X'inhu l-Ħxuna Massima Permissibbli tal-Ħitan tal-Għatja tal-Azzar Stainless 316 għal Heater tal-Immersjoni Elettrika f'Ilma Dejonizzat ta' Purità Għolja 'l fuq minn 90 Grad Celsius?

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 grad ) is-solubilità tal-qtar tal-ossiġnu u l-potenzjal tal-korrużjoni jiżdied li jirriżulta għal bidla minn korrużjoni passiva għal korrużjoni attiva. Il-ħxuna tal-ħajt tal-għata ta '316 tirregola l-allowance tal-korrużjoni matul il-ħajja tas-servizz tal-heater u t-temperatura tal-wiċċ għal ċerta densità ta' watt. L-istatistika ppubblikata tar-rata ta 'korrużjoni, flimkien ma' esperjenza prattika min-negozju ta 'l-ilma ultrapur, tintuża biex tiġi ddeterminata l-ħxuna massima aċċettabbli tal-ħajt għal 316 għant f'servizz ta' ilma dejonizzat ta 'purità għolja.

Mekkaniżmi ta 'Korrużjoni ta' 316 Stainless Steel f'Ilma Dejonizzat f'Temperatura Għolja
F'ilma dejonizzat ta' purità għolja (reżistività > 1 megohm-ċentimetru), il-konċentrazzjoni ta' joni ostili, bħal kloruri, hija baxxa ħafna. Iżda dak in-nuqqas ta 'melħ maħlul mhux bilfors jagħmel l-ilma faċli. Għal temperaturi ta 'aktar minn 80 grad, l-istainless steel 316 huwa suxxettibbli għal korrużjoni ġenerali u aktar serjament għal korrużjoni lokalizzata f'postijiet fejn il-film passiv jitkisser. Ir-rata ta 'korrużjoni fl-ilma dejonizzat hija relatata ma' Arrhenius, tiżdied b'madwar fattur ta 'tnejn għal kull żieda ta' 25 grad fit-temperatura. Ir-rata ta 'korrużjoni ġenerali ta' 316 f'ilma dejonizzat f'90 grad hija bejn wieħed u ieħor 0.02 sa 0.05 mm/sena. Ir-rata tiżdied għal 0.10-0.20 millimetri fis-sena f'120 grad C. F'150 grad ir-rata hija 0.30-0.50 mm/sena. Filwaqt li dawn ir-rati jistgħu jidhru baxxi, għal heater li huwa ddisinjat biex jaħdem kontinwament għal 5 sa 10 snin, rata ta 'xedd ta' 0.10 mm fis-sena tirrappreżenta 0.5 sa 1.0 mm ta 'ħxuna tal-ħajt. Il-ħxuna tal-għant inizjali ta '1.0 mm titnaqqas għal 0.5 mm wara ħames snin, meta l-integrità mekkanika tkun dubjuża. Is-sadid mhuwiex perfettament ugwali. Il-korrużjoni tal-pitting u xquq, speċjalment f'interfaces ta 'immuntar u żoni ta' weldjatura, tista 'tikkawża rati ta' penetrazzjoni lokalizzati darbtejn sa ħames darbiet akbar mir-rata ta 'korrużjoni ġenerali.

Effetti tal-Ħxuna tal-Ħitan u l-Ħajja tas-Servizz tal-Ilma Dejonizzat
Ir-relazzjoni bejn il-ħxuna tal-ħajt tal-għant 316 u l-ħajja tas-servizz f'ilma dejonizzat b'temperatura għolja hija kważi lineari jekk il-korrużjoni ġenerali hija l-mekkaniżmu primarju. Għal ħajja ta '5 snin f'95 grad b'rata ta' korrużjoni ta '0.04 mm/sena l-allowance ta' korrużjoni meħtieġa hija 0.20 mm. Dan bi ħxuna minima tal-ħajt strutturali ta '0.7 mm ifisser li hija meħtieġa ħxuna inizjali tal-ħajt ta' 0.9 mm. Ghat ta' 1.2 mm jagħti marġni ta' sigurtà ta' 0.3 mm 'il fuq mil-limitu ta' korrużjoni, u jagħti ħajja possibbli ta' aktar minn tmien snin. Iżda għal densità ta 'watt partikolari, ħitan eħxen ifissru temperaturi ogħla fuq il-wiċċ ta' barra. Temperaturi ogħla tal-wiċċ jaċċelleraw b'mod esponenzjali l-korrużjoni fl-ilma dejonizzat. Ghat ta' 2.0 mm f'10 W/cm² f'ilma ta' 95 grad jista' jkollu temperatura tal-wiċċ ta' barra ta' 115 grad. Ir-rata ta' korrużjoni f'din it-temperatura hija ta' madwar 0.08 mm fis-sena-doppju ta' dik tal-għant ta' 1.2 mm f'temperatura tal-wiċċ ta' 105 grad. L-għant eħxen jeħtieġ aktar konċessjoni ta 'korrużjoni, iżda wkoll jissaddad aktar malajr. Din l-interazzjoni tistabbilixxi ħxuna tal-ħajt ideali għall-akbar ħajja tas-servizz aktar milli relazzjoni monotonika. Id-dejta tal-korrużjoni ppubblikata ntużat biex tiġi kkalkulata l-aħjar ħxuna tal-ħajt tal-għant ta' 316 għal ħajja ta' servizz massima f'ilma dejonizzat ta' 95 grad f'10 W/ċm², li huwa tal-ordni ta' 1.4 mm. Konċessjoni ta 'korrużjoni ta' inqas minn 1.0 mm mhix biżżejjed. F'aktar minn 1.8 mm iż-żieda fil-korrużjoni minħabba t-temperatura tal-wiċċ akbar tiddomina l-materjal addizzjonali.

Ħxuna Massima tal-Ħitan Rakkomandata għal Servizz b'Ilma Dejonizzat
It-tabella li ġejja tagħti 316-il ħxuna ta' ħxuna ta' ħajt tal-għant massimu ssuġġerit għal ħiters ta' immersjoni elettriċi f'servizz ta' ilma dejonizzat ta' purità għolja-. Il-valuri huma għal tħaddim kontinwu, livelli ta' ossiġnu < 100 parti għal kull biljun, u reżistenza > 1 megohm-ċentimetru. Ir-rati ta 'korrużjoni jistgħu jkunu ogħla u għalhekk għandhom jiġu pprovduti sistemi b'livelli ogħla ta' ossiġnu jew purità aktar baxxa u ħitan irqaq.

Temperatura ta' Ilma Dejonizzat Firxa Rakkomandata ta' Densità ta' Watt Massimu Rakkomandat 316 Ħxuna tal-Ħitan tal-Għat Ħajja ta' Servizz Mistennija fil-Ħxuna Massima Modalità ta' Ħsara fil-Ħxuna Massima Rakkomandazzjoni Alternattiva 80 – 90 grad 8 – 12 W/cm2 1.8 mm 8 – 10 snin Applikazzjonijiet ġenerali korrużjoni twila – 8}0 snin 90 grad 12 – 15 W/ċm2 1.4 mm 6 – 8 snin Korrużjoni flimkien mal-istress termali Rakkomandazzjoni standard 90 – 100 grad 6 – 10 W/ċm2 1.6 mm 5 – 7 snin Ħofor fil-wiċċ difetti Naqqas id-densità tal-watt għal ħajja itwal
90 – 100 grad 10 – 12 W/ċm² 1.2 mm 4 – 6 snin Korrużjoni ġenerali L-aktar speċifikazzjoni tipika 100 – 120 grad 4 – 8 W/ċm² 1.2 mm 3 – 5 snin Korrużjoni aċċellerata Ikkunsidra għant tat-titanju
100 – 120 grad 8 – 10 W/ċm² 1.0 mm 2 – 3 snin Għeja mill-korrużjoni Liga ta’ titjib rakkomandat
>120 grad<5 W/cm² Not advisable Unpredictable Sudden localised corrosion Use titanium or alloy C-276
Għal applikazzjonijiet ta 'ilma dejonizzat lil hinn minn 100 grad, l-inġiniera għandhom jikkunsidraw bis-serjetà l-aġġornament minn 316 stainless steel għal titanju jew liga għolja tan-nikil bħal Alloy 22. It-titanju għandu rata ta' korrużjoni f'temperatura għolja ilma dejonizzat żewġ ordnijiet ta 'kobor inqas minn 316. L-ispiża inizjali ogħla tat-titanju ħafna drabi hija kkumpensata b'sostituzzjoni inqas frekwenti u l-ebda periklu ta 'kontaminazzjoni metallika f'operazzjonijiet sensittivi.

Bidliet fid-Disinn biex Iżżid il-Ħajja tas-Servizz Mingħajr Żieda fil-Ħxuna tal-Ħitan tal-Pipe
Meta 316 għant ħoxna hija meħtieġa għal raġunijiet mekkaniċi bħall-konfinament tal-pressjoni jew reżistenza għall-vibrazzjoni f'applikazzjoni ta 'ilma dejonizzat, hemm tliet aġġustamenti tad-disinn li jistgħu jikkumpensaw il-korrużjoni aċċellerata minn temperatura tal-wiċċ ogħla. L-ewwel u l-aktar effettiv huwa li timminimizza d-densità tal-watt. It-tnaqqis tat-temperatura tal-wiċċ ta 'barra tal-għant b'madwar 10-15 grad fi tnaqqis tad-densità tal-watt minn 12 W/cm² għal 6 W/cm² iwassal għat-tnaqqis tar-rata ta' korrużjoni bi 30-40%. Il-kompromess huwa li ser ikollok bżonn ħiters itwal jew akbar biex tikseb l-istess wattage ġenerali. It-tieni alterazzjoni hija li passivate l-wiċċ għant wara l-fabbrikazzjoni tiegħu. It-trattament tal-passivazzjoni tal-aċidu nitriku jew tal-aċidu ċitriku jelimina l-ħadid ħieles u l-impuritajiet tal-wiċċ biex jiġġenera kisi passiv aktar uniformi u stabbli li jirreżisti l-bidu tal-korrużjoni. F'testijiet ikkontrollati, 316 għant passivati ​​wrew rati ta' korrużjoni li huma 20-30% inqas minn dawk ta' kampjuni mhux passivati ​​f'ilma dejonizzat. It-tielet alterazzjoni hija l-kontroll tal-kimika tal-ilma. Żomm l-ossiġnu maħlul taħt 5 partijiet għal kull biljun. Uża nitroġenu blanketing jew degassing vakwu biex twettaq dan. Dan inaqqas ir-rata ta 'reazzjoni katodika u jinibixxi l-korrużjoni. Iżda livelli baxxi ħafna ta 'ossiġnu jistgħu jwasslu wkoll għal instabbiltà passiva tal-film. Allura tieqa limitata ta '5-50 parti għal kull biljun hija l-aħjar. Dawn l-aġġustamenti mhumiex possibbli għall-biċċa l-kbira tas-sistemi tal-ilma dejonizzat u l-kontroll tal-ħxuna tal-ħajt huwa l-mezz ewlieni għall-kontroll tal-ħajja tal-korrużjoni. Minflok ma jagħżlu ħxuna tal-ħajt skont ir-regoli mekkaniċi tal-kbir, l-inġiniera għandhom jinfurmaw lill-manifattur tal-heater dwar il-ħajja tas-servizz meħtieġa u jitolbu konċessjoni ta 'korrużjoni kkalkulata bbażata fuq it-temperatura operattiva antiċipata u d-densità tal-watt.