Pie kādas konkrētas nātrija hidroksīda koncentrācijas un apvalka virsmas temperatūras kombinācijas 1,2 milimetru 316 nerūsējošā tērauda apvalks ir jāmaina ik pēc sešiem mēnešiem, izmantojot alumīnija kodināšanas vannas sildītāju?

Procesu inženieri, kas strādā pie elektriskiem iegremdējamiem sildītājiem alumīnija kodināšanas vannās kosmosa, automobiļu un elektronikas rūpniecībā, galvenokārt izmanto nātrija hidroksīdu kā kodinātāju. Tipiski kodināšanas šķīdumi ir 5-15% NaOH 60-80 grādu temperatūrā un noņem alumīnija oksīdu un izšķīdina alumīnija metālu. Parasti 1,2 mm 316 nerūsējošā tērauda apvalku izmanto, lai pielāgotos kodināšanas tvertņu telpas ierobežojumiem un siltuma reakcijas vajadzībām. Tomēr augstā kaustiskā koncentrācija, augstā temperatūra un alumīnija šķīstošie produkti rada agresīvu vidi. Pie noteiktiem sliekšņa līmeņiem vispārēja korozija uzbrūk 1,2 mm sienai sešos mēnešos, un tā ir jānomaina reizi pusgadā. Rakstā ir norādītas precīzas koncentrācijas un temperatūras, pie kurām 1,2 mm 316 apvalks sasniedz sešu mēnešu kalpošanas laika ierobežojumu.

316 korozijas izturēšanās nātrija hidroksīdā, kas satur izšķīdinātu alumīniju
Temperatūrā, kas zemāka par 60 grādiem, 316 nerūsējošais tērauds var palikt pasīvs, un tā korozijas ātrums ir mazāks par 0,1 mm gadā nātrija hidroksīda šķīdumos, kas pārsniedz 5%. Bet jo augstāka temperatūra, jo mazāk stabila ir pasīvā plēve. Kodināšana rada izšķīdušu alumīniju, kas paātrina koroziju, radot alumināta jonus, kas uzbrūk pasīvajai plēvei. Korozijas ātrums bez alumīnija ir 0,2-0,4 mm/gadā 70oC temperatūrā 10% NaOH. Likme ir 0,5–1,0 mm gadā ar 10 g/l izšķīdušā alumīnija. Ar alumīniju 80 grādu leņķī likmes ir 1,0–2,0 mm/gadā. 1,2 mm apvalkam minimālais konstrukcijas biezums spiediena ierobežošanai ir aptuveni 0,5 mm. Korozijas iespiešanās 0,7 mm 6 mēnešos pie 1,4 mm/gadā. Sešu mēnešu nomaiņas robeža tiek sasniegta, ja kodīgo vielu koncentrācijas, temperatūras un alumīnija satura kombinācija nodrošina korozijas ātrumu 1,2–1,8 mm gadā.

Sešu mēnešu kalpošanas laika kritiskie sliekšņi
316 paraugu iegremdēšanas testēšana nātrija hidroksīda šķīdumos ar izšķīdušu alumīniju, kas raksturīga kodināšanas vannai, liecina, ka 1,2 mm sienas maksimālais kalpošanas laiks ir seši mēneši šādām kodīgās koncentrācijas un apvalka virsmas temperatūras kombinācijām.

Nātrija hidroksīda koncentrācija (masas %) Izšķīdināts alumīnijs (g/L) Lielapjoma Vannas temperatūra Apvalka virsmas temperatūra pie 6 W/cm2 (par 12 grādu pieaugumu) Paredzamais korozijas ātruma samazināšanās laiks no 1,2 mm līdz 0,5 mm Kalpošanas laiks 5% 5 70 grāds 82 grādi 0,0–1 gadi 0,0–1 gadi. 12 - 22 mēneši 5% 10 70 grāds 82 grāds 0,6 - 1,0 mm/gadā 0,7 - 1,2 gadi 8 - 14 mēneši 5% 15 70 grāds 82 grāds 0,8 - 1,3 mm/gadā 0,5 - 0,9 gadi 6 - {11 mēn. 82 grādi 8. 0 . mm/gadā 0,8 – 1,4 gadi 9 – 17 mēneši 8% 10 65 grāds 77 grāds 0,8 – 1,3 mm/gadā 0,5 – 0,9 gadi 6 – 11 mēneši 8% 15 65 grāds 77 grāds 1,0 – 1,6 mm/gadā 0,4 – 5 – 8 mēneši.
10% 5 60 grāds 72 grādi 0.6 - 1.0 mm/gadā 0.7 - 1.2 gadi 8 - 14 mēneši
10% 10 60 grāds 72 grādi 0,9–1,5 mm/gadā 0,5–0,8 gadi 6–9 mēneši
10% 15 60 grāds 72 grāds 1,2–1,9 mm/gadā 0,4–0,6 gadi 5–7 mēneši
12% 5 55 grāds 67 grādi 0,8 - 1,3 mm/gadā 0,5 - 0,9 g 6 - 11 mēneši 12% 10 55 grāds 67 grādi 1,1 - 1,8 mm/gadā 0,4 - 0,6 g 5 - 7 mēneši
12% 15 55 grāds 67 grāds 1,4 – 2,2 mm/gadā 0,3 – 0,5 gadi 4 – 6 mēneši
15% 5 50 grāds 62 grāds 1,0–1,6 mm/gadā 0,4–0,7 gadi 5–8 mēneši
15% 10 50 grāds 62 grāds 1,3 - 2,0 mm/gadā 0,4 - 0,5 gadi 4 - 6 mēneši
15% 15 50 grāds 62 grāds 1,6 – 2,5 mm/gadā 0,3 – 0,4 gadi 3 – 5 mēneši
10% NaOH alumīnija kodināšanas vannai ar 10 g/l izšķīdinātu alumīniju 60 grādu C tilpuma temperatūrā ar apvalku 1,2 mm pie 6 W/cm2, apvalka virsmas temperatūra ir aptuveni 72 grādi C. Paredzams, ka korozija turpināsies ar ātrumu 0,9 līdz 1,5 mm gadā, samazinot sienu no 5 līdz 5 mm. Sešu{14}}mēnešu nomaiņa ir piemērota.

Drošas darbības aploksnes 6 mēnešu nomaiņas grafiks
Nomaiņa ir nepieciešama, lai sasniegtu minimālo sešu mēnešu kalpošanas laiku, pirms siena tiek samazināta līdz 0,5 mm. Maksimālā drošā tilpuma nātrija hidroksīda temperatūra 1,2 mm 316 apvalkam pie dažādiem vatu blīvumiem ir norādīta nākamajā tabulā. Vērtības attiecas uz 10 g/l izšķīdinātu alumīniju, kas ir kodināšanas vannas.

Vatu blīvums (temp. paaugstināšanās) Maks. tilpuma temp. 5% NaOH maks. tilpuma temp
4 W/cm² (8 grādu paaugstinājums) 74 grādi 68 grādi 62 grādi 57 grādi 52 grādi 6 W/cm² (12 grādu paaugstināšanās) 70 grādi 64 grādi 58 grādi 53 grādi 48 grādi 8 W/cm² (16 grādu pieaugumu) 66 grādi 60 grādi 54 grādi 49 grādi W/44 cm ² 6 20 grādi 44 grādi 50 grādi 45 grādi 40 grādi
Alumīnija kodināšanas vannai, 10% NaOH, tilpuma temperatūra 60C, 6 W/cm^2 (12C pieaugums, 72C virsma), drošā tilpuma robeža ir 58C. Sildītājs līdz 60 grādiem pārsniedz drošu robežu, un sešu mēnešu kalpošanas laiks netiek garantēts. Samazinot vatu blīvumu līdz 4 W/cm2 (8 grādu kāpums, 68 grādu virsma), tiek nodrošināts drošs 62 grādu apjoma ierobežojums, tāpēc 60 grādi ir piemēroti sešu mēnešu nomaiņai.

Dizaina izmaiņas, lai pagarinātu dzīves ilgumu par vairāk nekā 6 mēnešiem
Alumīnija kodināšanas apstākļos var būt nepieciešams 1,2 mm 316 apvalks, un ar sešiem mēnešiem nepietiek. Trīs pielāgojumi var pagarināt kalpošanas laiku. Pirmais ir izmantot garāku sildītāju, lai samazinātu vatu blīvumu. Samazinoties no 6 W/cm² līdz 4 W/cm², pārejot no 6 mēnešu režīma uz 8-12 mēnešu režīmu, virsmas temperatūras paaugstināšanās samazinās no 12 grādiem līdz 8 grādiem. Otrā izmaiņa ir izšķīdušā alumīnija koncentrācijas regulēšana, filtrējot vannā vai daļēju nomaiņu. Alumīnija samazināšana no 15 g/l līdz 5 g/l var samazināt korozijas ātrumu par 30–50 %. Trešā izmaiņa ietver sakausējuma uz niķeļa bāzes izmantošanu, piemēram, Alloy 600 vai Alloy 825. 10–15% NaOH 70 grādu temperatūrā ar izšķīdušu alumīniju šiem materiāliem ir korozijas ātrums.<0.1 mm/year, increasing the service life to 5–10 years. For long-term use, engineers should specify Alloy 825 for continuous-use aluminium etching baths using 10% NaOH at 65°C. When specifying the heaters for etching bath service, always provide the correct NaOH concentration, bulk temperature, dissolved aluminium level and the intended replacement interval. The six month replacement threshold for a 1.2 mm 316 sheath is a predictable function of these characteristics therefore allowing precise prediction of heater life in aluminium etching procedures.