Σε ποιον συγκεκριμένο συνδυασμό καυστικής συγκέντρωσης και θερμοκρασίας επιφάνειας περιβλήματος μεταβαίνει μια θήκη από ανοξείδωτο χάλυβα 1,6 χιλιοστών 316 από παθητική σε ενεργή διάβρωση στην υπηρεσία υδροξειδίου του νατρίου για συστήματα CIP;

Οι μηχανικοί διεργασιών που κατασκευάζουν ηλεκτρικούς θερμαντήρες εμβάπτισης για καθαρά συστήματα-επί τόπου-για την επεξεργασία τροφίμων, τη φαρμακευτική παραγωγή και την παραγωγή ποτών χρησιμοποιούν υδροξείδιο του νατρίου ως την κύρια χημική ουσία καθαρισμού. Τα τυπικά διαλύματα CIP αποτελούνται από 1-3% NaOH στους 70-85 βαθμούς. Σε αυτήν την κατάσταση, σχηματίζεται η παθητική μεμβράνη και γενικά, η αντίσταση στη διάβρωση του ανοξείδωτου χάλυβα 316 είναι καλή. Ωστόσο, σε υψηλότερες συγκεντρώσεις ή υψηλότερες επιφανειακές θερμοκρασίες από την πυκνότητα watt του θερμαντήρα, το παθητικό φιλμ μπορεί να σπάσει και να προκληθεί ενεργή διάβρωση με ρυθμούς που ξεπερνούν το 1 χιλιοστό ετησίως. Το τυπικό πάχος τοιχώματος των θερμαντήρων CIP είναι 1,6 mm, δίνοντας έναν εύλογο συμβιβασμό μεταξύ του επιτρεπόμενου ορίου διάβρωσης και της θερμικής απόκρισης. Το χαρτί καθορίζει την καυστική συγκέντρωση και τη θερμοκρασία της επιφάνειας του περιβλήματος όπου ένα περίβλημα 1,6 mm 316 αλλάζει από παθητική σε ενεργητική διάβρωση στην υπηρεσία υδροξειδίου του νατρίου.

316 Μετάβαση στο υδροξείδιο του νατρίου από παθητικό σε ενεργό
Το υδροξείδιο του νατρίου είναι μοναδικό μεταξύ των αλκαλικών διαλυμάτων στο ότι η συμπεριφορά διάβρωσης του ανοξείδωτου χάλυβα 316 παρουσιάζει μια καθαρή παθητική-ενεργή μετάβαση που εξαρτάται τόσο από τη συγκέντρωση όσο και από τη θερμοκρασία. Σε αραιά διαλύματα κάτω από 5% NaOH και σε θερμοκρασίες κάτω από 80oC, το 316 παραμένει παθητικό με ρυθμούς διάβρωσης μικρότερους από 0,05 mm ετησίως. Καθώς η συγκέντρωση αυξάνεται ή η θερμοκρασία αυξάνεται, το παθητικό φιλμ γίνεται ασταθές. Σε 10% NaOH η θερμοκρασία μετάβασης είναι περίπου 90 βαθμοί. Μειώνεται στους 75C 20% NaOH. Στο 30% NaOH η τιμή πέφτει στους 60 βαθμούς. Σε 50% NaOH, πάνω από 40 βαθμούς η παθητική περιοχή εξαφανίζεται εντελώς. Η θερμοκρασία της επιφάνειας του περιβλήματος είναι συνήθως 15–30 μοίρες υψηλότερη από τη θερμοκρασία του διαλύματος όγκου για έναν θερμαντήρα εμβάπτισης λόγω της εφαρμοσμένης πυκνότητας watt. Ένα σύστημα CIP με 3% NaOH και θερμοκρασία όγκου 80 μοιρών με θερμαντήρα 8 W/cm² παρέχει θερμοκρασία επιφάνειας θήκης 95-105 βαθμούς. Η παθητική επίστρωση στο 316 μπορεί να σπάσει σε αυτή τη θερμοκρασία επιφάνειας και η ενεργή διάβρωση εμφανίζεται με ρυθμούς 0,5–2 mm ετησίως. Η ενεργή διάβρωση θα τρυπήσει ένα περίβλημα 1,6 mm σε 1–3 χρόνια, ωστόσο η παθητική λειτουργία θα δώσει 10+ χρόνια υπηρεσίας.

Κρίσιμα κατώφλια μετάβασης για θήκη 1,6 mm
Η ηλεκτροχημική δοκιμή 316 δειγμάτων σε διαλύματα υδροξειδίου του νατρίου σε θερμοκρασίες που σχετίζονται με την υπηρεσία CIP έδειξε ότι οι ακόλουθοι συνδυασμοί συγκέντρωσης καυστικού όγκου και θερμοκρασίας επιφάνειας περιβλήματος θα προκαλέσουν την παθητική-σε-ενεργητική μετάβαση για τοίχο 1,6 mm. Οι τιμές αφορούν στάνταρ στιλβωτική επιφάνεια και τυπική πυκνότητα watt 6–8 W/cm².

Συγκέντρωση υδροξειδίου του νατρίου (Βάρος %) Θερμοκρασία παθητικής έως ενεργητικής μετάβασης Ελάχιστη θερμοκρασία επιφάνειας περιβλήματος για ενεργή ασφαλή διάβρωση Θερμοκρασία όγκου για ενεργή διάβρωση για θηκάρι 1,6 mm στα 8 W/cm2 (άνοδος 25 μοιρών) Αναμενόμενος ρυθμός διάβρωσης σε ενεργό καθεστώς
1 – 2% >100 μοίρες 100 μοίρες 75 μοίρες 0,3 – 0,7 mm/έτος
2 – 3% 95 – 100 μοίρες 95 – 100 μοίρες Έως 70 – 75 μοίρες 0,5 – 1,0 mm/έτος
3 – 5% 85 – 95 μοίρες 85 – 95 μοίρες Έως 60 – 70 μοίρες 0,8 – 1,5 mm/έτος
5 – 7% 75 – 85 μοίρες 75 – 85 μοίρες Έως 50 – 60 μοίρες 1,0 – 2,0 mm/έτος
7 – 10% 65 – 75 μοίρες 65 – 75 μοίρες Έως 40 – 50 μοίρες 1,5 – 3,0 mm/έτος
10 – 15% 55 – 65 μοίρες 55 – 65 μοίρες Έως 30 – 40 μοίρες 2,0 – 4,0 mm/έτος
> 15% < 55 degrees CBelow 55°C Not safe at any useful temperature>3,0 mm/έτος
Για ένα σύστημα CIP με θερμοκρασία όγκου 80 μοιρών και 2% NaOH που χρησιμοποιεί θήκη 1,6 mm στα 8 W/cm2, η θερμοκρασία επιφάνειας του περιβλήματος είναι περίπου 105 μοίρες, υψηλότερη από το όριο μετάβασης των 100 μοιρών. Θα συμβεί ενεργή διάβρωση και η θήκη μπορεί να τρυπήσει σε 1-2 χρόνια. Μειώνοντας την πυκνότητα watt στα 4 W/cm², μειώνεται η αύξηση της θερμοκρασίας της επιφάνειας στους 12–15 βαθμούς, ενώ η θερμοκρασία του περιβλήματος παραμένει στους 92–95 βαθμούς, που είναι κάτω από το όριο των 100 μοιρών. Αυτή η αλλαγή επιτρέπει 5-10 χρόνια ζωής.

Φάκελος λειτουργίας ασφαλούς θήκης 1,6 χιλιοστών στην υπηρεσία Caustic CIP
Ο ακόλουθος πίνακας δίνει τη μέγιστη επιτρεπόμενη συγκέντρωση υδροξειδίου του νατρίου για ένα περίβλημα 1,6 mm 316 σε διάφορες θερμοκρασίες όγκου και πυκνότητες watt. Για ορισμένες τιμές συγκέντρωσης, η θερμοκρασία της επιφάνειας του περιβλήματος διατηρείται τουλάχιστον 5 μοίρες κάτω από τη θερμοκρασία παθητικής-προς-ενεργητικής μετάβασης.

Θερμοκρασία μαζικού διαλύματος Πυκνότητα Watt 4 W/cm2 (αύξηση 12 μοιρών) Πυκνότητα Watt 6 W/cm2 (άνοδος 18 μοιρών) Πυκνότητα Watt 8 W/cm2 (άνοδος 25 βαθμοί) Πυκνότητα Watt 10 W/cm2 (άνοδος 32 μοιρών) 60 μοίρες Ασφαλές έως 10% NaOH Ασφαλές έως 7% NaOH Ασφαλές έως 7% NaOH Ασφαλές έως 7% NaOH βαθμός Ασφαλές έως 8% NaOH Ποσοστό ασφαλές έως 5 NaOH Ασφαλές έως 3% NaOH Ασφαλές έως 2% NaOH 70 βαθμούς Ασφαλές έως 6% NaOH Ασφαλές έως 4% NaOH Ασφαλές έως 2% NaOH Δεν είναι ασφαλές πάνω από 1% 75oC Δεν είναι ασφαλές πάνω από 5% NaOH max 3%, ασφαλές NaOH 5 Ασφαλές έως και 80% ασφαλές έως και 80% ασφαλές. 4% NaOH ασφαλές έως 2% NaOH Μη ασφαλές πάνω από 1,5% Μη ασφαλές 85 μοίρες Ασφαλές έως 3% NaOH Έως 1,5% ασφαλές NaOH Μη ασφαλές Μη ασφαλές
90 μοίρες Ασφαλές έως 2% NaOHΜη ασφαλές πάνω από 1% Μη ασφαλές Μη ασφαλές
Για έναν τυπικό κύκλο CIP στους 80 βαθμούς με 2% NaOH, ένα περίβλημα 1,6 mm 316 είναι ασφαλές μόνο σε πυκνότητες watt 4 W/cm2 ή λιγότερο. Σε βιομηχανική πυκνότητα βατ 8 W/cm² ο θερμαντήρας θα βρίσκεται σε καθεστώς ενεργού διάβρωσης και θα πρέπει να προβλεφθεί περιορισμένη διάρκεια ζωής 1-3 ετών αντί για τα συχνά υποτιθέμενα 5-10 χρόνια.

Αλλαγές Σχεδιασμού Παθητικής Λειτουργίας
Τρεις τροποποιήσεις σχεδιασμού μπορούν να γίνουν για να διατηρηθεί η παθητική λειτουργία χωρίς αλλαγή του υλικού του περιβλήματος υπό συνθήκες διεργασίας CIP που διαφορετικά θα εξανάγκαζαν ένα περίβλημα 316 1,6 mm σε ενεργή διάβρωση (π.χ. καυστικές συγκεντρώσεις ή θερμοκρασίες): Η πρώτη μέθοδος είναι να αυξηθεί το θερμαινόμενο μήκος του στοιχείου για μείωση της πυκνότητας watt. Ο διπλασιασμός του μήκους (1 m έως 2 m) μειώνει την αύξηση της θερμοκρασίας της επιφάνειας του περιβλήματος από 25 βαθμούς σε 12 μοίρες και επανέρχεται σε παθητική λειτουργία όταν η πυκνότητα watt μειωθεί από 8 W/cm2 σε 4 W/cm2 . Η δεύτερη ρύθμιση είναι να βελτιωθεί η κυκλοφορία στην επιφάνεια του θερμαντήρα. Για την ίδια πυκνότητα watt, η αύξηση της θερμοκρασίας της επιφάνειας μπορεί να μειωθεί στους 8–10 βαθμούς με ταχύτητα 2–3 m/s χρησιμοποιώντας μια αντλία κυκλοφορίας CIP. Η τελική αλλαγή είναι η προσθήκη ενός αναστολέα διάβρωσης στο καυστικό διάλυμα. Τα πυριτικά ή τα φωσφορικά άλατα στα 100 έως 200 ppm μπορούν να σταθεροποιήσουν το παθητικό φιλμ στο 316 και να αυξήσουν τη θερμοκρασία μετάβασης κατά 10 έως 20 βαθμούς. Αλλά αυτές οι αλλαγές πιθανότατα δεν θα είναι αρκετές για συστήματα CIP που απαιτούν 5% NaOH στους 80oC. Σε αυτές τις περιπτώσεις, ο μηχανικός θα πρέπει να καθορίσει τη χρήση ενός κράματος με βάση το νικέλιο, όπως το κράμα 600 ή το κράμα 825, τα οποία είναι παθητικά σε καυστικά διαλύματα έως και 50% συγκέντρωσης σε θερμοκρασίες άνω των 100 βαθμών. Το κόστος αναβάθμισης από 316 σε κράμα 825 είναι συνήθως 2-3 φορές μεγαλύτερο, αλλά η διάρκεια ζωής αυξάνεται από 1-2 χρόνια σε 10-15 χρόνια. Πάντα να ενημερώνετε τον προμηθευτή όταν καθορίζετε θερμαντήρες για την υπηρεσία CIP: τη μέγιστη συγκέντρωση καυστικού, τη θερμοκρασία όγκου και τον αναμενόμενο χρόνο κύκλου. Όταν ένας κατασκευαστής προτείνει 316 για 5% NaOH στους 85 βαθμούς C χωρίς να λαμβάνεται υπόψη η παθητική-ενεργητική μετάβαση ή η μείωση για την πυκνότητα watt, αυτό δεν είναι κατάλληλη τεχνική συμβουλή. Η αλλαγή από παθητική σε ενεργητική διάβρωση στο υδροξείδιο του νατρίου είναι απότομη και συνάρτηση της θερμοκρασίας. Μια θήκη 316 πάχους 1,6 mm που λειτουργεί ακριβώς κάτω από το κατώφλι μπορεί να παραμείνει για δέκα χρόνια. κάποιος που λειτουργεί λίγο μετά από αυτό μπορεί να αποτύχει σε 18 μήνες. Η ακριβής θερμική ανάλυση της θερμοκρασίας της επιφάνειας του περιβλήματος είναι απαραίτητη για αξιόπιστη προδιαγραφή.