Dla inżynierów zajmujących się procesami odpowiedzialnymi za elektryczne grzałki zanurzeniowe w kąpielach do trawienia aluminium dla przemysłu lotniczego, samochodowego i elektronicznego, wodorotlenek sodu jest głównym środkiem trawiącym. Typowe roztwory do trawienia wykorzystują 5–15% NaOH w temperaturach 60–80 stopni w celu usunięcia tlenku glinu i rozpuszczenia metalicznego aluminium. Osłona ze stali nierdzewnej 316 o grubości 1,2 mm jest powszechnie stosowana ze względu na ograniczoną przestrzeń w zbiornikach do trawienia i wymagania dotyczące reakcji termicznej. Jednakże połączenie wysokiego stężenia substancji żrącej, podwyższonej temperatury i produktów rozpuszczania aluminium tworzy agresywne środowisko. Poniżej określonych progów ogólna korozja wnika w ścianę o grubości 1,2 mm w ciągu sześciu miesięcy, co wymaga wymiany-co roku. W tym artykule określono dokładne kombinacje-stężeń i temperatur, przy których osłona 316 o średnicy 1,2 mm osiąga sześciomiesięczny okres użytkowania.
Zachowanie korozyjne 316 w wodorotlenku sodu z rozpuszczonym aluminium
W roztworach wodorotlenku sodu w stężeniach powyżej 5% stal nierdzewna 316 może zachować pasywne zachowanie przy szybkości korozji poniżej 0,1 mm rocznie w temperaturach poniżej 60 stopni. Jednakże wraz ze wzrostem temperatury folia pasywna staje się mniej stabilna. Obecność rozpuszczonego aluminium powstałego w wyniku trawienia przyspiesza korozję poprzez tworzenie jonów glinianowych, które atakują warstwę pasywną. W temperaturze 70 stopni w 10% NaOH bez aluminium szybkość korozji wynosi 0,2–0,4 mm rocznie. Przy stężeniu 10 g/l rozpuszczonego aluminium szybkość wzrasta do 0,5–1,0 mm rocznie. Przy 80 stopniach w przypadku aluminium szybkości osiągają 1,0–2,0 mm rocznie. W przypadku osłony o grubości 1,2 mm minimalna grubość konstrukcyjna zapewniająca utrzymanie ciśnienia wynosi około 0,5 mm. Penetracja korozji wynosząca 0,7 mm następuje w ciągu 6 miesięcy przy szybkości korozji 1,4 mm rocznie. Próg wymiany wynoszący sześć{27}}miesięcy zostaje osiągnięty, gdy połączenie stężenia substancji żrącej, temperatury i zawartości aluminium powoduje szybkość korozji wynoszącą 1,2–1,8 mm rocznie.
Krytyczne progi dla sześciomiesięcznego-okresu użytkowania
Na podstawie testów zanurzeniowych 316 próbek w roztworach wodorotlenku sodu z rozpuszczonym aluminium, typowym dla kąpieli trawiącej, następujące kombinacje stężenia substancji żrącej i temperatury powierzchni osłony zapewniają maksymalny okres użytkowania wynoszący sześć-miesięcy w przypadku ściany o grubości 1,2 mm.
| Stężenie wodorotlenku sodu (% wag.) | Rozpuszczony aluminium (g/l) | Temperatura kąpieli zbiorczej | Temperatura powierzchni osłony przy 6 W/cm² (wzrost o 12 stopni) | Oczekiwana szybkość korozji | Czas zmniejszyć 1,2 mm do 0,5 mm | Żywotność usługi |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 5% | 5 | 70 stopni | 82 stopnie | 0,4 – 0,7 mm/rok | 1,0 – 1,8 lat | 12 – 22 miesięcy |
| 5% | 10 | 70 stopni | 82 stopnie | 0,6 – 1,0 mm/rok | 0,7 – 1,2 roku | 8 – 14 miesięcy |
| 5% | 15 | 70 stopni | 82 stopnie | 0,8 – 1,3 mm/rok | 0,5 – 0,9 lat | 6 – 11 miesięcy |
| 8% | 5 | 65 stopni | 77 stopni | 0,5 – 0,9 mm/rok | 0,8 – 1,4 roku | 9 – 17 miesięcy |
| 8% | 10 | 65 stopni | 77 stopni | 0,8 – 1,3 mm/rok | 0,5 – 0,9 lat | 6 – 11 miesięcy |
| 8% | 15 | 65 stopni | 77 stopni | 1,0 – 1,6 mm/rok | 0,4 – 0,7 lat | 5 – 8 miesięcy |
| 10% | 5 | 60 stopni | 72 stopnie | 0,6 – 1,0 mm/rok | 0,7 – 1,2 roku | 8 – 14 miesięcy |
| 10% | 10 | 60 stopni | 72 stopnie | 0,9 – 1,5 mm/rok | 0,5 – 0,8 lat | 6 – 9 miesięcy |
| 10% | 15 | 60 stopni | 72 stopnie | 1,2 – 1,9 mm/rok | 0,4 – 0,6 roku | 5 – 7 miesięcy |
| 12% | 5 | 55 stopni | 67 stopni | 0,8 – 1,3 mm/rok | 0,5 – 0,9 lat | 6 – 11 miesięcy |
| 12% | 10 | 55 stopni | 67 stopni | 1,1 – 1,8 mm/rok | 0,4 – 0,6 roku | 5 – 7 miesięcy |
| 12% | 15 | 55 stopni | 67 stopni | 1,4 – 2,2 mm/rok | 0,3 – 0,5 roku | 4 – 6 miesięcy |
| 15% | 5 | 50 stopni | 62 stopnie | 1,0 – 1,6 mm/rok | 0,4 – 0,7 lat | 5 – 8 miesięcy |
| 15% | 10 | 50 stopni | 62 stopnie | 1,3 – 2,0 mm/rok | 0,4 – 0,5 roku | 4 – 6 miesięcy |
| 15% | 15 | 50 stopni | 62 stopnie | 1,6 – 2,5 mm/rok | 0,3 – 0,4 roku | 3 – 5 miesięcy |
W przypadku kąpieli do trawienia aluminium zawierającej 10% NaOH z 10 g/l rozpuszczonego aluminium w temperaturze objętościowej 60 stopni z osłoną 1,2 mm i mocą 6 W/cm², powierzchnia osłony osiąga około 72 stopnie. Oczekiwana szybkość korozji wynosi 0,9–1,5 mm rocznie, co powoduje zmniejszenie grubości ściany do 0,5 mm w ciągu 5–8 miesięcy. Odpowiednia jest wymiana na sześć-miesięcy.
Koperta bezpiecznego działania na sześciomiesięczny-harmonogram wymiany
W poniższej tabeli podano maksymalną bezpieczną temperaturę wodorotlenku sodu w masie dla osłony 316 o średnicy 1,2 mm przy różnych gęstościach watów, umożliwiającą osiągnięcie co najmniej sześciomiesięcznego okresu użytkowania, zanim zmniejszenie grubości ścianki do 0,5 mm będzie wymagało wymiany. Wartości zakładają 10 g/l rozpuszczonego aluminium, typowe dla kąpieli trawiących.
| Gęstość watowa (wzrost temperatury) | Maksymalna temperatura masy dla 5% NaOH | Maksymalna temperatura masy dla 8% NaOH | Maksymalna temperatura masy dla 10% NaOH | Maksymalna temperatura masy dla 12% NaOH | Maksymalna temperatura masy dla 15% NaOH |
|---|---|---|---|---|---|
| 4 W/cm² (wzrost o 8 stopni) | 74 stopnie | 68 stopni | 62 stopnie | 57 stopni | 52 stopnie |
| 6 W/cm² (wzrost o 12 stopni) | 70 stopni | 64 stopnie | 58 stopni | 53 stopnie | 48 stopni |
| 8 W/cm² (wzrost 16 stopni) | 66 stopni | 60 stopni | 54 stopnie | 49 stopni | 44 stopnie |
| 10 W/cm² (wzrost o 20 stopni) | 62 stopnie | 56 stopni | 50 stopni | 45 stopni | 40 stopni |
W przypadku kąpieli do trawienia aluminium zawierającej 10% NaOH o temperaturze objętościowej 60 stopni i mocy 6 W/cm² (wzrost 12 stopni, powierzchnia 72 stopnie), bezpieczna granica objętościowa wynosi 58 stopni. Przy 60 stopniach grzejnik przekracza bezpieczny limit, a sześciomiesięczny- okres użytkowania nie jest gwarantowany. Zmniejszenie gęstości watów do 4 W/cm² (wzrost 8 stopni, powierzchnia 68 stopni) daje bezpieczny limit objętościowy wynoszący 62 stopnie, co sprawia, że 60 stopni jest akceptowalne w przypadku wymiany-miesięcznej.
Modyfikacje projektu mające na celu przedłużenie życia powyżej sześciu miesięcy
Gdy warunki trawienia aluminium wymagają osłony ze stali 316 o grubości 1,2 mm, a okres-6 miesięcy jest niewystarczający, trzy modyfikacje mogą wydłużyć żywotność. Pierwszym z nich jest zmniejszenie gęstości watów poprzez zastosowanie dłuższej grzałki. Zmniejszenie z 6 W/cm² do 4 W/cm² obniża wzrost temperatury powierzchni z 12 stopni do 8 stopni, przechodząc z reżimu 6-miesięcy do reżimu 8–12 miesięcy. Druga modyfikacja polega na kontrolowaniu stężenia rozpuszczonego glinu poprzez filtrację w kąpieli lub częściową wymianę. Obniżenie zawartości aluminium z 15 g/l do 5 g/l może zmniejszyć szybkość korozji o 30–50%. Trzecia modyfikacja polega na przejściu na stop-niklu, taki jak Alloy 600 lub Alloy 825. Materiały te utrzymują szybkość korozji poniżej 0,1 mm rocznie w 10–15% NaOH w temperaturze 70 stopni z rozpuszczonym aluminium, wydłużając żywotność do 5–10 lat. W przypadku kąpieli do trawienia aluminium działających przy 10% NaOH i temperaturze 65 stopni przy ciągłym użyciu inżynierowie powinni wybrać stop 825, aby zapewnić niezawodne i długotrwałe działanie. Wybierając grzejniki do kąpieli trawiącej, należy zawsze podać dokładne stężenie NaOH, temperaturę objętościową, poziom rozpuszczonego aluminium i żądany okres wymiany. Próg wymiany po sześciu miesiącach dla osłony 316 o grubości 1,2 mm jest przewidywalną funkcją tych parametrów, umożliwiającą dokładne prognozowanie żywotności grzejnika w operacjach trawienia aluminium.
