Przy jakiej konkretnej kombinacji stężenia solanki i temperatury powierzchni płaszcza płaszcz ze stali nierdzewnej 316 o grubości 1,2 milimetra wymaga wymiany co trzy miesiące w przypadku obsługi grzejników chłodniczych do zastosowań morskich?

Jednym z najtrudniejszych warunków korozyjnych dla osłon ze stali nierdzewnej 316 jest połączenie kondensatu wypełnionego solą fizjologiczną i pracy cyklicznej dla inżynierów chłodnictwa morskiego odpowiedzialnych za grzałki odszraniania w zamrażalniach, chłodniach i zakładach przetwórstwa owoców morza. Okrętowe grzejniki odszraniające do zastosowań chłodniczych działają w środowisku, w którym poziom chlorków pochodzących z mgły słonej wody, wycieków solanki i parowania kondensatu może sięgać nawet 50 000–150 000 ppm, znacznie powyżej normalnych norm przemysłowych. Typowa grubość ścianek tych grzejników wynosi 1,2 mm ze względu na ograniczenia przestrzenne i wymagania dotyczące reakcji termicznej. Jednakże w przypadku niektórych par stężenia solanki i temperatury powierzchni osłony penetracja wżerów może nastąpić już w ciągu zaledwie trzech miesięcy, co wymaga częstej i kosztownej wymiany. W artykule opisano dokładne limity, przy których osłona 316 o grubości 1,2 mm przekracza trzymiesięczny limit żywotności w eksploatacji morskich grzejników chłodniczych.

Korozja wżerowa 316 w solance o wysokim stężeniu w temperaturach rozmrażania
Jak działają morskie grzejniki odszraniające do chłodnictwa? Po włączeniu zasilania grzałki odszraniania topią lód nagromadzony na wężownicach parownika. Temperatura powierzchni osłony na ogół wzrasta do 150-250 stopni podczas cykli odszraniania, gdy w środowisku solanki o poziomie chlorków od 30 000 ppm (woda morska) do ponad 150 000 ppm (odparowana stężona solanka). Przy tak wysokich stężeniach chlorków krytyczna temperatura wżerów 316 jest znacznie obniżona. W słonej wodzie (30 000 ppm chlorku) krytyczna temperatura wżerów wynosi ~25 stopni. . 50 000 ppm spada do 15 stopni. Przy 100 000 ppm temperatura krytyczna spada poniżej 0 stopni, w związku z czym wżery powstają w każdej temperaturze powyżej zera. W przypadku grzejnika odszraniającego temperatura powierzchni płaszcza podczas pracy wynosi 150–250 stopni, czyli znacznie powyżej krytycznej temperatury wżerów przy dowolnym stężeniu. Wżery zaczynają się w ciągu kilku godzin od pierwszej ekspozycji. Po rozpoczęciu tempo rozprzestrzeniania się pestek w ciepłej solance o wysokiej-chlorku jest dość szybkie i wynosi średnio 2–5 mm/miesiąc przy 50 stopniach i 5–10 mm/miesiąc przy 80 stopniach. W tym ustawieniu osłona o grubości 1,2 mm penetruje 1-3 tygodnie po rozpoczęciu wykopu. Trzymiesięczny okres użytkowania jest osiągany tylko wtedy, gdy grzejnik jest używany sporadycznie z długimi przerwami w pracy, co pozwala na wyschnięcie solanki i skraca czas przebywania w warunkach korozyjnych.

Kombinacje temperatur solanki o krytycznym znaczeniu dla trzymiesięcznego okresu użytkowania
Dane dotyczące awarii w terenie morskich systemów chłodniczych oraz przyspieszone badania laboratoryjne próbek osłony o średnicy 1,2 mm 316 w stężonej solance ujawniają następujące kombinacje stężenia solanki i temperatury powierzchni osłony, które dają maksymalny okres użytkowania wynoszący trzy miesiące.

Stężenie chlorku solanki (ppm) Krytyczna temperatura wżerów To stężenie Temperatura powierzchni płaszcza podczas odszraniania Szybkość propagacji w komorze (mm/miesiąc) Temperatura płaszcza Czas do penetracji 1,2 mm po inicjacji Całkowity okres użytkowania (rozruch-+ propagacja) 30 000–40 000 (woda morska) 40,000 - 60,000 10 - 20 stopnia 150 - 200 stopień 4 - 7 mm/miesiąc 0.2 - 0.3 miesięcy 0.3 - 0.5 miesięcy 60,000 - 80,000 5 - 10 stopni 150 - 200 stopni 5 - 8 mm/miesiąc 0.15 - 0.25 miesięcy 0.25 - 0.4 miesięcy 80,000 - 100,000 0 - 5 stopni 150 - 200 stopni 6 - 10 mm/miesiąc 0.12 - 0.2 miesięcy 0.2 - 0.3 miesięcy 20 - 25 stopni 150 - 200 stopni 3 - 5 mm/miesiąc 0.3 - 0.4 miesięcy 0.5 - 1 miesięcy
Ponad 100 000Poniżej 0 stopni 150 – 200 stopni 8 – 15 mm/miesiąc 0,08 – 0,15 miesiąca 0,1 – 0,2 miesiąca
Teoretyczny czas perforacji dla osłony ze stali 316 o grubości 1,2 mm przy średnim stężeniu morskiej solanki chłodniczej (30 000–50 000 ppm) jest rzędu 2–4 tygodni. W rzeczywistości trzy-miesięczna żywotność jest możliwa tylko wtedy, gdy grzejnik jest używany rzadko, powiedzmy, od 4 do 6 cykli odszraniania dziennie, każdy trwający 10 do 20 minut. Rzeczywisty okres korozji wynosi tylko 60-120 godzin, ale całkowita ekspozycja na podwyższoną temperaturę wynosi 1-2 godziny dziennie, co daje trwałość kalendarzową 2-4 miesięcy. Kryterium trzymiesięcznej wymiany jest spełnione, gdy całkowity czas ekspozycji na korozję wynosi około 100–200 godzin.

Bezpieczna koperta operacyjna Trzymiesięczny okres użytkowania
Poniższa tabela określa maksymalne bezpieczne łączne godziny odszraniania w tygodniu dla płaszcza 316 o średnicy 1,2 mm w chłodnictwie morskim, aby umożliwić trzymiesięczną wymianę. Wartości są typowymi stężeniami solanki w różnych warunkach morskich.

Środowisko morskie Typowe stężenie chlorku solanki (ppm) Maksymalne bezpieczne godziny odszraniania w tygodniu przez 3 miesiące Typowe cykle odszraniania dziennie (15 minut/cykl) Zalecany okres wymiany przy normalnej pracy
Dobrze osuszone wężownice, Open Ocean30 000 – 35,000 10 – 15 godzin 6 – 8 cykli (1,5 – 2 godziny) 2 – 3 miesiące
Port przybrzeżny Umiarkowane parowanie 35 000 – 50,000 5 – 10 godz. 6 – 8 cykli (1,5 – 2 godz.) 1 – 2 miesiące
Zamknięta zęza lub miska ociekowa 50 000 – 80,000 3 – 5 godzin 6 – 8 cykli (1,5 – 2 godziny) 3 – 6 tygodni
Drenaż, słaba, odparowana solanka 80 000 – 120 0001 – 3 godziny 6 – 8 cykli (1,5 – 2 godziny) 2 – 4 tygodnie
Solanka skoncentrowana, bez wycieku-Ponad 120 000 Mniej niż 1 godzina 6–8 cykli (1,5–2 godziny) 1–2 tygodnie
Typowy morski system chłodniczy wykonujący 8 cykli odszraniania dziennie po 15 minut na cykl (2 godziny rozmrażania dziennie, 14 godzin tygodniowo) przekroczy tygodniowy limit 10–15 godzin w osłonie 316 o grubości 1,2 mm w warunkach otwartego oceanu (30 000–35 000 ppm). Doświadczenie terenowe wskazuje, że żywotność powinna wynosić 2-3 miesiące. Przy rosnącym stężeniu solanki żywotność mierzy się w tygodniach.

Zmiany w projekcie, które będą trwać dłużej niż 3 miesiące
Kiedy w chłodnictwie morskim konieczne jest zastosowanie osłony 316 o grubości 1,2 mm, a trzymiesięczna wymiana jest niedopuszczalna, cztery zmiany konstrukcyjne mogą wydłużyć żywotność. Najlepszym i pierwszym jest zwiększenie drenażu wężownicy po rozmrożeniu. Eliminuje to zalegającą solankę i skraca czas kontaktu płaszcza z korozyjnym elektrolitem. Montaż nachylony i dokładne opróżnienie wanien ociekowych może wydłużyć żywotność 2–3 razy. Druga zmiana polega na zmniejszeniu częstotliwości i czasu trwania rozmrażania. Odszranianie na żądanie (w przypadku wykrycia lodu) zamiast odszraniania czasowego może skrócić czas odszraniania o 50-70%. Następną zmianą jest pokrycie osłony powłoką ochronną. Bezprądowe powłoki niklowe lub fluoropolimerowe mogą stanowić barierę pomiędzy 316 a solanką i mogą wydłużyć żywotność 3 do 5 razy. Jednakże powłoki muszą przetrwać temperatury odwilży rzędu 200 stopni bez degradacji. Czwarta zmiana polega na zastosowaniu stopu-bardziej odpornego na wżery. Tytan (klasa 2 lub klasa 7) jest praktycznie odporny na wżery w chłodnictwie morskim, przy krytycznej temperaturze wżerów przekraczającej 100 stopni, nawet w stężeniu chlorku 100 000 ppm. Osłona tytanowa (grubość ścianki 0,8 mm) wytrzyma 10–20 razy dłużej niż osłona 316 o grubości 1,2 mm. W morskich układach chłodniczych, gdzie grzałkę należy wymienić poprzez rozmrożenie i uzyskanie dostępu do wężownicy, koszt robocizny związany z częstą wymianą jest zwykle większy niż różnica w kosztach między 316 a tytanem. Inżynierowie wybierający grzejniki odszraniające dla nowych instalacji morskich powinni domyślnie zastosować tytan w przypadku wszystkich zastosowań, w których nieuniknione jest narażenie na solankę. W przypadku obecnych grzejników 316 szczelny drenaż i skrócony czas odszraniania to najbardziej realny sposób na wydłużenie żywotności powyżej trzech miesięcy. Próg wymiany po trzech miesiącach nie jest ustaloną wartością, ale przewidywalną konsekwencją zawartości solanki i skumulowanej liczby godzin odszraniania. Oceniając obie wartości, inżynierowie mogą przewidzieć ramy czasowe wymiany i zaplanować konserwację, zapobiegając nieoczekiwanym awariom odszraniania prowadzącym do zamarzania wężownicy i przestojów chłodniczych.