Sitruunahappoa käytetään laajalti kalkinpoisto- ja puhdistusaineena huoltoinsinööreille, jotka vastaavat puhtaista{0}}paikalla-järjestelmistä juomien jalostuksessa, meijerituotteiden ja elintarvikkeiden valmistuksessa. Tyypillisissä CIP-ratkaisuissa käytetään 1–3 % sitruunahappoa 70–85 °C:n lämpötiloissa. 1,2 mm:n 316 ruostumattomasta teräksestä valmistettu vaippa on yleinen näissä lämmittimissä nopeiden lämpövasteiden ja CIP-kiskoissa olevien tilanrajoitusten vuoksi. Kuitenkin tietyissä sitruunahappopitoisuuden ja wattitiheydestä johtuvan kohonneen vaipan pintalämpötilan yhdistelmissä kiihtynyt yleinen korroosio voi lyhentää käyttöikää yhdeksään kuukauteen tai alle. Tässä artikkelissa määritellään tarkat raja-arvot, joissa 1,2 mm:n 316 vaippa on vaihdettava yhdeksän kuukauden välein sitruunahappo-CIP-palvelussa.
316:n korroosiokäyttäytyminen sitruunahapossa korotetuissa lämpötiloissa
Sitruunahappo on heikko orgaaninen happo, joka on vähemmän aggressiivinen kuin mineraalihapot, mutta korkeammissa lämpötiloissa se voi silti aiheuttaa merkittävää korroosiota 316 ruostumattomassa teräksessä. Toisin kuin rikki- tai suolahappo, sitruunahappo ei aiheuta pistesyöpymistä vaan tasaista yleistä korroosiota. Alle 5 %:n pitoisuuksilla alle 70°C:n lämpötiloissa 316:n korroosionopeus on alle 0,05 mm vuodessa. Lämpötilan noustessa korroosionopeus seuraa Arrhenius-suhdetta. 80°C:ssa nopeus 2 % sitruunahapossa on noin 0,1–0,2 mm vuodessa. 90 °C:ssa se saavuttaa 0,3–0,6 mm vuodessa. 100°C:ssa nopeudet ylittävät 1 mm vuodessa. 1,2 mm:n vaipan rakenteellinen vähimmäispaksuus paineensuojalle on noin 0,5 mm. Korroosion tunkeutuminen 0,7 mm (1,2 mm - 0,5 mm) tapahtuu 9 kuukaudessa korroosionopeudella 0,93 mm vuodessa. Yhdeksän{30}}kuukauden vaihtokynnys saavutetaan, kun sitruunahappopitoisuuden ja vaipan pinnan lämpötilan yhdistelmä tuottaa noin 0,8–1,2 mm korroosionopeuden vuodessa.
Yhdeksän{0}}kuukauden käyttöiän kriittiset rajat
316 näytteen upotustestauksen perusteella sitruunahappoliuoksissa juoman CIP-palvelun kannalta oleellisissa lämpötiloissa, seuraavat happopitoisuuden ja vaipan pintalämpötilan yhdistelmät tuottavat yhdeksän -kuukauden maksimikäyttöiän 1,2 mm:n seinälle.
| Sitruunahappopitoisuus (paino-%) | Bulkkiliuoksen lämpötila | Vaipan pintalämpötila 8 W/cm² (20°C nousu) | Odotettu korroosionopeus pintalämpötilassa | Aika pienentää 1,2 mm - 0,5 mm | Käyttöikä vaihtoon |
|---|---|---|---|---|---|
| 1% | 75 °C | 95 °C | 0,20 – 0,35 mm/vuosi | 2,0-3,5 vuotta | 2,5-4 vuotta |
| 1% | 80 °C | 100 °C | 0,35 – 0,60 mm/vuosi | 1,2-2,0 vuotta | 1,5-2,5 vuotta |
| 1% | 85 °C | 105 °C | 0,60 – 1,00 mm/vuosi | 0,7-1,2 vuotta | 0,9-1,5 vuotta |
| 2% | 70 °C | 90°C | 0,20 – 0,35 mm/vuosi | 2,0-3,5 vuotta | 2,5-4 vuotta |
| 2% | 75 °C | 95 °C | 0,35 – 0,60 mm/vuosi | 1,2-2,0 vuotta | 1,5-2,5 vuotta |
| 2% | 80 °C | 100 °C | 0,60 – 1,00 mm/vuosi | 0,7-1,2 vuotta | 0,9-1,5 vuotta |
| 2% | 85 °C | 105 °C | 1,00 – 1,50 mm/vuosi | 0,5-0,7 vuotta | 0,6-0,9 vuotta |
| 3% | 65 °C | 85 °C | 0,20 – 0,35 mm/vuosi | 2,0-3,5 vuotta | 2,5-4 vuotta |
| 3% | 70 °C | 90°C | 0,35 – 0,60 mm/vuosi | 1,2-2,0 vuotta | 1,5-2,5 vuotta |
| 3% | 75 °C | 95 °C | 0,60 – 1,00 mm/vuosi | 0,7-1,2 vuotta | 0,9-1,5 vuotta |
| 3% | 80 °C | 100 °C | 1,00 – 1,50 mm/vuosi | 0,5-0,7 vuotta | 0,6-0,9 vuotta |
| 4% | 60 °C | 80 °C | 0,25 – 0,40 mm/vuosi | 1,8-2,8 vuotta | 2-3,5 vuotta |
| 4% | 65 °C | 85 °C | 0,40 – 0,70 mm/vuosi | 1,0-1,8 vuotta | 1,2-2 vuotta |
| 4% | 70 °C | 90°C | 0,70 – 1,20 mm/vuosi | 0,6-1,0 vuotta | 0,8-1,2 vuotta |
| 4% | 75 °C | 95 °C | 1,20 – 2,00 mm/vuosi | 0,4-0,6 vuotta | 0,5-0,7 vuotta |
Juoma-CIP-järjestelmässä, jossa käytetään 2 % sitruunahappoa 80°C:n bulkkilämpötilassa ja 1,2 mm:n vaippa 8 W/cm², vaipan pinta saavuttaa noin 100°C. Odotettu korroosionopeus on 0,6–1,0 mm vuodessa, mikä pienentää 1,2 mm:n seinämän 0,5 mm:iin 0,7–1,2 vuodessa. Yhdeksän{14}}kuukauden vaihto on sopiva. Bulkkilämpötilan alentaminen 75 °C:een laskee pintalämpötilan 95 °C:seen, korroosionopeutta 0,35–0,60 mm vuodessa ja käyttöikää pidentää 1,5–2,5 vuoteen.
Turvallinen käyttökuori yhdeksän{0}}kuukauden vaihtoaikataululle
Seuraavassa taulukossa esitetään suurin turvallinen bulkkisitruunahapon lämpötila 1,2 mm:n 316 vaippalle eri wattitiheyksillä, jotta saavutetaan vähintään yhdeksän kuukauden käyttöikä, ennen kuin seinämän pienentäminen 0,5 mm:iin on vaihdettava.
| Wattitiheys (lämpötilan nousu) | Suurin bulkkilämpötila 1 % sitruunahapolle | Suurin bulkkilämpötila 2 % sitruunahapolle | Suurin bulkkilämpötila 3 % sitruunahapolle | Suurin bulkkilämpötila 4 % sitruunahapolle |
|---|---|---|---|---|
| 4 W/cm² (10°C nousu) | 88 °C | 83 °C | 78 °C | 73 °C |
| 6 W/cm² (15°C nousu) | 83 °C | 78 °C | 73 °C | 68 °C |
| 8 W/cm² (20°C nousu) | 78 °C | 73 °C | 68 °C | 63 °C |
| 10 W/cm² (25°C nousu) | 73 °C | 68 °C | 63 °C | 58 °C |
| 12 W/cm² (30°C nousu) | 68 °C | 63 °C | 58 °C | 53 °C |
Tyypillisessä CIP-juomajärjestelmässä, jossa käytetään 2 % sitruunahappoa 80°C:n bulkkilämpötilassa ja 8 W/cm² (20°C nousu, 100°C pinta), turvallinen tilavuusraja on 73°C. 80 °C:ssa lämmitin ylittää turvallisen rajan, eikä yhdeksän kuukauden käyttöikää taata. Wattitiheyden vähentäminen arvoon 4 W/cm² (10°C nousu, 90°C pinta) antaa turvalliseksi massarajaksi 83°C, jolloin 80°C voidaan hyväksyä yhdeksän kuukauden vaihtoon.
Suunnittelumuutokset käyttöiän pidentämiseksi yli yhdeksän kuukauden
Kun juoman CIP-olosuhteet edellyttävät 1,2 mm:n 316 vaippaa ja yhdeksän kuukauden käyttöikä ei riitä, kolme muutosta voivat pidentää käyttöikää. Ensimmäinen on vähentää wattitiheyttä käyttämällä pidempää lämmitintä. Vähentäminen 8 W/cm²:stä 4 W/cm² alentaa pintalämpötilan nousua 20 °C:sta 10 °C:seen siirryttäessä 9-kk:sta 1,5–2,5 vuoden järjestelmään. Toinen muutos on rajoittaa sitruunahapon altistusaikaa käyttämällä lämmitintä vain lämmitysvaiheiden aikana, ei kierrätyksen aikana. Lämmitin, joka toimii 2 tuntia vuorokaudessa 24 tunnin sijaan, kestää kalenterillisesti 12 kertaa pidempään. Kolmas muutos on lisätä korroosionestoainetta. Kaupalliset sitruunahapon estäjät voivat vähentää korroosiota 40–60 %. CIP-järjestelmissä, jotka vaativat 3–4 % sitruunahappoa 80–85 °C:ssa jatkuvassa käytössä, insinöörien tulee päivittää korkeampaan seokseen, kuten Alloy 825 tai titaani. Nämä materiaalit pitävät korroosionopeuden alle 0,05 mm vuodessa sitruunahapossa jopa 100 °C:n lämpötiloissa. Kun määrität lämmittimiä juoman CIP-palveluun, anna aina tarkka sitruunahappopitoisuus, bulkkilämpötila, odotettu käyttöjakso ja haluttu vaihtoväli. Valmistaja, joka suosittelee 316:ta 3-prosenttiselle sitruunahapolle 85 °C:ssa keskustelematta odotetusta käyttöiästä, ei anna vastuullista ohjeistusta. Yhdeksän kuukauden vaihtokynnys 1,2 mm:n 316 vaippalle sitruunahapossa CIP-palvelussa on ennustettavissa oleva pitoisuuden, bulkkilämpötilan ja wattitiheyden funktio, mikä mahdollistaa lämmittimen käyttöiän tarkan ennustamisen ja huollon suunnittelun juomien käsittelyssä.
