Kāds ir nepieciešamais apvalka biezums 316 nerūsējošā tērauda iegremdējamiem sildītājiem pārtikā-Kaustiskajos mazgāšanas šķīdumos (pH > 12)?

Pamata kompromiss augsta sārma līmeņa servisā

Kodīgos mazgāšanas šķīdumus, nātrija hidroksīdu (NaOH) vai kālija hidroksīdu (KOH), pārtikas pārstrādes uzņēmumi bieži izmanto 1–5% koncentrācijā un 70–90 grādu temperatūrā, lai notīrītu tvertnes, caurules un iekārtas no organiskajiem atkritumiem. 316 nerūsējošā tērauda elektriskie iegremdējamie sildītāji ir tieši iegremdēti šajos sārmainos šķīdumos, un materiālam ir laba vispārējā izturība pret koroziju, jo tiek izveidots stabils pasīvs pārklājums. Tomēr divi atteices režīmi apdraud caurules integritāti: kaustiskā sprieguma korozijas plaisāšana (CSCC) paaugstinātā temperatūrā un lokalizēts uzbrukums hlorīdu klātbūtnē, kas var būt no agrākiem mazgāšanas cikliem. Apvalka biezums ietekmē gan izturību pret lūzumu iespiešanos, gan apkures termisko efektivitāti. Izmantojot empīriskos korozijas datus, siltuma pārneses aprēķinus un nozares prasības sanitāro iekārtu projektēšanai, pētījumā tiek noteikts nepieciešamais sieniņu biezuma diapazons pārtikas kaustikas apkalpošanai.

Kaustiskā korozija un sienas biezuma aizsargājošā iedarbība

316 nerūsējošajam tēraudam ir ārkārtīgi zems vienmērīgs korozijas ātrums tīros kodīgos šķīdumos (pH 12-14) temperatūrā, kas zemāka par 90 grādiem, parasti mazāka par 0,02 mm/gadā. Augstās hroma un molibdēna koncentrācijas saglabā pasīvo hidroksīda slāni, kas ir izturīgs pret šķīšanu. Teorētiski 1,0 mm siena vienveidīga uzbrukuma gadījumā izturētu 50 gadus. Reālais risks ir kaustiskā sprieguma korozijas plaisāšana, kas prasa vienlaicīgu trīs apstākļu klātbūtni: jutīgs materiāls (austenīta nerūsējošais tērauds), augsts stiepes spriegums (vai nu paliek cauruļu veidošanās vai termiskās cikla rezultātā) un koncentrēta kodīga vide (bieži vien šķidruma un tvaika saskarnē vai zem izžuvušām nogulsnēm). Pēc sākuma CSCC izplatās transgranulāri ar ātrumu 0,1–0,5 mm gadā. Ja lūzums izaug ar ātrumu 0,3 mm/gadā apkures caurulē ar sieniņu biezumu 1,2 mm, tas perforētu 4 gadu laikā. Palielinot sienu līdz 2,0 mm, laiks līdz plaisu iespiešanai palielinās līdz aptuveni sešiem līdz septiņiem gadiem, pieņemot tādu pašu plaisu augšanas ātrumu. Nozīmīgākām, biezākām sienām ir lielāks šķērsgriezums stiepes slodzes izkliedēšanai. Atlikušais loka spriegums no iekšējā spiediena ir σ=P⋅ri/tσ=P⋅ri​/t, kur PP ir iekšējais spiediens, riri iekšējais rādiuss un tt sienas biezums. Biezuma dubultošana samazina spriegumu uz pusi, kā arī samazina spiedes spēku lūzumu attīstībai. Tipiskam noslēgtam sildītājam ar iekšējo spiedienu 2 bāri darba temperatūrā loka spriegums ir aptuveni 10 MPa sienas biezumam 1,0 mm un tikai 5 MPa sienas biezumam 2,0 mm. Šāda stresa mazināšana ievērojami samazina CSCC starta iespējamību. Tomēr dizaineriem jāapzinās, ka pretestības stieples, magnija oksīda izolācijas un apvalka termiskās izplešanās neatbilstība var izraisīt papildu spriegumus, ko nevar pilnībā novērst biezākas sienas.

Termiskās efektivitātes prasības pārtikas pārstrādei

Pārtikas kvalitātes kodīgas mazgāšanas cikli bieži ir jutīgi pret laiku. Lai izpildītu ražošanas grafikus, tīrīšanas tvertnei, iespējams, šķīdums jāsasilda no 20 grādiem līdz 80 grādiem 30 -45 minūšu laikā. Biezākas sienas nozīmē lēnāku siltuma pārnesi, kas noved pie garākiem apkures cikliem un lielāku enerģijas patēriņu. 316 nerūsējošā tērauda caurulei ar ārējo diametru 12 mm, paplašinot sienu no 1,2 mm līdz 2,0 mm, termiskās pretestības koeficients ln(ro/ri)ln(ro/ri) mainās no 0,223 līdz 0,405, kas ir par 82% pieaugums. 200 l kaustiskās vannas sildīšanas laiks no 20 grādiem līdz 80 grādiem ar nemainīgu elektrisko jaudu 3 kW palielinās no aptuveni 35 minūtēm līdz 55 minūtēm. Šī aizkave ietekmē ražošanas jaudu un var izraisīt lielākas apkures bankas vai garākus cikla periodus. Arī paaugstinātā apvalka temperatūra biezāku sienu dēļ var izraisīt lokālu ūdens viršanu caurules virsmas tuvumā, koncentrējot kodīgos sāļus un nodrošinot apstākļus, kas izraisa CSCC. Ar 2,0 mm sienu apvalka temperatūra būs lielāka par 115 grādiem, un ar 1,2 mm sienu tā tuvosies 95 grādiem pie 5 W/cm 2 80 grādu kodīgā šķīdumā. Ja temperatūra pārsniedz 100 grādus, var rasties lokāla plēves vārīšanās, kas palielina kaustiskās koncentrācijas risku tvaiku un šķidruma saskarnē. Tātad biezāku sienu siltumenerģijas izmaksas nav tikai efektivitātes jautājums, tas tieši ietekmē korozijas risku.

Kodīgo mazgāšanas šķīdumu izvēles ceļvedis, pamatojoties uz scenāriju-

Zemāk esošajā tabulā ir norādīti ieteicamie apvalku biezumi 316 nerūsējošā tērauda iegremdējamiem sildītājiem pārtikas kaustiskajā režīmā, pamatojoties uz šķīduma koncentrāciju, darba temperatūru un termisko ciklu skaitu dienā.

Ekspluatācijas apstākļi un darba cikls Ieteicamais sienas biezums termiski un korozijas{0}}izlaidumi 1–2 % NaOH, 70–80 grādi, 1–2 cikli dienā, 5 gadu kalpošanas laiks 1,5 mm Vienmērīga korozija minimāla. Neliels CSCC risks. 1.5 mm pieļauj 0,75 mm plaisu veidošanos pie 0,15 mm/gadā. Mērens siltuma pārneses sods (40% pret . 1.0 mm).
3–5% KOH, 80–90 grādi, 3–4 cikli dienā, 7 gadu kalpošanas laiks 2,0 mm Augstāka temperatūra palielina CSCC risku 2,0 mm samazina stīpas spriegumu par 40% pret . 1.2 mm, nodrošina lūzumu iespiešanās barjeru. Sildītāja banka ir pārāk liela. Uzkarsēšanas laiks par 50-60% ilgāks.
5 % NaOH ar neregulāriem hlorīdiem (no skalošanas pārnešanas), 85 grādi, 2 gadu kalpošanas laiks 2,5 mm Hlorīdi kodīgajā vielām palielina bedrīšu veidošanos un CSCC. Bieza siena korozijas pielaidei (bedres dziļums 0,2-0,3 mm/gadā). Smags termiskais sods (100%+). Pārbaudiet, vai sildīšanas laiks joprojām ir saprātīgs.
Jebkura koncentrācija, pilnībā iztukšota pēc katra cikla, periodiska kodīga lietošana (reizi nedēļā) 1,2–1,5 mm Žāvēšana un nosusināšana noņem kodīgo slāni, novēršot CSCC risku pārtraukuma -periodos. Vēlamā plānā siena ātrai uzsilšanai-. Standarta sanitārā sildītāja biezums ir pietiekams.
Citi papildu dizaina faktori, izņemot sienas biezumu

Sienas biezumam vien nekad nevajadzētu būt kodīgas lietošanas apsvērumam. Četri bezmaksas pasākumi ievērojami pagarina caurules kalpošanas laiku, vienlaikus nodrošinot plānāku un termiski efektīvāku sienu. Pirmkārt, sprieguma samazināšanas atkvēlināšana - šķīduma atkausēšana sildītāju pēc liekšanas vai metināšanas samazina atlikušo stiepes spriegumu zem 150 MPa, samazinot CSCC nepieciešamo sprieguma komponentu. Sprieguma atvieglota 1,5 mm siena kodīgos apstākļos bieži vien nodrošina neatlaidinātu 2,5 mm sienu. Otrkārt, vatu blīvuma - ierobežojums, saglabājot virsmas vatu blīvumu<6 W/cm² limits sheath to liquid temperature difference to <20 °C and avoids localised boiling and caustic concentration. Third, the immersion depth - keeping the hot part completely covered eliminates the liquid-vapor contact, which is the most prevalent source of CSCC start. Fourth, periodic acid cleaning. Removal of dried caustic deposits by means of a dilute citric or phosphoric acid rinse will avoid the creation of concentrated caustic coatings that promote cracking. Proper grounding and cold end sealing finally guard against galvanic corrosion at the tank entrance point, a feature that is often missed yet contributes a substantial amount to premature failures.

Secinājums: nepieciešams norādīt biezumu, lai nodrošinātu uzticamu kodīgu servisu

The choice of sheath thickness for 316 stainless steel immersion heaters in food-grade caustic wash solutions is a trade-off between resistance to fracture propagation and thermal efficiency. For most continuous or daily cycle services using 2 to 4% caustic at 80 to 85°C, a thickness of 1.8 to 2.0 mm provides a service life of seven years with heat transfer penalties of less than 60%. If chlorides are present or the temperature is high (>90 grādi), tas pats jāpalielina līdz 2,5 mm. Sprieguma samazināšanas rūdīšana un mazāks vatu blīvums arī būtu jānorāda dizaineriem. Periodiskai lietošanai, kad sildītājs tiek iztukšots un iztīrīts pēc katras lietošanas reizes, parastais sanitārais biezums 1,2-1,5 mm ir pilnīgi piemērots, jo kodīgajai plēvei nav ļauts koncentrēties. Rakstot pirkuma specifikāciju, vienmēr norādiet maksimālo darba temperatūru, kaustiskās koncentrācijas diapazonu, dienas cikla biežumu un jebkādu hlorīda iedarbību no iepriekšējiem procesiem. Tas pārvērš pamatvajadzību pēc izmēriem par pilnīgu korozijas{8}}pārvaldības specifikāciju, kas skaidri saista sienas biezumu ar drošību un ražošanas efektivitāti pārtikas sārmainos apstākļos.