Sodyum hipoklorit üretimi, ağartıcı üretimi ve su arıtma dezenfeksiyon sistemleri için elektrikli daldırma ısıtıcıları tasarlayan kimya proses mühendisleri için kılıf malzemesi olarak 316 paslanmaz çeliğin seçilmesi önemli zorluklar sunar. Sodyum hipoklorit, birçok metale agresif bir şekilde saldıran güçlü oksitleyici, yüksek-pH'li bir çözeltidir. 316 paslanmaz çelik, molibden içeriği nedeniyle 304'ten daha iyi direnç sunarken, özellikle yüksek sıcaklık ve konsantrasyonlarda hipoklorit uygulamasında çukurlaşma, çatlak korozyonu ve stres korozyonu çatlamasına karşı hala hassastır. Kılıfın duvar kalınlığı, korozyon toleransını ve daha da önemlisi, lokal oyukların duvara nüfuz etmesi için gereken süreyi belirler. Bu makale, yayınlanmış korozyon verilerine ve ağartıcı üretim endüstrisindeki saha deneyimine dayanarak seyreltik sodyum hipoklorit hizmetinde 316 kılıf için önerilen minimum duvar kalınlığını belirlemektedir.
316 Paslanmaz Çeliğin Sodyum Hipoklorit İçinde Korozyon Mekanizmaları
Sodyum hipoklorit (NaOCl), ideal koşullar altında 316 paslanmaz çelik üzerindeki pasif filmi koruyan güçlü bir oksitleyici maddedir. Bununla birlikte, çeşitli faktörler yerelleştirilmiş saldırıyı teşvik eder. Hipoklorit iyonu klorür-içeren bir oksitleyicidir, yani aynı anda hem agresif klorür anyonunu hem de pasif filmi parçalayabilecek oksitleyici potansiyeli sağlar. Mevcut klorun %1'inin üzerindeki konsantrasyonlarda ve 35 derecenin üzerindeki sıcaklıklarda, 316 yılda 0,5-2,0 mm oranlarında çukurlaşma yaşayabilir. Çukurlaşma son derece lokaldir; çukur derinliği aylar içinde 1 mm'ye ulaşırken çevredeki alanlar etkilenmez. Daldırma tipi ısıtıcı kılıfı için, tek bir derin çukur duvara nüfuz edebilir ve proses sıvısının girişine, elektrik arızasına ve hipoklorit çözeltisinin ayrışmayı katalize eden metal iyonlarıyla kirlenmesine neden olabilir. Genel korozyon oranları düşüktür-tipik olarak yılda 0,05 mm'nin altındadır-bu nedenle duvar kalınlığı, tek biçimli incelme yerine öncelikle çukurlaşma nedeniyle tüketilir. Bu, artan duvar kalınlığının yalnızca sınırlı koruma sağladığı anlamına gelir çünkü lokalize zayıf bir noktada oluşan çukur, 2,0 mm'lik bir duvara 1,0 mm'lik bir duvardan yalnızca biraz daha yavaş bir şekilde nüfuz edecektir. Anahtar parametre ortalama kalınlık değil, çukur başlangıç alanı görevi gören yüzey kusurlarının ve artık gerilimlerin bulunmamasıdır.
Et Kalınlığının Çukurlaşma Penetrasyon Süresine Etkisi
Belirli bir hipoklorit konsantrasyonu ve sıcaklığı için, çukurlaşma başladığında çukurlaşma penetrasyon hızı yaklaşık olarak sabittir. 40 derecede %5 NaOCl'ye daldırma testlerinden elde edilen veriler, cilalı yüzeylere sahip 316 numunenin 200-500 saat sonra çukur başlangıcı sergilediğini göstermektedir. Çukurlar bir kez başlatıldığında günde 0,03–0,08 mm (ayda yaklaşık 0,9–2,4 mm) hızla yayılır. Bu hızla, çukurun açılmasından sonraki 13-33 gün içinde 1,0 mm'lik bir duvar delinmiş olacaktır. 2,0 mm'lik bir duvar, başlatmadan 22-67 gün sonra hayatta kalacaktır. Toplam hizmet ömrü, başlatma süresi ve yayılma süresinin toplamıdır. 1,0 mm'lik bir kılıf için toplam ömür yaklaşık 200-500 saat artı 13-33 gün veya kabaca 20-50 gündür. 2,0 mm'lik bir kılıf için toplam ömür 200-500 saat artı 22-67 gündür, yani kabaca 30-80 gündür. Daha kalın duvar, kullanım ömrünü yalnızca 10-30 gün uzatır-eklenen malzeme maliyeti ve termal ceza göz önüne alındığında bu mütevazı bir iyileşmedir. Bu kısa hizmet ömrü, 316'nın neden %1'in üzerinde konsantrasyon ve 30 derecenin üzerindeki sodyum hipoklorite sürekli daldırma için nadiren seçildiğini açıklamaktadır. Daha uzun ömür gerektiren uygulamalar için titanyum veya özel alaşımlar gibi alternatif malzemeler gereklidir.
Hipoklorit Uygulaması İçin Minimum Et Kalınlığı Önerileri
Aşağıdaki tablo, sodyum hipoklorit hizmetindeki elektrikli daldırma ısıtıcılar için önerilen minimum 316 kılıf duvar kalınlığını sağlar. Değerler, sürekli çalışmayı, çatlakları ve durgunluğu en aza indirecek uygun sistem tasarımını ve yıllar yerine haftalar veya aylarla ölçülen nispeten kısa hizmet ömrünün kabul edilmesini varsayar.
| Mevcut Klor Konsantrasyonu | Çözüm Sıcaklığı | Beklenen Çukurlaşma Oranı (Başlangıçtan Sonra) | Minimum Önerilen 316 Duvar Kalınlığı | Minimum Kalınlıkta Beklenen Toplam Hizmet Ömrü | Alternatif Öneri |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 – 2% | 20 – 30 derece | 0,5 – 1,0 mm/ay | 1,6 mm | 2 – 4 ay | Marjinal; titanyum tercih edilir |
| 1 – 2% | 30 – 40 derece | 0,8 – 1,5 mm/ay | 2,0 mm | 1,5 – 3 ay | Titanyum şiddetle tavsiye edilir |
| 2 – 5% | 20 – 30 derece | 0,8 – 1,5 mm/ay | 2,0 mm | 1,5 – 2,5 ay | Güvenilir hizmet için titanyum gereklidir |
| 2 – 5% | 30 – 40 derece | 1,2 – 2,0 mm/ay | 2,5 mm | 1 – 2 ay | Titanyum zorunlu |
| 5 – 10% | 20 – 30 derece | 1,5 – 2,5 mm/ay | Tavsiye edilmez | 1 aydan az | Titanyum veya Alaşım C-276 kullanın |
| Herhangi bir konsantrasyon | 40 derecenin üstünde | 2,0 – 4,0 mm/ay | Tavsiye edilmez | Haftalar | Titanyum veya-metalik olmayan ısıtma |
| Aralıklı veya toplu hizmet | Herhangi bir sıcaklık | Kurutma nedeniyle daha düşük | 1,2 – 1,6 mm | Değişken | Kritik olmayan-uygulamalar için kabul edilebilir |
%2 konsantrasyonunun veya 30 derecenin üzerindeki herhangi bir sodyum hipoklorit hizmeti için, duvar kalınlığına bakılmaksızın 316 paslanmaz çelik kötü bir seçimdir. Kısa servis ömrü ve ani çukurlaşma hatası riski, onu kritik prosesler için uygunsuz hale getirir. Titanyum (Sınıf 2 veya Sınıf 7), yüksek konsantrasyonlarda ve sıcaklıklarda bile yılda 0,01 mm'nin altındaki korozyon oranlarıyla sodyum hipoklorite karşı olağanüstü bir dirence sahiptir. Titanyumun daha yüksek başlangıç maliyeti-tipik olarak 316'ya göre 3-5 kat daha yüksektir, daha uzun hizmet ömrü ve daha az bakım sayesinde hızla telafi edilir.
Hipoklorit Hizmetinde 316 Kılıf Ömrünü Uzatacak Tasarım Değişiklikleri
Maliyet kısıtlamaları veya malzeme bulunabilirliği nedeniyle seyreltik hipoklorit servisinde 316'nın kullanılması gerektiğinde, dört tasarım değişikliği servis ömrünü tabloda gösterilen değerlerin ötesine uzatabilir. Birincisi, hipoklorit pH'ını 11'in üzerinde tutmaktır. pH 11'in altındaki sodyum hipoklorit çözeltileri, hızlandırılmış ayrışmaya uğrar ve paslanmaz çeliğe karşı daha agresif hale gelir. Kostik ilaveli otomatik pH kontrolü, çukurlaşma oranlarını %50-70 oranında azaltabilir. İkinci değişiklik, kılıf yüzeyini mümkün olduğunca pürüzsüz tutmaktır. 0,2 mikron Ra'nın altında yüzey kalitesine sahip, elektro-cilalı 316, dövme malzemeye göre daha az çukur başlatma alanına sahiptir ve başlatma süresini 2-4 kat uzatır. Üçüncü değişiklik mümkün olan en düşük watt yoğunluğunda çalışmaktır. Watt yoğunluğunu 10 W/cm²'den 5 W/cm²'ye düşürmek, kılıf yüzey sıcaklığını 10–15 derece düşürür ve 30–50 derecelik sıcaklığa-hassas aralıkta çukurlaşma oranını yaklaşık %30–40 azaltır. Dördüncü değişiklik, çatlak alanları oluşturan birikintileri gidermek için kılıf yüzeyinin periyodik olarak temizlenmesidir. Haftalık suyla durulama veya seyreltik asitle yıkama, servis ömrünü önemli ölçüde uzatabilir. Endüstriyel ağartıcı üretim uygulamalarının çoğu için bu değişiklikler 316'yı güvenilir bir malzeme haline getirmek için yeterli değildir. Mühendisler, aralıklı kullanımdan daha fazlası için sodyum hipoklorite daldırılacak herhangi bir ısıtıcı için titanyum kılıflar belirtmelidir. Tek bir 316 ısıtıcı arızasının maliyeti-üretimin aksama süresi, çözüm kirliliği ve değiştirme işçiliği dahil olmak üzere-titanyumun artan maliyetini genellikle aşar. Hipoklorit hizmetine ilişkin spesifikasyonları sağlarken her zaman tam konsantrasyonu, sıcaklığı ve beklenen günlük çalışma saatlerini belirtin. Bu malzemenin sınırlamalarını tartışmadan %2 konsantrasyonunun üzerinde sürekli hipoklorit servisi için 316'yı öneren bir tedarikçi, sorumlu mühendislik rehberliği sağlamıyor demektir. Titanyumun maliyetin fahiş olduğu uygulamalar için, metalin agresif hipoklorit çözeltisine doğrudan daldırılmasını önleyen, titanyum ısı eşanjörü aracılığıyla harici tankın ısıtılması veya buhar enjeksiyonu gibi alternatif ısıtma yöntemlerini göz önünde bulundurun.
