Kāds ir maksimālais pieļaujamais 316 nerūsējošā tērauda apvalka sienas biezums elektriskam iegremdējamam sildītājam augstas-tīrības pakāpes dejonizētā ūdenī virs 90 grādiem pēc Celsija? Kāds ir maksimālais pieļaujamais 316 nerūsējošā tērauda apvalka sienas biezums elektriskam iegremdējamam sildītājam 0 Abo{{4} Celsija grādi?

High-purity deionised water is a dilemma for engineers designing electric immersion heaters for semiconductor manufacturing, medicinal water systems and laboratory equipment. Deionised water is highly corrosive to many metals since it lacks dissolved ions to provide protective passive layers, even though it has great electrical resistance. The passive chromium oxide coating on 316 stainless steel is stable in deionised water at room temperature. However, at higher temperatures (>80 grādiem) palielinās skābekļa pilienu šķīdība un korozijas potenciāls, kā rezultātā no pasīvās uz aktīvo koroziju. 316 apvalka sienas biezums nosaka korozijas pielaidi sildītāja kalpošanas laikā un virsmas temperatūru noteiktam vatu blīvumam. Lai noteiktu maksimālo pieļaujamo sieniņu biezumu 316 apvalkiem augstas tīrības pakāpes dejonizēta ūdens servisā, tiek izmantota publicētā korozijas ātruma statistika, kā arī praktiskā pieredze no īpaši tīra ūdens biznesa.

316 nerūsējošā tērauda korozijas mehānismi augstas temperatūras dejonizētā ūdenī
Augstas tīrības pakāpes dejonizētā ūdenī (pretestība > 1 megohm{1}}centimetrs) naidīgo jonu, piemēram, hlorīdu, koncentrācija ir ļoti zema. Taču izšķīdušo sāļu trūkums ne vienmēr padara ūdeni draudzīgu. Temperatūrā virs 80 grādiem 316 nerūsējošais tērauds ir pakļauts vispārējai korozijai un daudz nopietnāk lokālai korozijai vietās, kur pasīvā plēve tiek noārdīta. Korozijas ātrums dejonizētā ūdenī ir saistīts ar Arrhenius, palielinoties aptuveni divas reizes par katru 25 grādu temperatūras paaugstināšanos. Vispārējais korozijas ātrums 316 dejonizētā ūdenī 90 grādu temperatūrā ir aptuveni 0,02 līdz 0,05 mm/gadā. Ātrums palielinās līdz 0,10-0,20 milimetriem gadā pie 120 grādiem C. Pie 150 grādiem ātrums ir 0,30-0,50 mm/gadā. Lai gan šie rādītāji var šķist zemi, sildītājam, kas paredzēts nepārtrauktai darbībai 5 līdz 10 gadus, nodiluma ātrums 0,10 mm gadā atbilst 0,5 līdz 1,0 mm sienas biezumam. Sākotnējais apvalka biezums 1,0 mm pēc pieciem gadiem tiktu samazināts līdz 0,5 mm, ja mehāniskā integritāte ir apšaubāma. Rūsēšana nav ideāli vienmērīga. Punktu un plaisu korozija, īpaši montāžas saskarnēs un metināšanas zonās, var izraisīt lokalizētu iespiešanās ātrumu, kas divas līdz piecas reizes pārsniedz vispārējo korozijas ātrumu.

Sienas biezuma ietekme un dejonizēta ūdens kalpošanas laiks
Attiecība starp 316 apvalka sieniņu biezumu un kalpošanas laiku augstas temperatūras dejonizētā ūdenī ir gandrīz lineāra, ja primārais mehānisms ir vispārējā korozija. 5 gadu kalpošanas laikam 95 grādos ar korozijas ātrumu 0,04 mm/gadā nepieciešamā korozijas pielaide ir 0,20 mm. Tas, ja minimālais konstrukcijas sienas biezums ir 0,7 mm, nozīmē, ka sākotnējais sienas biezums ir 0,9 mm. 1,2 mm apvalks nodrošinātu 0,3 mm drošības rezervi virs korozijas robežas un nodrošinātu iespējamo kalpošanas laiku, kas pārsniedz astoņus gadus. Bet ar noteiktu vatu blīvumu biezākas sienas nozīmē augstāku temperatūru uz ārējās virsmas. Augstāka virsmas temperatūra eksponenciāli paātrina koroziju dejonizētā ūdenī. 2,0 mm apvalkam pie 10 W/cm² 95 grādu ūdenī ārējās virsmas temperatūra var būt 115 grādi. Korozijas ātrums šajā temperatūrā ir aptuveni 0,08 mm gadā,{21}}divreiz vairāk nekā 1,2 mm apvalkam 105 grādu virsmas temperatūrā. Biezāks apvalks prasa lielāku korozijas pielaidi, bet arī ātrāk korodē. Šī mijiedarbība rada ideālu sienas biezumu lielākajam kalpošanas laikam, nevis monotonu attiecību. Publicētie korozijas dati ir izmantoti, lai aprēķinātu optimālo 316 apvalka sieniņu biezumu maksimālajam kalpošanas laikam pie 95 grādu dejonizēta ūdens pie 10 W/cm², kas ir aptuveni 1,4 mm. Ar korozijas pielaidi, kas mazāka par 1,0 mm, nepietiek. Vairāk nekā 1,8 mm virsmateriālā dominē paaugstināta korozija, ko izraisa augstāka virsmas temperatūra.

Maksimālais ieteicamais sienas biezums izmantošanai ar dejonizētu ūdeni
Šajā tabulā ir norādīts ieteicamais maksimālais 316 apvalka sieniņu biezums elektriskajiem iegremdējamajiem sildītājiem augstas tīrības -dejonizētā ūdens sistēmā. Vērtības attiecas uz nepārtrauktu darbību, skābekļa līmeni < 100 daļām uz miljardu un pretestību > 1 megohm{5}}centimetru. Korozijas ātrums var būt lielāks, tāpēc ir jānodrošina sistēmas ar augstāku skābekļa līmeni vai zemāku tīrību un plānākām sienām.

Dejonizēta ūdens temperatūras ieteicamais vatu blīvuma diapazons Maksimālais ieteicamais 316 apvalka sienas biezums Paredzamais kalpošanas laiks pie maksimālā biezuma Kļūmes režīms pie maksimālā biezuma Alternatīvais ieteikums 80–90 grādi 8–12 W/cm2 1.8 {101} 8–10 W/cm pielietojums 80 – 90 grādi 12 – 15 W/cm2 1.4 mm 6 – 8 gadi Korozija plus termiskais spriegums Standarta ieteikums 90 – 100 grādi 6 – 10 W/cm2 1.6 mm 5 – 7 gadi Virsmas defektu iedobums Samaziniet vatu blīvumu ilgākam mūžam
90 – 100 grādi 10 – 12 W/cm² 1,2 mm 4 – 6 gadi Vispārējā korozija Tipiskākā specifikācija 100 – 120 grādi 4 – 8 W/cm² 1,2 mm 3 – 5 gadi Paātrināta korozija Apsveriet titāna apvalku
100–120 grādi 8–10 W/cm² 1,0 mm 2–3 gadi Korozijas nogurums Ieteicams uzlabot sakausējumu
>120 grādi<5 W/cm² Not advisable Unpredictable Sudden localised corrosion Use titanium or alloy C-276
Dejonizētam ūdenim, kura temperatūra pārsniedz 100 grādus, inženieriem nopietni jāapsver jaunināšana no 316 nerūsējošā tērauda uz titānu vai augsta -niķeļa sakausējumu, piemēram, 22. sakausējumu. Titānam ir korozijas ātrums augstas temperatūras de-jonizētā ūdenī, kas ir par divām kārtām mazāks par 316. Tas nodrošina ievērojami plānāku sienu kalpošanas laiku. Titāna augstākās sākotnējās izmaksas bieži tiek kompensētas ar retāku nomaiņu un bez metāla piesārņojuma riska jutīgās darbībās.

Dizaina izmaiņas, lai palielinātu kalpošanas laiku, nepalielinot caurules sieniņu biezumu
Ja ir nepieciešams biezs 316 apvalks mehānisku iemeslu dēļ, piemēram, spiediena ierobežošanas vai vibrācijas izturības dēļ dejonizētā ūdenī, ir trīs konstrukcijas pielāgojumi, kas var kompensēt paaugstinātas virsmas temperatūras izraisītu paātrinātu koroziju. Pirmais un visefektīvākais ir samazināt vatu blīvumu. Apvalka ārējās virsmas temperatūras pazemināšanās par aptuveni 10–15 grādiem, samazinot vatu blīvumu no 12 W/cm² līdz 6 W/cm², noved pie korozijas ātruma samazināšanās par 30–40%. Kompromiss ir tāds, ka jums būs nepieciešami garāki vai lielāki sildītāji, lai iegūtu tādu pašu kopējo jaudu. Otrā izmaiņa ir apvalka virsmas pasivēšana pēc tās izgatavošanas. Slāpekļskābes vai citronskābes pasivācijas apstrāde novērš brīvo dzelzi un virsmas piemaisījumus, lai radītu vienmērīgāku un stabilāku pasīvo pārklājumu, kas ir izturīgs pret korozijas sākšanos. Kontrolētos testos pasivētie 316 apvalki uzrādīja korozijas ātrumu, kas ir par 20-30% zemāks nekā nepasivētiem paraugiem dejonizētā ūdenī. Trešā izmaiņa ir ūdens ķīmijas kontrole. Saglabājiet izšķīdušā skābekļa līmeni zem 5 daļām uz miljardu. Lai to paveiktu, izmantojiet slāpekļa pārklājumu vai vakuuma degazēšanu. Tas samazina katoda reakcijas ātrumu un kavē koroziju. Bet ļoti zems skābekļa līmenis var izraisīt arī pasīvās plēves nestabilitāti. Tāpēc vislabākais ir ierobežots logs 5–50 daļas uz miljardu. Šie pielāgojumi nav iespējami lielākajai daļai dejonizēta ūdens sistēmu, un sienu biezuma kontrole ir galvenais līdzeklis, lai kontrolētu korozijas ilgumu. Tā vietā, lai izvēlētos sienas biezumu saskaņā ar mehāniskajiem īkšķa noteikumiem, inženieriem jāinformē sildītāja ražotājs par nepieciešamo kalpošanas laiku un jāpieprasa aprēķinātā korozijas pielaide, pamatojoties uz paredzamo darba temperatūru un vatu blīvumu.