Tehotiheys määritellään lämpötehona lämmitysputken pinta-alayksikköä kohti, joka määrittää suoraan 316 ruostumattomasta teräksestä valmistetun lämmitysputken pintalämpötilan jatkuvan käytön aikana. Teollisessa tuotannossa väärä tehosuunnittelu johtaa usein liialliseen paikalliseen tehotiheyteen, jolloin putken seinämään muodostuu pysyviä kuumia kohtia. Pitkäaikainen käyttö korkeassa-lämpötiloissa heikentää vähitellen kromi-rikkaan passiivikalvon rakenteellista vakautta ruostumattoman teräksen pinnalla, kiihdyttää raeraja-herkistymistä ja lisää merkittävästi korkean-lämpötilojen korroosion ikääntymisnopeutta kloridia-pitoisissa ja hapoissa työympäristöissä. Monet laitesuunnittelijat pyrkivät vain nopeaan lämmitystehokkuuteen asettamalla suuria tehoparametreja mielivaltaisesti ilman, että tehotiheys vastaa materiaalin lämpötilan kestävyyttä ja keskikorroosiota, mikä johtaa ennenaikaiseen passiivisen kalvon rikkoutumiseen ja lämmitysputkien paikalliseen pistevuotoon. Siksi tehotiheyden ja korkean lämpötilan korroosiovanhenemisen välisen korrelaatiosäännön selventäminen on lähtökohta järkevälle parametrisuunnittelulle ja pitkäkestoiselle-korroosionestotakuun
Suuri tehotiheys aiheuttaa kaksi tyypillistä ikääntymismekanismia, jotka nopeuttavat korroosiovaurioita. Ensinnäkin liiallinen pintalämpötila rikkoo passiivisen kalvonmuodostuksen ja itse{1}}korjauksen dynaamisen tasapainon. Luonnollinen kromioksidipassiivinen kalvo 316 ruostumattomasta teräksestä säilyttää kompaktin ja vakaan suorituskyvyn kohtuullisella lämpötila-alueella. Kun paikallinen pintalämpötila ylittää 250 astetta, tiheässä oksidikalvossa tapahtuu vähitellen lämpödehydraatio, rakenteellinen kutistuminen ja mikro{6}}halkeamien muodostuminen. Syövyttävässä väliaineessa olevat kloridi-ionit tunkeutuvat nopeasti näihin pieniin halkeamiin, laukaisevat paikallisen pistekorroosion, ja suojakerroksen vanhenemisnopeus kasvaa eksponentiaalisesti jatkuvan lämpökuorman kertymisen myötä. Toiseksi, pitkäaikainen-käyttö korkeassa{10}}lämpötiloissa aiheuttaa raeraja-kromin ehtymisen ruostumattoman teräksen sisällä. Suuri tehotiheys tuo jatkuvan lämpörasituksen, mikä edistää kromikarbidin saostumista raerajoilla, mikä johtaa riittämättömään kromipitoisuuteen paikallisilla raeraja-alueilla. Nämä herkistyneet alueet menettävät kyvyn muodostaa kokonaisia passiivisia kalvoja ja niistä tulee korkean{13}}rakeiden välisen korroosion riskialueita.
Tässä tutkimuksessa muodostetaan kolme kontrastikokeiden ryhmää pienillä, keskisuurilla ja suurilla tehotiheyksillä kvantifioimaan niiden vaikutukset korroosion ikääntymiseen. Pienen tehotiheyden ryhmää säädetään 8 W/cm²:n sisällä ja putken pinta toimii vakaasti alle 180 asteen kulmassa. 1000 tunnin jatkuvan syklisen suolasuihkutestauksen jälkeen passiivinen kalvo pysyy ehjänä, pinta vanhenee vain vähän tasaisesti eikä paikallisia pistevaurioita. Keskitehoinen tehotiheys 8-15 W/cm² tuottaa pintalämpötilan välillä 180-250 astetta. Passiivinen kalvo näyttää paikallisilla alueilla hieman ohenevan ja korroosion ikääntymisnopeus kasvaa kohtalaisesti, mikä voi silti täyttää keskisyövyttävien työolosuhteiden käyttövaatimukset. Sitä vastoin korkea tehotiheys, joka ylittää 15 W/cm², saa paikallisen lämpötilan yli 250 astetta, johon liittyy ilmeistä passiivista kalvon halkeilua ja raerajojen herkistymistä. Saman ikääntymistestin jälkeen putken seinämään ilmaantuu tiheää pistekorroosiota, ja käyttöikä lyhenee yli 60 % matalatehoiseen ryhmään verrattuna.
Yleisen tehoparametrien optimoinnin lisäksi tasainen tehonjakelun suunnittelu on yhtä tärkeää paikallisen korkean lämpötilan -vanhenemisen välttämiseksi. Sisäisten resistanssijohtimien keskitetty käämitys aiheuttaa osittaisen tehotiheyden ylikuormituksen, vaikka kokonaisteho olisi standardialueella. Optimoitu tasaetäisyyskäämitys tasapainottaa pintalämmön jakautumista, eliminoi kuumat pisteet ja varmistaa koko putken tasaisen ikääntymistä estävän suorituskyvyn. Korkean lämpötilan ja voimakkaasti syövyttävän kemiallisen kuumennusskenaarioissa suositeltu 316 ruostumattomasta teräksestä valmistetun lämmitysputken turvallinen tehotiheys ei saa ylittää 10 W/cm², jolloin lämpötilan riittävä turvamarginaali hidastaa korroosion ikääntymistä korkeassa lämpötilassa.
Kenttäsovellustiedot osoittavat, että lämmitysputket, jotka on suunniteltu standardoidulla alhaisella tehotiheydellä, voivat toimia vakaasti yli 18 kuukautta korkean-kloridipitoisen jätevedenkäsittelyjärjestelmissä, kun taas korkean-tehotiheyden tuotteet kärsivät usein paikallisesta korroosiovauriosta 5–7 kuukauden kuluessa. Yhteenvetona voidaan todeta, että liiallinen lämmitystehotiheys on keskeinen kannustin 316 ruostumattomasta teräksestä valmistetun lämmitysputken nopeutetulle korroosiovanhenemiselle korkeassa{6}}lämpötilassa. Kohtuullinen tehoparametrien sovitus ja yhtenäinen lämpöasetelma voivat tehokkaasti suojata passiivikalvon eheyttä, hillitä raerajojen herkistymistä, pidentää lämmityslaitteiden -korroosionestojaksoa ja saavuttaa tasapainon lämmitystehokkuuden ja pitkän aikavälin käyttöturvallisuuden välillä teollisuusjärjestelmissä.
