30-50 डिग्री पर सोडियम हाइपोक्लोराइट कीटाणुशोधन लूप में 316 स्टेनलेस स्टील शीथ इलेक्ट्रिक हीटिंग ट्यूब रुक-रुक कर सेवा के 200 घंटों के भीतर तीन चरण सीमा पर डीप ग्रूविंग अटैक क्यों विकसित करते हैं?

सोडियम हाइपोक्लोराइट (NaOCl) का उपयोग आमतौर पर नगर निगम के जल उपचार, खाद्य प्रसंस्करण की स्वच्छता और फार्मास्युटिकल सीआईपी (स्वच्छ -स्थान में) प्रणालियों में कीटाणुशोधन के लिए किया जाता है। इष्टतम कीटाणुशोधन दक्षता के लिए समाधान तापमान को 30-50 डिग्री की सीमा में रखने के लिए आमतौर पर हाइपोक्लोराइट रीसर्क्युलेशन लूप में इलेक्ट्रिक हीटिंग ट्यूब का उपयोग किया जाता है। हालाँकि, कई जल उपचार संयंत्रों में फ़ील्ड विफलताओं से पता चला है कि 316 स्टेनलेस स्टील शीथ 200 से 500 घंटों की रुक-रुक कर सेवा में हवा में अत्यधिक स्थानीयकृत, गंभीर ग्रूविंग हमले के लिए अतिसंवेदनशील होते हैं। यह हमला लगातार गीली या पूरी तरह से सूखी परिस्थितियों में नहीं देखा जाता है। तीन चरण की सीमा, जहां आवरण हाइपोक्लोराइट घोल छोड़ता है और ऊपर वाष्प स्थान में प्रवेश करता है, स्थितियों के एक अनूठे संयोजन से अवगत कराया जाता है, जिसमें गीला और सूखने का चक्र, हवा के संपर्क के माध्यम से ऑक्सीजन संवर्धन, हाइपोक्लोराइट और क्लोराइड प्रजातियों का वाष्पीकरण, जिससे एकाग्रता होती है, और हाइपोक्लोराइट का क्लोरीन गैस (Cl2) में अपघटन होता है। परिणाम एक स्वयंभू संक्षारण कोशिका है जो तरल स्तर पर म्यान में एक परिधीय खांचे को काटती है, जो आमतौर पर कुछ हफ्तों के भीतर दीवार में पूरी तरह से प्रवेश कर जाती है। यह अध्ययन NaOCl सेवा में तीन चरण सीमा पर ग्रूविंग संक्षारण दर की मात्रा निर्धारित करता है और इस विफलता मोड से बचने के लिए डिजाइन और परिचालन सिफारिशें प्रस्तुत करता है।

हाइपोक्लोराइट्स के समाधान में तीन चरण सीमा की इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री
सोडियम हाइपोक्लोराइट समाधान स्वाभाविक रूप से अस्थिर होते हैं और 3NaOCl → 2NaCl + NaClO3 और 2NaOCl → 2NaCl + O2 के अनुसार विघटित होते हैं। अपघटन लगभग 30{10}}50oC पर त्वरित होता है। हाइपोक्लोराइट घोल की पतली फिल्म तीन चरण सीमा (वायु तरल-आवरण) पर थोक तरल स्तर के ऊपर आवरण को गीला कर देती है, जो तेजी से वाष्पित हो जाती है, जिससे हाइपोक्लोराइट सामान्य 0.5-2.0% सुलभ क्लोरीन से वाष्पित होने वाली फिल्म में 10-15% तक केंद्रित हो जाता है। संकेंद्रित हाइपोक्लोराइट क्लोरीन गैस (Cl₂) उत्पन्न करने के लिए अधिक तेजी से विघटित होता है जो 316 स्टेनलेस स्टील और स्थानीय रूप से तीव्र ऑक्सीकरण, कम पीएच वातावरण के लिए बहुत संक्षारक है। साथ ही, गीला करने और सुखाने का चक्र एक स्थिर निष्क्रिय फिल्म के निर्माण को रोकता है। चक्र के शुष्क भाग के दौरान जो भी निष्क्रिय फिल्म बनी है वह सूख गई है और टूट गई है। रीवेटिंग चरण के दौरान ताजा हाइपोक्लोराइट नई कोटिंग बनने से पहले उजागर धातु पर हमला करता है।

एक विभेदक वातन सेल का निर्माण ग्रूविंग तंत्र को तेज करता है। तरल रेखा के नीचे का क्षेत्र ऑक्सीजन रहित होता है (चूंकि हाइपोक्लोराइट टूटने से ऑक्सीजन की खपत होती है) जबकि तीन चरण सीमा के ऊपर की पतली परत हवा के संपर्क से ऑक्सीजन युक्त होती है। ऑक्सीजन युक्त क्षेत्र कैथोडिक हो जाता है और ठीक नीचे की धातु एनोडिक हो जाती है। एनोडिक धारा तरल रेखा पर स्थानीयकृत होती है और समय के साथ एक गहरी और चौड़ी नाली विकसित करती है।

तीन चरण सीमा पर ग्रूविंग संक्षारण दर की मात्रा निर्धारित करना
नियंत्रित परीक्षण में 316 स्टेनलेस स्टील शीथ नमूने (1.5 मिमी दीवार, 12 मिमी ओडी, घोल -एनीलेल्ड) को आंशिक रूप से 1.0% उपलब्ध क्लोरीन NaOCl घोल (पीएच 10.5 से शुरू) में 40 डिग्री पर, तरल स्तर मध्य लंबाई के साथ डुबोया गया। परीक्षण को 6-घंटे चालू/6-घंटे बंद चक्र पर हीटिंग (50 डिग्री सतह तापमान पर सक्रिय म्यान) और निष्क्रियता (कोई हीटिंग नहीं, 40 डिग्री स्नान) के बीच वैकल्पिक किया गया। अंतराल पर नमूनों की मूल तरल स्तर पर नाली की गहराई के लिए जाँच की गई। सेक्शनिंग और ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी का उपयोग करके नाली की गहराई का मूल्यांकन किया गया था।

एक्सपोज़र समय (घंटे) गीले की संख्या -सूखा चक्र (प्रत्येक 6 घंटे) नाली की गहराई अधिकतम (माइक्रोन) नाली की चौड़ाई (मिमी) नाली पर दीवार की मोटाई में कमी (1.5 मिमी से)
0 0 0 0 0% 100 8 (लगभग) 45 0.8 3% 200 17 110 1.2 7% 300 25 210 1.5 14% 400 33 380 2.0 25% 500 42 620 2.5 41% (छिद्र के निकट)
600 50 880 (छिद्रित) 3.0 59%
ग्रूविंग दर लगभग 1.5 - 2.0 um/h एक्सपोज़र थी, जो 50-100 घंटों के प्रारंभिक ऊष्मायन के बाद मोटे तौर पर सुसंगत थी। 1.5 मिमी की दीवार के लिए, निरंतर साइकिलिंग के तहत छिद्रण का अनुमानित समय 600-800 घंटे (25-33 दिन) था। विस्तारित ऑफ-साइकिल और अलग-अलग स्थितियों के साथ फ़ील्ड सेवा में, विफलता अक्सर 200-500 घंटे (8-21 दिन) के भीतर होती थी।

सतत विसर्जन और अन्य कारकों की तुलना
विभिन्न स्थितियों में तीन - चरण सीमा प्रभाव को अलग करने के लिए नियंत्रण परीक्षण किए गए। नीचे दिए गए आँकड़े दर्शाते हैं कि निरंतर विसर्जन (कोई गीला नहीं - सूखा साइक्लिंग) और पूरी तरह से सूखा एक्सपोज़र की तुलना में तीन चरण सीमा की स्थिति में कोई नुकसान नहीं होता है।

परीक्षण की स्थिति NaOCl एकाग्रता (% उपलब्ध सीएल 2) तापमान (डिग्री) एक्सपोजर समय (घंटे) अधिकतम संक्षारण गहराई (माइक्रोन) सतह की स्थिति
पूरी तरह से डूबा हुआ (कोई वायु इंटरफ़ेस नहीं) 1.0 40 500 25 हल्का गड्ढा, एक समान
पूरी तरह से डूबा हुआ 1.0 50 (शीथ गर्म) 500 45 गड्ढा, कोई ग्रूविंग नहीं
आंशिक रूप से डूबा हुआ, स्थिर तरल स्तर (कोई चक्रण नहीं) 1.0 40 500 180 (तरल रेखा पर) ग्रूविंग, कम गंभीर
आंशिक रूप से डूबा हुआ, गीला-ड्राई साइक्लिंग (हीटिंग चालू/बंद) 1.0 40/50 500 620 डीप ग्रूविंग
आंशिक रूप से डूबा हुआ, pH 9.5 तक नियंत्रित (सोडियम कार्बोनेट के रूप में) 1.0 40/50 500 85 हल्की ग्रूविंग
आंशिक रूप से डूबा हुआ, वाष्प स्थान पर नाइट्रोजन का शुद्धिकरण 1.0 40/50 500 110 कम ग्रूविंग
आंशिक रूप से डूबा हुआ, विआयनीकृत पानी (कोई NaOCl नहीं) 0 40/50 500 0 कोई क्षरण नहीं
महत्वपूर्ण कारक हैं हाइपोक्लोराइट की उपस्थिति, तरल वाष्प इंटरफ़ेस की उपस्थिति, गीली- सूखी साइकिलिंग, और वाष्प स्थान तक ऑक्सीजन की पहुंच। इनमें से किसी भी एक कारक को हटाने से ग्रूविंग 3-7 के अनुपात से कम हो जाती है।

ग्रूविंग दर पर रसायनों का प्रभाव
ग्रूविंग की दर हाइपोक्लोराइट घोल की उपलब्ध क्लोरीन सांद्रता के प्रति काफी संवेदनशील है। उच्च सांद्रता से हाइपोक्लोराइट का तेजी से विघटन होता है, क्लोरीन गैस का उत्पादन बढ़ता है, और अधिक आक्रामक बाष्पीकरणीय सांद्रता होती है। लगातार 40 डिग्री पर परीक्षण के साथ 6 - घंटे के गीले-सूखे चक्र और 500 घंटे के कुल एक्सपोज़र के परिणामस्वरूप निम्नलिखित संबंध सामने आए:

NaOCl Available Cl2 (%) pH (initial) Groove Depth at 500 hours (µm) Perforation Time (hours, 1.5 mm wall) Vapour Space Cl2 Odour Observed 0.1 10.0 45 >5000 (प्राप्त नहीं) कोई नहीं 0.5 10.3 180 2500 हल्का 1.0 10.5 620 600-800 मजबूत 2.0 11.0 1050 (छिद्रित <500 घंटे) 300-400 बहुत मजबूत
1.0 क्लोरीन स्वेवेंजर के साथ (थायोसल्फेट, 10 पीपीएम) 10.5 85 2800 नहीं
0.5-1.5% NaOCl के साथ सामान्य पेयजल कीटाणुशोधन लूप में ग्रूविंग के लिए अनुमानित छिद्रण समय 316 शीथ के लिए 2-8 सप्ताह है। थायोसल्फेट की उपस्थिति प्रभावी रूप से मुक्त क्लोरीन की खपत करती है और ग्रूविंग से बचाती है लेकिन कीटाणुशोधन दक्षता को कम कर सकती है।

जल उपचार संयंत्रों में क्षेत्र विफलताओं के उदाहरण
NaOCl रीसर्क्युलेशन लूप्स (0.5-1.2% उपलब्ध सीएल₂, 35-45 डिग्री, हर 4-12 घंटों में गीले- सूखे चक्रों के साथ रुक-रुक कर पंप संचालन) में 316 स्टेनलेस स्टील से घिरे हीटरों का उपयोग करके 23 नगरपालिका जल उपचार सुविधाओं की समीक्षा में निम्नलिखित विफलता पैटर्न दिखाए गए:

सुविधा संचालन पैटर्न अनुमानित गीला - प्रति दिन शुष्क चक्र, ग्रूव पंचर समय निर्धारित
प्लांट ए (1.2% NaOCl) निरंतर पुनरावर्तन, निरंतर स्तर 0 (कोई साइकिलिंग नहीं) 8-12 महीने (कोई नाली नहीं, केवल गड्ढा)
प्लांट बी (1.0% NaOCl) रुक-रुक कर, 6 घंटे चालू / 6 घंटे बंद, स्तर भिन्न होता है 2 18 डी
प्लांट सी (0.8% NaOCl) रुक-रुक कर, 8 घंटे चालू / 16 घंटे बंद, स्तर में उतार-चढ़ाव होता है 1.5 25 दिन
प्लांट डी (0.5% NaOCl) रुक-रुक कर, हर 4 घंटे में पंप, चक्रों के बीच स्तर 6 12 दिनों में कम होता है
प्लांट ई (0.5% NaOCl, फ्लोट वाल्व द्वारा नियंत्रित तरल स्तर) रुक-रुक कर हीटिंग, लेकिन कोई स्तर चक्रण नहीं 0 (कोई स्तर परिवर्तन नहीं) 6 महीने (कोई नाली नहीं)
पौधे ए और ई का सुझाव है कि ग्रूविंग को रोकने के लिए उच्च हाइपोक्लोराइट सांद्रता की तुलना में एक स्थिर तरल स्तर (शीथ सतह की कोई गीली - सूखी साइक्लिंग नहीं) बनाए रखना अधिक महत्वपूर्ण है। एकाग्रता ने स्तर में उतार-चढ़ाव या बैच ऑपरेशन वाले पौधों की विफलता की दर को प्रभावित नहीं किया जिसमें हीटर नाली चक्र के दौरान उजागर हुआ था।

तीन चरण ग्रूविंग को रोकने के लिए डिज़ाइन और परिचालन रणनीतियाँ
NaOCl सेवा में तीन चरण ग्रूविंग को कम करने या अत्यधिक कम करने के लिए तीन इंजीनियरिंग समाधान नियोजित किए जाते हैं। सबसे अच्छा तरीका यह है कि हीटर को हर समय पूरी तरह से पानी के नीचे रखा जाए। टैंक या लूप को हीटिंग तत्व के शीर्ष के ऊपर न्यूनतम तरल स्तर के साथ डिज़ाइन करें। एक निम्न स्तर का कटआउट स्विच प्रदान करें जो तरल स्तर शीथ शीर्ष से नीचे गिरने पर हीटर को सक्रिय कर देता है।

दूसरा, पंप या हीटर की कार्रवाई से स्वतंत्र तरल को एक समान स्तर पर रखना है, जिससे पूरी तरह से जलमग्न होने के लिए पर्याप्त तरल न होने पर गीली - सूखी साइक्लिंग से बचा जा सके। एक निरंतर स्तर का अतिप्रवाह वियर या स्तर नियंत्रण वाल्व तरल सतह को म्यान की सतह पर जाने से रोकता है।

तीसरा दृष्टिकोण उन प्रणालियों के लिए है जब स्तर भिन्नता को रोका नहीं जा सकता है। हीटर की क्षैतिज स्थापना, ऊर्ध्वाधर नहीं। जब ट्यूब क्षैतिज होती है, तो तीन चरण की सीमा एक पूरे वृत्त के बजाय ट्यूब के शीर्ष पर केवल एक रेखा होती है। इसके अलावा शीर्ष पर बनी नाली दबाव सीमा तक जल्दी नहीं पहुंच पाती है। इसके अलावा, एक क्षैतिज ट्यूब को नीचे की ओर विलक्षण रूप से स्थित हीटिंग तत्व के साथ बनाया जा सकता है, ताकि म्यान का शीर्ष सीधे गर्म न हो, जिससे तीन चरण सीमा पर स्थानीय तापमान कम हो जाए।

हाइपोक्लोराइट सेवा के लिए विकल्प
यदि 316 स्टेनलेस स्टील की आवश्यकता है, लेकिन तीन चरण के एक्सपोज़र से बचा नहीं जा सकता है, तो शीथ सामग्री को अपग्रेड करने से कुछ लाभ होता है। ऐसा कोई सामान्य स्टेनलेस स्टील नहीं है जो वास्तव में तीन चरण हाइपोक्लोराइट स्थिति के लिए प्रतिरोधी हो।

500 घंटे पर म्यान सामग्री नाली की गहराई, 1% NaOCl, 40 डिग्री, गीला - ड्राई साइक्लिंग (उम) सापेक्ष लागत (बनाम 316) अनुशंसित
316 स्टेनलेस स्टील 620 1.0 नहीं (तेजी से विफलता)
904एल (यूएनएस एन08904) 280 2.5 सीमा रेखा
मिश्र धातु 825 (यूएनएस एन08825) 120 4.0 स्तरों के नियंत्रण के साथ स्वीकार्य
टाइटेनियम ग्रेड 2<10 2.2 Yes (very good)
टाइटेनियम ग्रेड 7<5 2.5 Yes (preferred) PTFE-coated 316 (electroless nickel underlayer) <5 (coating intact) 3.0 Yes, but danger of coating deterioration
टाइटेनियम ग्रेड 2 या ग्रेड 7 70 डिग्री तक के तापमान पर हाइपोक्लोराइट हमले के लिए प्रतिरोधी है और तीन चरण की परिस्थितियों में भी निष्क्रिय है। एक खाद्य प्रसंस्करण संयंत्र से फील्ड डेटा जहां 0.8% NaOCl सीआईपी लूप में 316 शीथ को टाइटेनियम ग्रेड 2 के साथ बदल दिया गया था, 24 महीने के रुक-रुक कर संचालन के बाद कोई ग्रूविंग या पिटिंग नहीं दिखाई दी, जहां 316 शीथ पहले हर 3-4 सप्ताह में विफल हो जाते थे।

हाइपोक्लोराइट लूप हीटर विशिष्टता भाषा
सोडियम हाइपोक्लोराइट सेवा के लिए इलेक्ट्रिक हीटिंग ट्यूब खरीदने में जहां गीला {{0} शुष्क चक्र या स्तर में उतार-चढ़ाव की कोई संभावना है, इंजीनियरों को न्यूनतम टाइटेनियम ग्रेड 2 या ग्रेड 7 शीथ सामग्री की आवश्यकता होनी चाहिए। जहां मौजूदा सिस्टम में 316 स्टेनलेस स्टील का उपयोग किया जाता है, वहां निम्नलिखित ऑपरेटिंग आवश्यकताओं को शामिल किया जाएगा: (ए) लेवल कंट्रोल सिस्टम के माध्यम से तरल स्तर को हर समय सबसे ऊपरी हीटिंग तत्व से ऊपर बनाए रखा जाएगा; (बी) यदि स्तर सुरक्षित न्यूनतम से नीचे चला जाता है तो हीटर को डी{6}ऊर्जा देने के लिए हीटर संपर्ककर्ता के साथ इंटरलॉक किया गया एक निम्न स्तर का कटआउट स्विच प्रदान किया जाएगा; (सी) सिस्टम को बैच ड्रेन और {{8} फिल ऑपरेशन के बजाय निरंतर स्तर के साथ निरंतर संचालन के लिए डिज़ाइन किया जाएगा; (डी) ग्रूविंग के लिए तरल स्तर पर मासिक रूप से अल्ट्रासोनिक मोटाई माप या दृष्टि ग्लास के माध्यम से दृश्य निरीक्षण द्वारा म्यान का निरीक्षण किया जाएगा। 0.2% से अधिक हाइपोक्लोराइट सामग्री उपलब्ध सीएल 2 और 35 डिग्री से अधिक तापमान वाले नए इंस्टॉलेशन के लिए, टाइटेनियम ग्रेड 7 शीथ सामग्री और क्षैतिज हीटर अभिविन्यास निर्दिष्ट करें। हाइपोक्लोराइट सेवा में तीन चरण की सीमा एक विशिष्ट आक्रामक सूक्ष्म वातावरण प्रस्तुत करती है जो मूल रूप से पूर्ण विसर्जन या वाष्प चरण एक्सपोजर से अलग है। जो इंजीनियर इसे समझते हैं, वे इस एप्लिकेशन को टाइप करने वाली तीव्र ग्रूविंग विफलता से बचने के लिए उपयुक्त सामग्री और सिस्टम डिज़ाइन का चयन कर सकते हैं।