Ở sự kết hợp cụ thể nào giữa nồng độ xút và nhiệt độ bề mặt vỏ bọc, Vỏ bọc bằng thép không gỉ 1,2 mm 316 có trải nghiệm ăn mòn do ứng suất ăn da, ăn mòn, nứt trong dịch vụ gia nhiệt máy phân hủy công nghiệp giấy và bột giấy?

Việc sử dụng các kỹ sư quy trình chịu trách nhiệm về thiết bị gia nhiệt ngâm điện trong máy phân hủy giấy và bột giấy, sự kết hợp giữa natri hydroxit và natri sunfua ở nhiệt độ cao tạo ra một môi trường trong đó nứt do ăn mòn ứng suất ăn da là nguyên nhân chính gây ra hư hỏng. Vết nứt ăn da tạo ra vết nứt giữa các hạt giòn có thể thấm vào lớp vỏ 1,2 mm 316 trong vài tuần mà không có cảnh báo rõ ràng, không giống như rỗ hoặc ăn mòn thông thường. Quá trình nghiền giấy kraft sử dụng rượu trắng với 15–20% NaOH và 5–10% Na₂S ở nhiệt độ 150–170 độ. Những thiết bị gia nhiệt này thường có độ dày thành là 1,2 mm do không gian trong bình phân hủy bị hạn chế. Bài báo xác định sự kết hợp cụ thể giữa nồng độ chất ăn da và nhiệt độ bề mặt vỏ bọc mà tại đó vỏ bọc 1,2 mm 316 sẽ xuất hiện vết nứt do ăn mòn do ứng suất ăn da trong 1000 giờ làm việc liên tục.

Cơ chế ăn mòn ứng suất ăn mòn gây nứt trong 316
Vết nứt do ăn mòn ứng suất của thép không gỉ 316 đòi hỏi ba điều kiện: nồng độ xút trên giá trị ngưỡng, nhiệt độ trên ngưỡng nứt và ứng suất kéo. Phương pháp nén được sử dụng để nén vật liệu cách nhiệt MgO tạo ra lực kéo dư lớn trên bề mặt bên trong của vỏ bọc-thường là 150-250 MPa đối với tường 1,2 mm. Những ứng suất dư này là nguồn gốc của ứng suất kéo cần thiết để tạo ra vết nứt. Nồng độ xút để gây nứt ở 316 ở 150°C là khoảng 5% NaOH. Nhiệt độ ngưỡng giảm xuống 130°C ở NaOH 10%. Nứt ở NaOH 15% là trên 110 độ. Cracking ở NaOH 20% trên 100°C. Các điều kiện trong rượu trắng (15–20% NaOH, 150–170 độ) cao hơn nhiều so với ngưỡng nứt. Các vết nứt trong vỏ bọc 316 1,2 mm thường bắt đầu ở bề mặt bên trong nơi ứng suất dư cao nhất sau 100–500 giờ tiếp xúc. Sau khi hình thành, các vết nứt lan truyền với tốc độ 0,1–1,0 mm mỗi tuần, xuyên qua bức tường 1,2 mm trong vòng 1–3 tháng.

Vỏ bọc 1.2 Ngưỡng nứt quan trọng cho 1.2
Dựa trên thử nghiệm trong phòng thí nghiệm đối với 316 mẫu vỏ bọc được trộn trong chất mô phỏng dung dịch trắng và phân tích hư hỏng hiện trường từ máy phân hủy của máy nghiền bột giấy, sự kết hợp sau đây giữa nồng độ xút và nhiệt độ bề mặt vỏ bọc dẫn đến vết nứt do ăn mòn do ứng suất ăn da trong vòng 1.000 giờ.

Nồng độ Natri Hydroxide (Trọng lượng%) Nồng độ Natri Sunfua (Trọng lượng%) Nhiệt độ tới hạn cho vết nứt Thời gian bắt đầu xảy ra vết nứt Bắt đầu ở 150°C Thời gian bề mặt vỏ bọc xuyên qua-Vết nứt tường (1,2 mm) ở 150°C 5 – 8% 2 – 4% 140°C 800 – 1.200 giờ 1.200 – 2.000 giờ 8 – 10% 4 – 6% 130°C 500 – 800 giờ 800 – 1.500 giờ 10 – 12% 5 – 7% 120°C 300 – 500 giờ 500 – 1.000 giờ
12 – 15% 6 – 8% 115 độ 200 – 400 giờ 400 – 800 giờ 15 – 18% 7 – 9% 110 độ 150 – 300 giờ 300 – 600 giờ
18 – 20% 8 – 10% 100 độ 100 – 200 giờ 200 – 400 giờ
Trên 20% Trên 10% Dưới 100 độ 50 – 150 giờ 100 – 300 giờ
Đối với máy phân hủy kraft hoạt động với 16% NaOH ở nhiệt độ khối 155 độ, nhiệt độ bề mặt vỏ bọc là khoảng 155–160 độ (giả sử nhiệt độ tăng nhỏ do mật độ watt thấp trong các máy phân hủy lớn). Nhiệt độ này vượt quá ngưỡng nứt 110°C và sẽ tạo ra các vết nứt sau 150–300 giờ. Vỏ bọc 1,2 mm có khả năng bị thủng sau 1-2 tháng hoạt động liên tục. Kinh nghiệm hiện trường cho thấy rằng vỏ bọc dịch vụ rượu trắng thường bị hỏng sau 3-6 tháng với kiểu hư hỏng chủ yếu là nứt.

Phong bì vận hành an toàn cho vỏ bọc 1,2mm trong dịch vụ ăn da
Bảng dưới đây liệt kê nồng độ xút an toàn tối đa cho vỏ bọc 1,2 mm 316 ở các nhiệt độ bề mặt vỏ bọc khác nhau để tránh hiện tượng nứt do ăn mòn do ứng suất ăn da trong suốt thời gian sử dụng 1.000 giờ. Các giá trị giả định ứng suất kéo dư sau khi uốn, không thể giảm nếu không ủ-sau khi uốn.

Nhiệt độ bề mặt vỏ bọc Nồng độ NaOH an toàn tối đa để ngăn ngừa nứt (Không có sunfua) Nồng độ NaOH an toàn tối đa với 5% Na2S Thời gian dự kiến để tạo ra vết nứt ở nồng độ an toàn tối đa Hành động khuyến nghị 80°C 20% 15% 2.000 – 3.000 giờ Giá trị cận biên cho hoạt động liên tục 90°C 15% 12% 1.500 – 2.500 giờ Tuổi thọ phục vụ hạn chế 100°C 12% 10% 1.000 – 2.000 giờ 316 không khuyến nghị 110°C 10% 8% 800 – 1.500 giờ Sử dụng ủ hoặc nâng cấp hợp kim 120°C 8% 6% 500 – 1.000 giờ Yêu cầu nâng cấp hợp kim 130°C 6% 4% 300 – 800 giờ Bắt buộc nâng cấp hợp kim 140°C 4% 2% 200 – 500 giờ 316 không phù hợp
Trên 150°C Không an toàn Không an toàn Dưới 200 giờSử dụng Hợp kim Niken
Phạm vi vận hành an toàn cho vỏ bọc 1,2 mm 316 không tồn tại đối với dịch vụ phân hủy giấy và bột giấy với 16% NaOH ở 155°C. Chắc chắn vết nứt sẽ xảy ra sau vài tuần hoặc vài tháng. Các kỹ sư sẽ cần phải chọn một hợp kim bền hơn.

Thay đổi thiết kế để ngăn ngừa nứt ăn da
Khi vỏ bọc 316 được sử dụng trong dịch vụ ăn da, ba điều chỉnh thiết kế có thể kéo dài tuổi thọ, nhưng không có điều chỉnh nào làm cho 316 trở nên đáng tin cậy đối với các điều kiện phân hủy kraft. Bước đầu tiên là ủ -đoạn sau ở 1050 độ để loại bỏ lực căng còn sót lại. Quá trình ủ làm giảm ứng suất dư bề mặt bên trong từ 150–250 MPa xuống dưới 20 MPa, loại bỏ thành phần kéo cần thiết để tạo ra vết nứt. Ủ lớp vỏ 1,2 mm 316 trong NaOH 16% ở 150°C có thể kéo dài tuổi thọ của nó lên 3–6 tháng, thay vì 1–2 tháng. Sự thay đổi thứ hai là bắn peen hoặc xử lý bằng phương pháp nén bề mặt bên ngoài. Lớp nén chống lại sự lan truyền vết nứt nhưng không làm giảm ứng suất kéo ở bề mặt bên trong. Thay đổi cuối cùng là vận hành ở nhiệt độ bề mặt vỏ bọc thấp nhất có thể bằng cách giảm mật độ watt và tăng cường tuần hoàn. Nhiệt độ bề mặt giảm 10 độ sẽ tăng gấp đôi thời gian hình thành vết nứt. Những thay đổi này là không đủ cho hầu hết các ứng dụng giấy và bột giấy. Hợp kim 625 hoặc Hợp kim C-276 là vật liệu điển hình cho vỏ bọc máy sưởi rượu màu trắng. Các hợp kim gốc niken này chống lại sự nứt do ăn mòn do ứng suất ăn da ở mọi nồng độ và nhiệt độ nhìn thấy trong các thiết bị phân hủy. Vỏ bọc Hợp kim 625 1,6 mm thường có tuổi thọ từ 5-10 năm trong dịch vụ rượu trắng so với 2-6 tháng đối với 316. Chi phí ban đầu cao hơn được bù đắp bằng việc tiết kiệm thời gian ngừng hoạt động và nhân công thay thế. Các kỹ sư lựa chọn bộ gia nhiệt để vận hành lò phân hủy không nên chấp nhận 316 cho bất kỳ ứng dụng nào có nồng độ chất ăn da trên 10% ở nhiệt độ vượt quá 100°C. Chi phí cho sự cố nứt nhanh chóng trong thiết bị phân hủy áp suất bao gồm thất thoát sản phẩm, thời gian nguội của bình và thay thế lớn hơn đáng kể so với chi phí gia tăng của hợp kim niken cao. Nếu một nhà sản xuất khuyến nghị sử dụng 316 cho dịch vụ rượu trắng và không nói về vết nứt ăn mòn do ứng suất ăn da thì họ không cung cấp tư vấn kỹ thuật phù hợp. Các vết nứt trên vỏ bọc 1,2 mm phát triển nhanh chóng và không có bất kỳ dấu hiệu rõ ràng nào cho đến khi vỏ bọc bị rò rỉ. Giải pháp chắc chắn duy nhất là phòng ngừa bằng cách lựa chọn đúng hợp kim.