Em que combinação específica de concentração de hidróxido de sódio e temperatura da superfície da bainha uma bainha de aço inoxidável 316 de 2,0 milímetros experimenta penetração de corrosão ativa dentro de 18 meses em serviço de aquecedor de processamento têxtil de serviço contínuo?

Engenheiros de processo que trabalham com aquecedores elétricos de imersão para equipamentos de processamento têxtil, como máquinas de mercerização, faixas de redução cáustica e aquecedores de banho de tingimento, lidam com hidróxido de sódio em concentrações de 5% a 25% em temperaturas de 60 a 95 graus. Uma bainha de aço inoxidável 316 de 2,0 mm é frequentemente necessária para resistência mecânica contra contato com tecido e vibração do equipamento de processamento. No entanto, o revestimento passivo pode falhar sob certas combinações de concentração cáustica e temperatura elevada da superfície da bainha devido à densidade contínua de watts, resultando em corrosão geral ativa que rompe a parede de 2,0 mm em menos de 18 meses. Este artigo determina os pontos exatos quando uma bainha 316 de 2,0 mm requer substituição em serviço contínuo no processamento têxtil.

Transição de corrosão de 316 em temperaturas elevadas cáustica
O aço inoxidável 316 mostra uma transição passiva-ativa característica em soluções de hidróxido de sódio em função da concentração e da temperatura. As taxas de corrosão abaixo da temperatura de transição são inferiores a 0,1 mm/ano. As taxas podem ser mais de 1 mm por ano acima da mudança. A temperatura de transição a 10% de NaOH é de cerca de 90 graus. Com 15% de NaOH é 75°C. Com 20% de NaOH, cai para 65 graus. A 25% de NaOH a mudança acontece a 55 graus. A temperatura da superfície da bainha de um aquecedor de imersão de serviço contínuo é normalmente de 15 a 25 graus acima da temperatura da solução a granel devido à densidade de watts. Para um banho de mercerização têxtil a 18% de NaOH e volume de 70 graus, e com um aquecedor a 8 W/cm², a temperatura da superfície da bainha é de 85–90 graus, acima do limite de transição de 65 graus para 20% de NaOH. A corrosão ativa inicia na superfície da bainha e se propaga a taxas de 0,8–1,5 mm ano-1. Uma bainha de 2,0 mm penetraria até 1,0 mm (espessura estrutural mínima) em 0,7–1,2 anos, justificando a substituição em 18 meses.

Limites críticos de vida útil de 18 meses
Com base em testes de imersão de 316 amostras em soluções de hidróxido de sódio em temperaturas pertinentes à fabricação têxtil, as seguintes combinações de concentração cáustica e temperatura da superfície da bainha alcançam uma vida útil máxima de 18 meses para uma parede de 2,0 mm.

Concentração Hidróxido de Sódio, em peso. % Temperatura da solução a granel Temperatura da superfície da bainha a 6 W/cm2 (aumento de 15 graus) Taxa de corrosão esperada na temperatura da superfície Tempo para reduzir 2,0 mm a 1,0 mm Vida útil até substituição 5% 80 graus 95 graus 0.20 - 0.35 mm/ano 2.9 - 5.0 anos 3 - 6 anos 5% 85 graus 100 graus 0.35 - 0.60 mm/ano 1.7 - 2.9 anos 2 - 3.5 anos 5% 90 graus 105 graus 0.60 - 1.00 mm/ano 1.0 - 1.7 anos 1.2 - 2 anos
10% 70 graus 85 graus 0.15 - 0.25 mm/ano 4.0 - 6.7 anos 5 - 8 anos
10% 75 graus 90 graus 0,25 – 0,40 mm/ano 2,5 – 4,0 anos 3 – 5 anos
10% 80 graus 95 graus 0,40 – 0,70 mm/ano 1,4 – 2,5 anos 1,8 – 3 anos
10% 85 graus 100 graus 0.70 - 1.10 mm/ano 0.9 - 1.4 anos 1.2 - 1.8 anos
15% 60 graus 75 graus 0.20 - 0.35 mm/ano 2.9 - 5.0 anos 3 - 6 anos
15% 65 graus C 80 graus C 0,35 – 0,60 mm/ano 1,7 – 2,9 anos 2 – 3,5 anos
15% 70 graus 85 graus 0,60 – 1,00 mm/ano 1,0 – 1,7 anos 1,2 – 2 anos
15% 75 graus 90 graus 1,00 – 1,50 mm/ano 0,7 – 1,0 anos 0,8 – 1,2 anos 20% 50 graus 65 graus 0,25 – 0,40 mm/ano 2,5 – 4,0 anos 3 – 5 anos
20% 55 graus 70 graus 0,40 – 0,70 mm/ano 1,4 – 2,5 anos 1,8 – 3 anos
20% 60 graus 75 graus 0,70 – 1,20 mm/ano 0,8 – 1,4 anos 1,2 – 1,8 anos
20% 65 graus 80 graus 1,20 - 2,00 mm/ano 0,5 - 0,8 anos 0,6 - 1 ano 25% 45 graus 60 graus 0,35 - 0,60 mm/ano 1,7 - 2,9 anos 2 - 3,5 anos 25% 50 graus 65 graus 0,70 - 1,10 mm/ano 0,9 – 1,4 anos 1,2 – 1,8 anos
25% 55 graus 70 graus 1,20 – 2,00 mm/ano 0,5 – 0,8 anos 0,6 – 1 ano
Em um banho de mercerização têxtil (NaOH a 18%) a uma temperatura global de 65 graus, a superfície da bainha é de cerca de 80 graus para uma bainha de 2,0 mm a 6 W/cm2. A taxa de corrosão projetada é de 0,8–1,4 mm/ano, o que reduzirá a parede de 2,0 mm para 1,0 mm em 0,7–1,2 anos. A substituição de dezoito-meses é viável com procedimento cauteloso. Ao reduzir a temperatura global para 60 graus, a temperatura da superfície será reduzida para 75 graus, a taxa de corrosão para 0,6-1,0 mm por ano e a vida útil para 1,2-1,8 anos.

Envelope operacional seguro para cronograma de substituição de 18 meses
Para garantir pelo menos 18 meses de vida útil, antes que a redução da parede para 1,0 mm exija substituição, a temperatura máxima segura de hidróxido de sódio a granel para uma bainha 316 de 2,0 mm em várias densidades de watts é mostrada na tabela a seguir.

Densidade de Watt (aumento de temperatura) Temperatura aparente máxima para 10% NaOH Temperatura aparente máxima para 15% NaOH Temperatura aparente máxima para 18% NaOH Temperatura aparente máxima para 20% NaOH Temperatura bruta máxima para 25% NaOH
4 W/cm2 (aumento de 10 graus) 82 graus 72 graus 66 graus 62 graus 52 graus 6 W/cm2 (aumento de 15 graus) 77 graus 67 graus 61 graus 57 graus 47 graus 8 W/cm2 (aumento de 20 graus) 72 graus 62 graus 56 graus 52 graus 42 graus 10 W/cm2 (aumento de 25 graus) 67 graus 57 graus 51 graus 47 graus 37 graus
Para um banho de processamento têxtil de 18% de NaOH a uma temperatura de volume de 60 graus com 6 W/cm2 (elevação de 15 graus, superfície de 75 graus), o limite de volume seguro é de 61 graus -aceitável. A 65 graus com densidade de watts idêntica, o limite de segurança é ultrapassado e uma vida útil de 18 meses não é garantida.

Mudanças no projeto para extensão da vida útil nos últimos 18 meses
Se as condições de processamento têxtil exigirem concentrações cáusticas e temperaturas que limitem uma bainha 316 de 2,0 mm a uma vida útil de 18 meses, três ajustes podem prolongar a vida útil. A primeira é usar um aquecedor mais longo ou mais aquecedores para diminuir a densidade de watts. Passar de 6 W/cm 2 para 4 W/cm 2 reduz o aumento da temperatura da superfície de 15 graus para 10 graus e move a maioria das concentrações do regime de 1-1,5 anos para o regime de 1,5-2,5 anos . A segunda mudança é melhorar o fluxo da solução através da superfície do aquecedor. As bombas de agitação ou circulação podem limitar o aumento da temperatura da superfície em 40-60% devido ao fluxo turbulento, mantendo a bainha mais fria e no regime passivo. A terceira mudança é mudar para uma liga à base de níquel, como a Liga 600 ou a Liga 825. Esses materiais têm taxas de corrosão inferiores a 0,1 mm/ano em 25% de NaOH a 80 graus, levando a uma vida útil de 10+ anos. Para fábricas de processamento têxtil contínuo que sofrem perda de produção devido a falhas imprevistas no aquecedor, o custo incremental da atualização da liga é rapidamente recuperado. Ao especificar aquecedores para uso em têxteis cáusticos, sempre indique a concentração correta de NaOH, a temperatura aparente, o ciclo de trabalho estimado e o intervalo de substituição desejado. O limite de substituição de 18 meses para uma bainha 316 de 2,0 mm é uma função previsível da concentração cáustica, temperatura aparente e densidade de watts e permite uma previsão precisa da vida útil do aquecedor em operações de mercerização e redução cáustica.