Pie kādas īpašas kaustiskās koncentrācijas un apvalka virsmas temperatūras kombinācijas 1,2 milimetru 316 nerūsējošā tērauda apvalks piedzīvo kaustiskā spriedzes korozijas plaisāšanu celulozes un papīra rūpniecības pārstrādes sildītāju servisā?

Procesu inženieru izmantošana, kas ir atbildīgi par elektriskajiem iegremdējamiem sildītājiem celulozes un papīra bioreaktoros, nātrija hidroksīda un nātrija sulfīda kombināciju paaugstinātā temperatūrā rada vidi, kurā kaustiskā sprieguma korozijas plaisāšana ir galvenais atteices cēlonis. Kaustiskā plaisāšana rada trauslu starpgraudu plaisāšanu, kas var caurdurt 1,2 mm 316 apvalku dažu nedēļu laikā bez acīmredzama brīdinājuma atšķirībā no punktveida vai parastās korozijas. Kraftcelulozes procesā izmanto balto šķidrumu ar 15–20% NaOH un 5–10% Na₂S 150–170 grādu temperatūrā. Šo sildītāju sieniņu biezums parasti ir 1,2 mm, jo ​​bioreaktora traukos ir ierobežota vieta. Rakstā ir norādīta kaustiskās koncentrācijas un apvalka virsmas temperatūras īpašā kombinācija, pie kuras 1,2 mm 316 apvalks 1000 nepārtrauktas ekspluatācijas stundās attīstīs kodīgas sprieguma korozijas plaisāšanu.

Kodiskā sprieguma korozijas plaisāšanas mehānisms 316. gadā
316 nerūsējošā tērauda kaustiskā sprieguma korozijas plaisāšanai nepieciešami trīs nosacījumi: kodīga koncentrācija virs sliekšņa vērtības, temperatūra virs plaisāšanas sliekšņa un stiepes spriegums. MgO izolācijas blīvēšanai izmantotā smērēšanas metode rada lielas atlikušās stiepes deformācijas uz apvalka iekšējās virsmas -parasti 150–250 MPa 1,2 mm sienai. Šie atlikušie spriegumi ir plaisāšanai nepieciešamā stiepes sprieguma avots. Kaustiskā koncentrācija krekinga 316 150 ° C temperatūrā ir aptuveni 5% NaOH. Sliekšņa temperatūra tiek pazemināta līdz 130°C pie 10% NaOH. Krekinga pie 15% NaOH ir virs 110 grādiem. Krekinga pie 20% NaOH virs 100°C. Apstākļi baltajā atsārmā (15–20% NaOH, 150–170 grādi) ir krietni virs plaisāšanas sliekšņa. Plaisas 1,2 mm 316 apvalkā parasti rodas iekšējā virsmā, kur atlikušie spriegumi ir visaugstākie pēc 100–500 h iedarbības. Kad plaisas ir izveidotas, tās izplatās ar ātrumu 0,1–1,0 mm nedēļā, iekļūstot 1,2 mm sienā 1–3 mēnešu laikā.

Apvalks 1.2. Kritiskie plaisāšanas sliekšņi 1.2
Balstoties uz 316 apvalka paraugu laboratoriskajām pārbaudēm baltā atsārma aizstājējā un lauka atteices analīzi no celulozes rūpnīcas bioreaktoriem, šādas kodīgās koncentrācijas un apvalka virsmas temperatūras kombinācijas izraisa kodīgās spriedzes korozijas plaisāšanu 1000 stundu laikā.

Nātrija hidroksīda koncentrācija (svara %) Nātrija sulfīda koncentrācija (svara %) Kritiskā temperatūra plaisāšanas sākumam Laiks līdz plaisāšanas sākumam pie 150°C Apvalka virsmas plaisāšanas laiks -Sienas plaisāšana (1,2 mm) pie 150°C 5–8% 2–0 stunda 2–0 10 1200 – 2000 stundas 8 – 10% 4 – 6% 130°C 500 – 800 stundas 800 – 1500 stundas 10 – 12% 5 – 7% 120°C 300 – 500 stundas 500 – 1000 stundas
12 - 15% 6 - 8% 115 grādi 200 - 400 stundas 400 - 800 stundas 15 - 18% 7 - 9% 110 grādi 150 - 300 stundas 300 - 600 stundas
18 - 20% 8 - 10% 100 grādi 100 - 200 stundas 200 - 400 stundas
Vairāk nekā 20% Vairāk nekā 10% Mazāk par 100 grādiem 50 - 150 stundas 100 - 300 stundas
Krafta bioreaktoram, kas strādā ar 16% NaOH 155 grādu tilpuma temperatūrā, apvalka virsmas temperatūra ir aptuveni 155–160 grādi (pieņemot nelielu temperatūras paaugstināšanos, jo lielajos bioreaktoros ir mazs vatu blīvums). Tas pārsniedz 110°C plaisāšanas slieksni un radītu plaisas 150–300 stundu laikā. 1,2 mm apvalks, iespējams, perforēsies pēc 1–2 mēnešu nepārtrauktas darbības. Lauka pieredze rāda, ka baltā dzēriena lietošanas apvalki parasti saplīst 3–6 mēnešos ar plaisāšanu, kas ir dominējošais bojājuma veids.

Drošas darbības aploksne 1,2 mm apvalkam kodīgai lietošanai
Zemāk esošajā tabulā ir norādīta maksimālā drošā kaustiskā koncentrācija 1,2 mm 316 apvalkam pie dažādām apvalka virsmas temperatūrām, lai izvairītos no kodīgās spriedzes korozijas plaisāšanas visā 1000 stundu kalpošanas laikā. Vērtībās tiek pieņemti atlikušie stiepes spriegumi pēc sagriešanas, ko nevar samazināt bez pēc-atlaidināšanas.

Apvalka virsmas temperatūra Maksimālā drošā NaOH koncentrācija, lai novērstu plaisāšanu (bez sulfīda) Maksimālā drošā NaOH koncentrācija ar 5% Na2S Paredzamais laiks plaisāšanai pie maksimālās drošas koncentrācijasIeteicamā darbība 80°C 20% 15% 2000 – 3000 stundām 1 Robeža 90%°C nepārtrauktai ekspluatācijai 1500 – 2500 stundas Ierobežots kalpošanas laiks 100°C 12% 10% 1000 – 2000 stundas 316 nav ieteicams 110°C 10% 8% 800 - 1500 stundas Izmantojiet rūdītu vai sakausējumu jauninājums 120°C 120° -1 %e 80°0 stundas nepieciešams 130°C 6% 4% 300 – 800 stundas Sakausējuma jauninājums obligāti 140°C 4% 2% 200 – 500 stundas 316 nepiemērots
Virs 150°C Nav droši Nav droši Zem 200 stundāmIzmantojiet niķeļa sakausējumu
Droša darbības aploksne 1,2 mm 316 apvalkam nepastāv celulozes un papīra bioreaktora apkalpošanai ar 16% NaOH 155°C temperatūrā. Plaisāšana noteikti notiks pēc nedēļām vai mēnešiem. Inženieriem būs jāizvēlas izturīgāks sakausējums.

Dizaina izmaiņas, lai novērstu kodīgu plaisāšanu
Ja 316 apvalks ir jāizmanto kodīgajai lietošanai, trīs konstrukcijas pielāgojumi var pagarināt kalpošanas laiku, bet neviens nepadara 316 uzticamu kraft bioreaktora apstākļiem. Lai novērstu atlikušo stiepes spriegumu, pirmais solis ir atlaidināt stabu{3}} 1050 grādu leņķī. Rūdīšana samazina iekšējās virsmas atlikušo spriegumu no 150–250 MPa līdz zem 20 MPa, noņemot stiepes komponentu, kas nepieciešams plaisāšanai. 1,2 mm 316 apvalka atkausēšana 16% NaOH 150 °C temperatūrā var pagarināt tā kalpošanas laiku līdz 3–6 mēnešiem, nevis 1–2 mēnešiem. Otrā izmaiņa ir nošauti vai citādi apstrādāt ārējo virsmu ar kompresiju. Saspiešanas slānis iztur plaisu izplatīšanos, bet nesamazina iekšējās virsmas stiepes spriegumus. Pēdējā izmaiņa ir darboties ar zemāko iespējamo apvalka virsmas temperatūru, samazinot vatu blīvumu un palielinot cirkulāciju. Virsmas temperatūras pazemināšanās par 10 grādiem divkāršo laiku līdz plaisas sākumam. Ar šīm izmaiņām nepietiek lielākajai daļai celulozes un papīra lietojumu. Sakausējums 625 vai sakausējums C-276 ir tipisks baltā šķidruma sildītāju apvalku materiāls. Šie uz niķeļa bāzes izgatavotie sakausējumi ir izturīgi pret kaustiskā sprieguma korozijas plaisāšanu visās bioreaktoros redzamās koncentrācijās un temperatūrās. 1,6 mm sakausējuma 625 apvalks parasti izturēs 5–10 gadus, izmantojot vaitspirtu, salīdzinot ar 2–6 mēnešiem 316. Lielākas sākotnējās izmaksas kompensē dīkstāves un nomaiņas darbaspēka ietaupījumi. Inženieri, kas izvēlas sildītājus bioreaktora darbībai, nedrīkst pieņemt 316 jebkuram lietojumam, kurā kodīgo vielu koncentrācija pārsniedz 10% temperatūrā, kas pārsniedz 100°C. Izmaksas, ko izraisa ātras plaisāšanas atteice paaugstināta spiediena bioreaktorā, ieskaitot produkta zudumu, tvertnes dzesēšanu un nomaiņu, ir ievērojami lielākas nekā augsta niķeļa sakausējuma papildu izmaksas. Ja ražotājs iesaka 316 vaitspirtu apkalpošanai un nerunā par kaustiskā sprieguma korozijas plaisāšanu, viņš nesniedz atbilstošu inženiertehnisko padomu. Plaisas 1,2 mm apvalkā attīstās ātri un bez redzamām pazīmēm, līdz apvalks izplūst. Vienīgais drošais risinājums ir profilakse, pareizi izvēloties sakausējumu.