À quelle combinaison spécifique de concentration d'hydroxyde de sodium et de température de surface de la gaine une gaine en acier inoxydable 316 de 1,6 millimètre doit-elle être remplacée tous les 12 mois lors d'un service de chauffage de buse de nettoyage de réservoir ?

Les ingénieurs de maintenance responsables des systèmes de nettoyage des réservoirs dans les installations de transformation des aliments, de fabrication de boissons et de produits chimiques placent généralement des thermoplongeurs électriques dans les réservoirs de solution de nettoyage pour maintenir la température des détergents. Le principal agent de nettoyage est l'hydroxyde de sodium, généralement utilisé à des concentrations de 2 à 5 % et à des températures de 70 à 85 degrés. Ces appareils de chauffage utilisent généralement une gaine en acier inoxydable 316 de 1,6 mm qui offre un bon compromis entre résistance à la corrosion et durabilité mécanique contre l'impact des buses de pulvérisation. Cependant, une corrosion accrue, due à certaines combinaisons de concentration caustique et de température élevée de la surface de la gaine (densité en watts), peut raccourcir la durée de vie à 12 mois ou moins. Cet article définit précisément les points auxquels une gaine 316 de 1,6 mm doit être remplacée annuellement pour le service de chauffage des buses de nettoyage des réservoirs.

Comportement de corrosion caustique du 316 à des températures de surface élevées
À des températures allant jusqu'à 80 degrés, l'acier inoxydable de type 316 est passif dans les solutions d'hydroxyde de sodium dont les concentrations sont inférieures à 5 % et présente des taux de corrosion inférieurs à 0,1 mm/an. Cependant, avec l’augmentation du flux thermique, la température de la surface de la gaine augmente et le film passif est moins stable. Le taux de corrosion dans 3 % de NaOH à une température de surface de 85 degrés est inférieur à 0,1 mm par an. Elle monte jusqu'à 0,2-0,4 mm chaque année à 95 degrés. elle est de 0,5 à 1,0 mm par an à 105 degrés. Les taux sont supérieurs à 2 mm/an à 115 degrés. Avec une gaine de 1,6 mm, la pénétration de la corrosion jusqu'à 1,0 mm (épaisseur structurelle minimale pour la plupart des applications) prend 1 à 2 ans à raison de 1 mm par an. Le seuil de remplacement de 12 mois est atteint lorsque la combinaison de la concentration caustique et de la température de la surface de la gaine donne un taux de corrosion d'environ 0,6 à 0,8 mm par an, consommant la paroi de 1,6 mm à 1,0 mm en 12 mois.

Seuils critiques de durée de vie de conception (12 mois)
Sur la base de tests d'immersion de 316 échantillons dans des solutions d'hydroxyde de sodium à des températures pertinentes pour le service de nettoyage des réservoirs, les combinaisons suivantes de concentration caustique et de température de surface de la gaine offrent une durée de vie maximale de 12 mois pour une paroi de 1,6 mm.

Concentration d'hydroxyde de sodium (% en poids) Température de la solution globale Température de surface de la gaine à 8 W/cm² (augmentation de 20 degrés) Taux de corrosion attendu à la température de surface Temps de réduction 1,6 mm à 1,0 mm Durée de vie jusqu'au remplacement 2 % 70 degrés 90 degrés 0,15 – 0,25 mm/an 2,4 – 4,0 ans 3 – 5 ans 2 % 80 degrés 100 degrés 0,30 – 0,50 mm/an 1,2 – 2,0 ans 1,5 – 2,5 ans 2 % 85 degrés 105 degrés 0,50 – 0,80 mm/an 0,75 – 1,2 ans 1 – 1,5 ans 3 % 70 degrés 90 degrés 0,20 – 0,35 mm/an 1,7 – 3,0 ans 2 – 3,5 ans 3 % 75 degrés 95 degrés 0,35 – 0,60 mm/an 1,0 – 1,7 ans 1,2 – 2 ans 3 % 80 degrés 100 degrés 0,60 – 1,00 mm/an 0,6 – 1,0 ans 0,8 – 1,2 ans 4 % 65 degrés 85 degrés 0,25 – 0,40 mm/an 1,5 – 2,4 ans 1,8 – 3 ans 4 % 70 degrés 90 degrés 0,40 – 0,70 mm/an 0,9 – 1,5 ans 1 – 1,8 ans 4 % 75 degrés 95 degrés 0,70 – 1,20 mm/an 0,5 – 0,9 ans 0,6 – 1 an 5 % 60 degrés 80 degrés 0,30 – 0,50 mm/an 1,2 – 2,0 ans 1,5 – 2,5 ans 5 % 65 degrés 85 degrés 0,50 – 0,85 mm/an 0,7 – 1,2 ans 0,8 – 1,5 ans 5 % 70 degrés 90 degrés 0,85 – 1,50 mm/an 0,4 – 0,7 ans 0,5 – 0,8 ans
La température de surface de la gaine dans un système de nettoyage de réservoir NaOH à 3 % à une température globale de 80 degrés avec une gaine de 1,6 mm à 8 W/cm2 est d'environ 100 degrés. Le taux de corrosion projeté est de 0,6 à 1,0 mm par an, réduisant le mur à 1,0 mm en 0,6 à 1,0 an. Remplacement correct dans douze mois. La température globale à 75 degrés réduit la température de surface à 95 degrés, réduit le taux de corrosion à 0,35 à 0,60 mm/an et augmente la durée de vie à 1,2 à 2 ans.

Enveloppe de fonctionnement sécuritaire pour un calendrier de remplacement sur 12 mois
Le tableau ci-dessous indique la température maximale de sécurité de l'hydroxyde de sodium pour une gaine 316 de 1,6 mm à différentes densités de watts qui garantira une durée de vie d'au moins 12 mois avant que l'épaisseur de la paroi ne descende en dessous de 1,0 mm nécessitant un remplacement.

Densité de watts (augmentation de la température) Max. Température en vrac. pour 2% NaOH Max. Température en vrac. pour 3% NaOH Max. Température en vrac. pour 4% NaOH Max. Température en vrac. pour 5 % de NaOH
4 W/cm2 (augmentation de 10 degrés) 88 degrés 82 degrés 78 degrés 72 degrés 6 W/cm2 (augmentation de 15 degrés) 83 degrés 77 degrés 73 degrés 67 degrés 8 W/cm2 (augmentation de 20 degrés) 78 degrés 72 degrés 68 degrés 62 degrés 10 W/cm2 (augmentation de 25 degrés) 73 degrés 67 degrés 63 degrés 57 degrés 12 W/cm2 (élévation de 30 degrés) 68 degrés 62 degrés 58 degrés 52 degrés
Pour un système de nettoyage de réservoir typique avec 3 % de NaOH à une température globale de 75 degrés et 8 W/cm² (augmentation de 20 degrés, surface de 95 degrés), la limite de sécurité en vrac est de 72 degrés. À 75 degrés, le chauffage est au-dessus de la limite de sécurité et ne permet pas une durée de vie de 12 mois. La réduction de la densité en watts à 6 W/cm2 (augmentation de 15 degrés, surface de 90 degrés) offre une limite de sécurité de 77 degrés, donc 75 degrés sont bons pour un remplacement sur 12 mois.

Modifications de conception pour prolonger la durée de vie au-delà de 12 mois
Trois réglages peuvent prolonger la durée de vie d'une gaine 316 de 1,6 mm jusqu'à 12 mois dans des conditions de nettoyage de réservoir. La première consiste à utiliser un appareil de chauffage plus long pour réduire la densité en watts. 8 W/cm 2 à 4 W/cm 2 , l'augmentation de la température de surface est réduite de 20 degrés à 10 degrés, passant du régime d'un an au régime de 2-3 ans. Le deuxième changement consiste à fonctionner sur une base intermittente. Si un chauffage fonctionne 4 heures par jour au lieu de 24 heures par jour, sa durée de vie sera 6 fois plus longue en termes calendaires. Le troisième changement est l'introduction d'un inhibiteur de corrosion. Les silicates ou les phosphates à 100-200 ppm peuvent réduire les taux de corrosion de 30 à 50 %. Lorsque 4 % de NaOH à 80 degrés sont nécessaires pour fonctionner en continu, la mise à niveau vers l'alliage 600 ou l'alliage 825, capable de maintenir des taux de corrosion inférieurs à 0,1 mm par an dans ces conditions, doit être envisagée par les ingénieurs. Mentionnez toujours la concentration maximale de caustique, la température globale, le cycle de service et l'intervalle de remplacement souhaité lors de la spécification des réchauffeurs pour le service de nettoyage du réservoir. Si un fabricant suggère 316 pour 4 % de NaOH à 85 degrés mais ne mentionne pas le déclassement de la densité en watts, il ne donne pas de conseils compétents. Le seuil de remplacement de 12 mois peut être prédit en fonction de la concentration caustique, de la température globale et de la densité en watts, permettant ainsi une prévision fiable de la durée de vie du réchauffeur et une planification de la maintenance.