ความหนาของเปลือกที่จำเป็นสำหรับเครื่องทำความร้อนแบบแช่สแตนเลส 316 ในอาหารคือเท่าใด-น้ำยาล้างโซดาไฟเกรด (pH > 12)

การแลกเปลี่ยนขั้นพื้นฐานในบริการที่เป็นด่างสูง

สารละลายล้างโซดาไฟ โซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) หรือโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ (KOH) มักใช้ในโรงงานแปรรูปอาหารที่ความเข้มข้น 1-5% และอุณหภูมิ 70-90 องศา เพื่อทำความสะอาดถัง ท่อ และอุปกรณ์ของขยะอินทรีย์ เครื่องทำความร้อนแบบจุ่มไฟฟ้าที่ทำจากสเตนเลสสตีล 316 จะถูกจุ่มลงในสารละลายอัลคาไลน์เหล่านี้โดยตรง และวัสดุนี้แสดงให้เห็นถึงความต้านทานการกัดกร่อนโดยทั่วไปที่ดี เนื่องจากการสร้างการเคลือบแบบพาสซีฟที่มีความเสถียร อย่างไรก็ตาม โหมดความล้มเหลวสองโหมดอาจเป็นอันตรายต่อความสมบูรณ์ของท่อ: การกัดกร่อนจากการกัดกร่อนที่เกิดจากความเครียดจากการกัดกร่อน (CSCC) ที่อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น และการโจมตีเฉพาะจุดเมื่อมีคลอไรด์ซึ่งอาจมีอยู่จากรอบการซักก่อนหน้านี้ ความหนาของฝักส่งผลต่อทั้งความต้านทานต่อการแตกหักและประสิทธิภาพเชิงความร้อนของการทำความร้อน การใช้ข้อมูลการกัดกร่อนเชิงประจักษ์ การคำนวณการถ่ายเทความร้อน และข้อกำหนดทางอุตสาหกรรมในการออกแบบอุปกรณ์สุขาภิบาล การวิจัยจะกำหนดช่วงความหนาของผนังที่จำเป็นสำหรับบริการกัดกร่อนเกรดอาหาร

พฤติกรรมการกัดกร่อนของสารกัดกร่อนและผลการป้องกันความหนาของผนัง

สแตนเลส 316 มีอัตราการกัดกร่อนสม่ำเสมอต่ำมากในสารละลายกัดกร่อนบริสุทธิ์ (pH 12-14) ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 90 องศา ซึ่งปกติแล้วจะน้อยกว่า 0.02 มม./ปี โครเมียมและโมลิบดีนัมที่มีความเข้มข้นสูงช่วยรักษาชั้นไฮดรอกไซด์แบบพาสซีฟที่ทนทานต่อการละลาย ตามทฤษฎีแล้ว ผนังหนา 1.0 มม. จะสามารถทนได้นานถึง 50 ปีภายใต้การโจมตีแบบสม่ำเสมอเพียงอย่างเดียว ความเสี่ยงที่แท้จริงคือการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้นกัดกร่อน ซึ่งจำเป็นต้องมีเงื่อนไขสามประการพร้อมกัน: วัสดุที่ไวต่อการสัมผัส (เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก) ความเค้นแรงดึงสูง (ทั้งตกค้างจากการขึ้นรูปท่อหรือจากการหมุนเวียนด้วยความร้อน) และสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อนเข้มข้น (มักอยู่ที่ส่วนต่อประสานระหว่างของเหลวกับไอหรือภายใต้คราบแห้ง) เมื่อเริ่มต้นแล้ว CSCC จะแพร่กระจายแบบ transgranularly ในอัตรา 0.1–0.5 มม./ปี หากการแตกหักเพิ่มขึ้นที่ 0.3 มม./ปีในท่อทำความร้อนที่มีความหนาของผนัง 1.2 มม. มันจะเกิดรูพรุนใน 4 ปี การเพิ่มผนังเป็น 2.0 มม. จะทำให้เวลาในการเจาะรอยแตกร้าวเพิ่มขึ้นเป็นประมาณ 6 ถึง 7 ปี โดยสมมติว่ามีอัตราการเติบโตของรอยแตกเท่าเดิม ผนังที่หนากว่าและมีความสำคัญมากกว่าจะให้พื้นที่หน้าตัดที่ใหญ่กว่าเพื่อกระจายแรงดึง ความเค้นของห่วงตกค้างจากความดันภายในคือ σ=P⋅ri/tσ=P⋅ri​/t โดยที่ PP คือความดันภายใน riri​ คือรัศมีภายใน และ tt ความหนาของผนัง การเพิ่มความหนาเป็นสองเท่าจะช่วยลดแรงตึงลงครึ่งหนึ่ง และยังลดแรงผลักดันให้เกิดการแตกหักอีกด้วย สำหรับเครื่องทำความร้อนแบบปิดผนึกทั่วไปที่มีแรงดันภายใน 2 บาร์ที่อุณหภูมิใช้งาน ความเค้นของห่วงจะอยู่ที่ประมาณ 10 MPa สำหรับความหนาของผนัง 1.0 มม. และเพียง 5 MPa สำหรับความหนาของผนัง 2.0 มม. การบรรเทาความเครียดดังกล่าวช่วยลดโอกาสที่ CSCC จะเริ่มต้นได้อย่างมาก อย่างไรก็ตาม ผู้ออกแบบควรตระหนักว่าการขยายตัวทางความร้อนที่ไม่ตรงกันระหว่างลวดต้านทาน ฉนวนแมกนีเซียมออกไซด์ และเปลือกสามารถกระตุ้นให้เกิดความเครียดเพิ่มเติมซึ่งผนังที่หนากว่าไม่ได้บรรเทาลงโดยสิ้นเชิง

ข้อกำหนดประสิทธิภาพเชิงความร้อนสำหรับการแปรรูปอาหาร

รอบการล้างด้วยสารกัดกร่อนเกรดอาหารมักจะคำนึงถึงเวลา เพื่อให้เป็นไปตามกำหนดการผลิต ถังทำความสะอาดอาจต้องนำสารละลายที่มีอุณหภูมิตั้งแต่ 20 องศาถึง 80 องศาใน 30-45 นาที ผนังที่หนาขึ้นหมายถึงอัตราการถ่ายเทความร้อนที่ช้าลง ซึ่งนำไปสู่รอบการทำความร้อนที่ยาวนานขึ้นและการใช้พลังงานที่สูงขึ้น สำหรับท่อสแตนเลส 316 ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก 12 มม. การขยายผนังจาก 1.2 มม. เป็น 2.0 มม. อัตราส่วนความต้านทานความร้อนจะเปลี่ยน ln(ro/ri)ln(ro​/ri​) จาก 0.223 เป็น 0.405 ซึ่งเพิ่มขึ้น 82% เวลาทำความร้อนของอ่างโซดาไฟ 200 ลิตรจาก 20 องศาถึง 80 องศาที่เอาต์พุตไฟฟ้าคงที่ 3 kW เพิ่มขึ้นจากประมาณ 35 นาทีเป็น 55 นาที ความล่าช้านี้ส่งผลต่อปริมาณงานการผลิต และอาจนำไปสู่การให้ความร้อนที่ใหญ่ขึ้นหรือรอบระยะเวลาการทำงานที่นานขึ้น นอกจากนี้ อุณหภูมิของเปลือกที่สูงขึ้นเนื่องจากผนังที่หนาขึ้นอาจส่งผลให้น้ำเดือดเฉพาะจุดใกล้กับพื้นผิวท่อ ทำให้เกลือกัดกร่อนเข้มข้น และจัดเตรียมสถานการณ์ที่เริ่มต้น CSCC ด้วยผนัง 2.0 มม. อุณหภูมิของเปลือกจะมากกว่า 115 องศา และผนัง 1.2 มม. อุณหภูมิจะเข้าใกล้ 95 องศาที่ 5 วัตต์/ซม. 2 ในสารละลายกัดกร่อน 80 องศา การเดือดของฟิล์มเฉพาะจุดอาจเกิดขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงเกิน 100 องศา ซึ่งจะเพิ่มความเสี่ยงต่อความเข้มข้นของสารกัดกร่อนที่ส่วนต่อประสานระหว่างไอและของเหลว ดังนั้นต้นทุนความร้อนของผนังที่หนาขึ้นจึงไม่ได้เป็นเพียงปัญหาด้านประสิทธิภาพเท่านั้น แต่ยังส่งผลกระทบโดยตรงต่อความเสี่ยงในการกัดกร่อน

คู่มือการเลือกโซลูชัน Caustic Wash ตามสถานการณ์-

ตารางด้านล่างแสดงความหนาของเปลือกที่แนะนำสำหรับเครื่องทำความร้อนแบบแช่สแตนเลส 316 ในงานบริการกัดกร่อนเกรดอาหาร โดยขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารละลาย อุณหภูมิในการทำงาน และจำนวนรอบความร้อนต่อวัน

สภาพการทำงานและรอบการทำงาน ความหนาของผนังที่แนะนำ ความร้อนและการกัดกร่อน แลก-ลด 1-2 % NaOH, 70-80 องศา 1-2 รอบ/วัน อายุการใช้งาน 5 ปี 1.5 มม. การกัดกร่อนสม่ำเสมอน้อยที่สุด ความเสี่ยง CSCC เล็กน้อย. 1.5 มม. ทำให้เกิดรอยแตกร้าว 0.75 มม. ที่ 0.15 มม./ปี ค่าปรับการส่งผ่านความร้อนปานกลาง (40% เทียบกับ. 1.0 มม.)
3–5% KOH, 80–90 องศา , 3–4 รอบ/วัน, อายุการใช้งาน 7 ปี 2.0 มม. อุณหภูมิที่สูงขึ้นจะเพิ่มความเสี่ยงของ CSCC 2.0 มม. ลดความเค้นของห่วงลง 40 % เทียบกับ. 1.2 มม. ให้อุปสรรคในการเจาะทะลุ ธนาคารฮีตเตอร์ใหญ่เกินไป ระยะเวลาทำความร้อนนานขึ้น 50-60 %
NaOH 5 % พร้อมด้วยคลอไรด์เป็นครั้งคราว (จากการชะล้างสารพาหะ) 85 องศา อายุการใช้งาน 2 ปี คลอไรด์ 2.5 มม. ในการกัดกร่อนแบบรูพรุนและ CSCC ผนังหนา เผื่อการกัดกร่อน (ความลึกของหลุม 0.2-0.3 มม./ปี) โทษความร้อนรุนแรง (100%+) ตรวจสอบว่าเวลาในการทำความร้อนยังสมเหตุสมผล
ความเข้มข้นใดๆ เททิ้งให้หมดหลังจากแต่ละรอบ การใช้สารกัดกร่อนเป็นระยะๆ (สัปดาห์ละครั้ง) 1.2‑1.5 มม. การทำให้แห้งและการระบายออกจะขจัดชั้นที่มีฤทธิ์กัดกร่อนออกไป และขจัดความเสี่ยงของ CSCC ในระหว่างช่วงหยุด- ผนังบางที่ต้องการเพื่อให้ความร้อนได้เร็ว- ความหนาของเครื่องทำความร้อนสุขาภิบาลมาตรฐานก็เพียงพอแล้ว
ปัจจัยเสริมอื่นๆ ของการออกแบบ นอกเหนือจากความหนาของผนัง

ความหนาของผนังเพียงอย่างเดียวไม่ควรนำมาพิจารณาในการออกแบบบริการกัดกร่อน มาตรการฟรีสี่ประการช่วยยืดอายุการใช้งานของท่อได้มาก ขณะเดียวกันก็ช่วยให้ผนังบางลงและมีประสิทธิภาพในการระบายความร้อนมากขึ้น ประการแรก สารละลายการหลอมบรรเทาความเครียด - ที่จะหลอมฮีตเตอร์หลังจากการดัดงอหรือการเชื่อมจะช่วยลดความเค้นดึงที่ตกค้างให้ต่ำกว่า 150 MPa ซึ่งจะช่วยลดองค์ประกอบความเค้นที่จำเป็นสำหรับ CSCC ผนัง 1.5 มม. ที่ระบายความเค้นออกมักจะทำผนัง 2.5 มม. ที่ไม่อบอ่อนในสภาวะที่มีฤทธิ์กัดกร่อน ประการที่สอง ข้อจำกัดของความหนาแน่นของวัตต์ - การรักษาความหนาแน่นของวัตต์พื้นผิว<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.

สรุป: จำเป็นต้องระบุความหนาเพื่อการบริการโซดาไฟที่เชื่อถือได้

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 องศา ) ควรเพิ่มขนาดเดียวกันเป็น 2.5 มม. นักออกแบบควรระบุการบรรเทาความเครียดและความหนาแน่นของวัตต์ที่ต่ำกว่าด้วย สำหรับการใช้งานเป็นระยะๆ โดยมีการระบายและทำความสะอาดเครื่องทำความร้อนหลังการใช้งานแต่ละครั้ง ความหนาด้านสุขอนามัยปกติ 1.2-1.5 มม. ก็เพียงพอแล้ว เนื่องจากไม่อนุญาตให้มีความเข้มข้นของฟิล์มกัดกร่อน เมื่อเขียนข้อกำหนดการซื้อ ให้ระบุอุณหภูมิการทำงานสูงสุด ช่วงความเข้มข้นของสารกัดกร่อน ความถี่ของรอบการทำงานรายวัน และการสัมผัสคลอไรด์จากกระบวนการต้นทางเสมอ สิ่งนี้เปลี่ยนความต้องการมิติพื้นฐานให้เป็นข้อกำหนดการจัดการการกัดกร่อนที่สมบูรณ์-ซึ่งเชื่อมโยงความหนาของผนังกับความปลอดภัยและประสิทธิภาพการผลิตในสภาวะอัลคาไลน์เกรดอาหารอย่างชัดเจน