Inseneride jaoks, kes projekteerivad pooljuhtide tootmiseks elektrilisi sukelsoojendeid, farmaatsiaveesüsteeme ja laboriseadmeid, on kõrge{0}}puhtusastmega deioniseeritud vesi paradoksaalne. Deioniseeritud vesi söövitab agressiivselt paljusid metalle vaatamata oma kõrgele elektritakistusele, kuna sellel puuduvad lahustunud ioonid, mis tavaliselt moodustavad passiivseid kaitsvaid kihte. Roostevaba terase 316 puhul jääb passiivne kroomoksiidkile toatemperatuuril deioniseeritud vees stabiilseks. Kuid kõrgel temperatuuril üle 80 °C hapniku lahustuvus väheneb, samal ajal kui korrosioonipotentsiaal suureneb, mis viib ülemineku passiivselt aktiivsele korrosioonile. 316 kesta seinapaksus määrab nii küttekeha kasutusea jooksul saadaoleva korrosioonivaru kui ka pinnatemperatuuri antud vattiheduse korral. See artikkel kehtestab avaldatud korrosioonikiiruse andmete ja ülipuhta vee tööstuse praktiliste kogemuste põhjal 316 ümbrise maksimaalse lubatud seinapaksuse kõrge puhtusastmega deioniseeritud vee kasutamisel.
Roostevaba terase 316 korrosioonimehhanismid kõrgel temperatuuril{1}}deioniseeritud vees
Kõrge -puhtusastmega deioniseeritud vees, mille eritakistus on üle 1 megaoomi-sentimeetri, on agressiivsete ioonide (nt kloriidide) kontsentratsioon äärmiselt madal. Kuid lahustunud soolade puudumine ei muuda vett healoomuliseks. Temperatuuridel üle 80 °C võib roostevaba teras 316 läbida üldise korrosiooni ja, mis veelgi kriitilisem, lokaalse korrosiooni kohtades, kus passiivkile on kahjustatud. Korrosioonikiirus deioniseeritud vees järgib Arrheniuse suhet, ligikaudu kahekordistudes iga 25 °C temperatuuritõusu korral. 90°C juures on 316 üldine korrosioonikiirus deioniseeritud vees ligikaudu 0,02–0,05 millimeetrit aastas. 120°C juures tõuseb kiirus 0,10–0,20 millimeetrini aastas. 150°C juures ulatub kiirus 0,30–0,50 millimeetrini aastas. Need määrad võivad tunduda madalad, kuid eeldatavasti 5–10 aastat pidevalt töötava küttekeha puhul kulutab 0,10 mm aastas määr 0,5–1,0 mm seina paksust. 1,0 mm ümbris väheneks esialgu viie aasta pärast 0,5 mm-ni, misjärel muutub mehaaniline terviklikkus küsitavaks. Korrosioon ei ole täiesti ühtlane. Punkt- ja pragukorrosioon võib tekitada lokaalset läbitungimiskiirust, mis on kaks kuni viis korda suurem kui üldine korrosioonikiirus, eriti paigaldusliidestes ja keevistsoonides.
Kuidas seina paksus mõjutab kasutusiga deioniseeritud vees
Seos 316 ümbrise seina paksuse ja kõrge temperatuuriga deioniseeritud vee kasutusea vahel on ligikaudu lineaarne, eeldades, et domineerib üldine korrosioon. Nõutava viieaastase kasutusea jaoks temperatuuril 95 °C ja korrosioonikiirusega 0,04 mm aastas on vajalik korrosioonivaru 0,20 mm. Lisades selle minimaalsele konstruktsiooni seinapaksusele 0,7 mm, saadakse nõutav algpaksus 0,9 mm. 1,2 mm ümbris annaks 0,3 mm korrosioonivarust suurema ohutusvaru, pikendades potentsiaalset eluiga üle kaheksa aasta. Seina paksuse suurendamine suurendab aga ka välispinna temperatuuri antud vattiheduse korral. Deioniseeritud vees kiirendavad kõrgemad pinnatemperatuurid korrosiooni plahvatuslikult. 2,0 mm kesta, mis töötab 10 W/cm² 95 °C vees, välispinna temperatuur võib olla 115 °C, kus korrosioonikiirus on ligikaudu 0,08 mm aastas -kaks korda suurem kui 1,2 mm ümbrise 105 °C pinnatemperatuuril. Paksem kest nõuab rohkem korrosioonivaru, kuid korrodeerub ka kiiremini. See koostoime loob optimaalse seinapaksuse maksimaalse kasutusea jaoks, mitte monotoonse suhte. Avaldatud korrosiooniandmetel põhinevad arvutused näitavad, et 95°C deioniseeritud vee puhul 10 W/cm² juures on 316 kesta optimaalne seinapaksus maksimaalse kasutusea jaoks ligikaudu 1,4 mm. Alla 1,0 mm on korrosioonivaru ebapiisav. Üle 1,8 mm kompenseerib kõrgema pinnatemperatuuri kiirenenud korrosioon lisamaterjali.
Deioniseeritud veeteenuse maksimaalne soovitatav seinapaksus
Järgmises tabelis on kõrge puhtusastmega deioniseeritud vees kasutatavate elektriliste sukelsoojendite soovitatavad maksimaalsed seinapaksused 316. Väärtused eeldavad pidevat tööd, lahustunud hapniku taset alla 100 osa miljardi kohta ja takistust üle 1 megaoomi{5}}sentimeetri. Kõrgema hapnikusisaldusega või madalama puhtusega süsteemide puhul võib korrosioonimäär olla suurem ja tuleks määrata õhemad seinad.
| Deioniseeritud vee temperatuur | Soovitatav vattiheduse vahemik | Maksimaalne soovitatav ümbrise seina paksus 316 | Eeldatav kasutusiga maksimaalse paksuse juures | Tõrkerežiim maksimaalse paksusega | Alternatiivne soovitus |
|---|---|---|---|---|---|
| 80-90°C | 8–12 W/cm² | 1,8 mm | 8-10 aastat | Üldine korrosioonihõrenemine | Vastuvõetav pikaealiste{0}}rakenduste jaoks |
| 80-90°C | 12–15 W/cm² | 1,4 mm | 6-8 aastat | Korrosioon pluss termiline stress | Standardne soovitus |
| 90-100°C | 6–10 W/cm² | 1,6 mm | 5-7 aastat | Pinnadefektide täkked | Pikema eluea tagamiseks vähendage vattihedust |
| 90-100°C | 10–12 W/cm² | 1,2 mm | 4-6 aastat | Üldine korrosioon | Kõige tavalisem spetsifikatsioon |
| 100-120°C | 4–8 W/cm² | 1,2 mm | 3-5 aastat | Kiirendatud korrosioon | Kaaluge titaankest |
| 100-120°C | 8–10 W/cm² | 1,0 mm | 2-3 aastat | Korrosiooniväsimus | Soovitatav täiustada sulamit |
| Üle 120°C | Alla 5 W/cm² | Ei soovita | Ettearvamatu | Kiire lokaalne korrosioon | Kasutage titaani või sulamit C-276 |
Mis tahes deioniseeritud vee kasutamisel temperatuuril üle 100 °C peaksid insenerid tõsiselt kaaluma roostevaba terase 316 asemel titaani või kõrge -niklisulami (nt sulam 22) kasutamist. Titaanil on kõrgel temperatuuril deioniseeritud vees korrosioonikiirus, mis on kaks suurusjärku ja pikem kui 31 õhem6 kasutusiga. Titaani kõrgem esialgne maksumus kaetakse sageli asendamise sageduse vähendamise ja tundlike protsesside metallilise saastumise ohu kõrvaldamisega.
Konstruktsioonimuudatused kasutusea pikendamiseks ilma seina paksust suurendamata
Kui mehaanilistel põhjustel, -nagu rõhu piiramine või vibratsioonikindlus-deioniseeritud vee kasutamisel, on vaja paksu 316 kesta, võivad kolm konstruktsioonimuudatust leevendada kõrgema pinnatemperatuuri tõttu kiirenenud korrosiooni. Esimene ja kõige tõhusam on vattiheduse vähendamine. Vattiheduse vähendamine poole võrra 12 W/cm²-lt 6 W/cm²-le vähendab ümbrise välispinna temperatuuri ligikaudu 10–15°C võrra, mis vähendab korrosioonikiirust 30–40%. Kompromiss{14}}on küttekeha pikkuse või läbimõõdu suurendamine, et saavutada sama koguvõimsus. Teine modifikatsioon on mantli pinna passiveerimine pärast valmistamist. Lämmastikhappe või sidrunhappe passiveerimistöötlus eemaldab vaba raua ja pinnasaasteained, luues ühtlasema ja stabiilsema passiivse kile, mis on korrosioonile vastupidav. Deioniseeritud vees passiveeritud 316 kestad on kontrollitud testides näidanud 20–30% madalamat korrosioonimäära kui passiivsed proovid. Kolmas modifikatsioon hõlmab veekeemia kontrolli. Lahustunud hapnikusisalduse hoidmine alla 5 osa miljardi kohta, mis on saavutatav lämmastikuga katmise või vaakumdegaseerimisega-, vähendab katoodreaktsiooni kiirust ja aeglustab korrosiooni. Väga madal hapnikutase võib aga soodustada ka passiivse kile ebastabiilsust, seega on optimaalne kitsas 5–50 osa miljardi kohta. Enamiku deioniseeritud veesüsteemide puhul ei ole need modifikatsioonid praktilised, mistõttu on seina paksuse valik korrosiooni eluea haldamise peamine vahend. Insenerid peaksid määrama kütteseadme tootjale kasutusea ja taotlema eeldatava töötemperatuuri ja vattiheduse põhjal arvutatud korrosioonivaru, selle asemel, et valida seina paksus ainult mehaaniliste rusikareeglite järgi.
