει το χρόνο για την έναρξη της ρωγμής. Αυτές οι αλλαγές δεν είναι αρκετές για τις περισσότερες εφαρμογές χαρτοπολτού και χαρτιού. Το κράμα 625 ή το κράμα C-276 είναι το τυπικό υλικό για τις λευκές θήκες θερμαντικών υγρών. Αυτά τα κράματα με βάση το νικέλιο αντιστέκονται στη διάβρωση της καυστικής καταπόνησης σε όλες τις συγκεντρώσεις και θερμοκρασίες που παρατηρούνται στους χωνευτές. Μια θήκη 1,6 mm Alloy 625 θα αντέξει κανονικά 5-10 χρόνια σε υπηρεσία white spirits έναντι 2-6 μηνών για το 316. Το υψηλότερο αρχικό κόστος αντισταθμίζεται από την εξοικονόμηση χρόνου διακοπής λειτουργίας και την εργασία αντικατάστασης. Οι μηχανικοί που επιλέγουν θερμαντήρες για τη λειτουργία του χωνευτήρα δεν θα πρέπει να δέχονται το 316 για οποιαδήποτε εφαρμογή όπου η συγκέντρωση καυστικής ενέργειας είναι μεγαλύτερη από 10% σε θερμοκρασίες άνω των 100°C. Το κόστος μιας αποτυχίας ταχείας πυρόλυσης σε ένα χωνευτήρα υπό πίεση, συμπεριλαμβανομένης της απώλειας προϊόντος, της ψύξης του δοχείου και της αντικατάστασης, είναι σημαντικά μεγαλύτερο από το πρόσθετο κόστος ενός κράματος υψηλής περιεκτικότητας σε νικέλιο. Εάν ένας κατασκευαστής συνιστά το 316 για σέρβις λευκών οινοπνευματωδών ποτών και δεν μιλά για ρωγμές λόγω διάβρωσης από καυστική καταπόνηση, δεν παρέχει τις κατάλληλες συμβουλές μηχανικής. Οι ρωγμές σε ένα περίβλημα 1,2 mm αναπτύσσονται γρήγορα και χωρίς εμφανή στοιχεία μέχρι να διαρρεύσει η θήκη. Η μόνη σίγουρη λύση είναι η πρόληψη με σωστή επιλογή κράματος.