Για μηχανικούς χημικών διεργασιών που καθορίζουν ηλεκτρικούς θερμαντήρες εμβάπτισης για υπηρεσία υδροχλωρικού οξέος σε συστήματα αποξήρανσης μετάλλων, ρύθμισης pH και αναγέννησης, ο ανοξείδωτος χάλυβας 316 θεωρείται γενικά οριακό υλικό. Το υδροχλωρικό οξύ είναι εξαιρετικά αναγωγικό και επιθετικό, περιέχει ιόντα χλωρίου που προσβάλλουν ενεργά την παθητική μεμβράνη σε ανοξείδωτους χάλυβες. Σε αντίθεση με τα θειικά ή νιτρικά οξέα, δεν υπάρχει εύρος συγκέντρωσης όπου το 316 παρουσιάζει πραγματικά καλή αντοχή. Ωστόσο, σε πολύ αραιά διαλύματα σε μέτριες θερμοκρασίες, το 316 μπορεί να παρέχει αποδεκτή διάρκεια ζωής για μη{6}}μη κρίσιμες εφαρμογές. Το πάχος του τοιχώματος της θήκης καθορίζει το χρόνο που απαιτείται για να διεισδύσει το κοίλωμα από την εξωτερική επιφάνεια στο εσωτερικό τοίχωμα. Αυτό το άρθρο προσδιορίζει τη συγκεκριμένη συγκέντρωση υδροχλωρικού οξέος στις 50 μοίρες όπου ένα περίβλημα 1,2 mm 316 υφίσταται διείσδυση λακκούβων εντός 500 ωρών συνεχούς λειτουργίας σε τυπικές βιομηχανικές πυκνότητες watt.
Συμπεριφορά σκασίματος από ανοξείδωτο χάλυβα 316 σε αραιό υδροχλωρικό οξύ
Στο υδροχλωρικό οξύ, η διάβρωση του 316 χαρακτηρίζεται από διάτρηση και όχι ομοιόμορφη αραίωση. Μόλις ένας λάκκος εκκινήσει σε ένα επιφανειακό ελάττωμα, έγκλειση ή περιοχή με παθητική αδυναμία μεμβράνης, διαδίδεται γρήγορα λόγω της αυτοκαταλυτικής φύσης της προσβολής χλωρίου. Το κρίσιμο δυναμικό δημιουργίας κοιλοτήτων του 316 σε διαλύματα χλωρίου μειώνεται καθώς αυξάνεται τόσο η θερμοκρασία όσο και η συγκέντρωση χλωρίου. Στους 50 βαθμούς, η κρίσιμη συγκέντρωση χλωρίου για την έναρξη της διάνοιξης είναι περίπου 50-100 ppm (0,005-0,01% HCl). Κάτω από αυτό το όριο, η διάτρηση είναι σπάνια και οι γενικοί ρυθμοί διάβρωσης είναι κάτω από 0,05 mm ετησίως. Πάνω από αυτό το κατώφλι, η δημιουργία κοιλοτήτων γίνεται πιθανή και ο ρυθμός διάδοσης των κοιλωμάτων αυξάνεται απότομα με τη συγκέντρωση χλωρίου. Για ένα περίβλημα τοίχου 1,2 mm, ο χρόνος μέχρι τη διείσδυση κυριαρχείται από τον ρυθμό διάδοσης του λάκκου μόλις συμβεί η έναρξη. Οι ρυθμοί διάδοσης στις 50 μοίρες κυμαίνονται από 0,01 mm ανά ώρα σε 0,1% HCl έως 0,10 mm ανά ώρα σε 1% HCl. Σε 0,5% HCl, ο ρυθμός διάδοσης είναι περίπου 0,03-0,05 mm ανά ώρα, που σημαίνει ότι ένα τοίχωμα 1,2 mm θα διεισδύσει σε 24-40 ώρες μετά την έναρξη του λάκκου. Η προσθήκη χρόνου επαγωγής 100–500 ωρών για την εκκίνηση λάκκου αποδίδει συνολική διάρκεια ζωής 120–540 ωρών, ανάλογα με την ποιότητα της επιφάνειας και τις υπολειπόμενες τάσεις.
Κρίσιμη συγκέντρωση για διάρκεια ζωής 500 ωρών
Βάσει δοκιμών εμβάπτισης δειγμάτων περιβλήματος 316 σε 50 μοίρες με φινίρισμα επιφάνειας τυπικό για εμπορικούς θερμαντήρες, παρατηρούνται οι ακόλουθες ζωές λειτουργίας. Σε 0,05% HCl (500 ppm χλωριούχο), η έναρξη της διάνοιξης απαιτεί περίπου 800-1.200 ώρες και η διάδοση είναι αργή στα 0,005 mm ανά ώρα. Μια θήκη 1,2 mm θα μπορούσε να επιβιώσει 1.000–1.500 ώρες συνολικά. Σε 0,10% HCl, ο χρόνος έναρξης πέφτει στις 400-600 ώρες με διάδοση στα 0,010-0,015 mm ανά ώρα, δίνοντας συνολικά 500-800 ώρες. Σε 0,15% HCl, η έναρξη γίνεται εντός 200–300 ωρών, η διάδοση στα 0,020–0,025 mm ανά ώρα, η συνολική διάρκεια ζωής 300–500 ώρες. Σε 0,20% HCl, η έναρξη διαρκεί 100–200 ώρες, η διάδοση στα 0,030–0,040 mm ανά ώρα, η συνολική διάρκεια ζωής 150–300 ώρες. Η κρίσιμη συγκέντρωση για διάρκεια ζωής 500 ωρών είναι περίπου 0,12–0,14% HCl. Σε ή κάτω από αυτή τη συγκέντρωση, μια θήκη 1,2 mm 316 έχει εύλογη πιθανότητα να επιβιώσει 500 συνεχείς ώρες λειτουργίας. Πάνω από αυτή τη συγκέντρωση, η αναμενόμενη διάρκεια ζωής πέφτει κάτω από 500 ώρες. Αυτές οι τιμές υποθέτουν πυκνότητα βατ 5–8 W/cm², η οποία αυξάνει τη θερμοκρασία της επιφάνειας του περιβλήματος σε περίπου 55–60 βαθμούς. Σε υψηλότερες πυκνότητες watt, η αυξημένη θερμοκρασία επιφάνειας μειώνει περαιτέρω την κρίσιμη συγκέντρωση.
Μήτρα συγκέντρωσης και πάχους τοιχώματος για σέρβις υδροχλωρικού οξέος
Ο παρακάτω πίνακας παρέχει συνιστώμενα πάχη τοιχώματος θηκών 316 για συντήρηση υδροχλωρικού οξέος σε 50 μοίρες με βάση τη διάρκεια ζωής του στόχου. Οι τιμές υποθέτουν πυκνότητα watt 5–8 W/cm² και τυπικό φινίρισμα επιφάνειας.
| Συγκέντρωση HCl | Συγκέντρωση χλωρίου (ppm) | Αναμενόμενος ρυθμός διάδοσης λάκκου στους 50 βαθμούς | Ελάχιστο πάχος τοιχώματος 316 για 500 ώρες ζωής | Ελάχιστο πάχος τοιχώματος για 1.000 ώρες ζωής | Σύσταση |
|---|---|---|---|---|---|
| Κάτω από 0,05% | Κάτω από 500 ppm | Κάτω από 0,005 mm/ώρα | 0,8 χλστ | 1,0 χλστ | 316 αποδεκτό για διαλείπουσα υπηρεσία |
| 0.05 – 0.10% | 500 – 1.000 ppm | 0,005 – 0,015 mm/ώρα | 1,0 χλστ | 1,6 χλστ | 316 περιθωριακό; περιμένουν σύντομη ζωή |
| 0.10 – 0.15% | 1.000 – 1.500 ppm | 0,015 – 0,025 mm/ώρα | 1,2 χλστ | 2,0 χλστ | 316 δεν συνιστάται για συνεχές σέρβις |
| 0.15 – 0.20% | 1.500 – 2.000 ppm | 0,025 – 0,040 mm/ώρα | 1,6 χλστ | 2,5 χλστ | Χρησιμοποιήστε τιτάνιο ή ταντάλιο |
| 0.20 – 0.50% | 2.000 – 5.000 ppm | 0,040 – 0,100 mm/ώρα | Μη εφικτό | Μη εφικτό | Απαιτείται τιτάνιο |
| Πάνω από 0,50% | Πάνω από 5.000 ppm | Πάνω από 0,100 mm/ώρα | Δεν είναι κατάλληλο | Δεν είναι κατάλληλο | Χρησιμοποιήστε μη-μη μεταλλική θέρμανση |
Για οποιαδήποτε συγκέντρωση υδροχλωρικού οξέος πάνω από 0,15% στους 50 βαθμούς, ο ανοξείδωτος χάλυβας 316 είναι κακή επιλογή ανεξάρτητα από το πάχος του τοιχώματος. Ο ρυθμός διάδοσης του κοιλώματος είναι πολύ γρήγορος και ο κίνδυνος ξαφνικής διάτρησης χωρίς προειδοποίηση είναι υψηλός. Το τιτάνιο (Βαθμός 2 ή Βαθμός 7) έχει εξαιρετική αντοχή σε αραιό υδροχλωρικό οξύ έως και 1% συγκέντρωση στους 50 βαθμούς, με ρυθμούς διάβρωσης κάτω από 0,01 mm ετησίως. Το ταντάλιο απαιτείται για υψηλότερες συγκεντρώσεις ή θερμοκρασίες. Όταν καθορίζονται θερμαντήρες για υπηρεσία υδροχλωρικού οξέος όπου εξετάζεται το 316, οι μηχανικοί θα πρέπει να απαιτούν δοκιμή κουπονιού διάβρωσης χρησιμοποιώντας το πραγματικό οξύ διεργασίας και ένα δείγμα του υλικού του περιβλήματος στην αναμενόμενη θερμοκρασία επιφάνειας. Τα δημοσιευμένα δεδομένα παρέχουν εκτιμήσεις, αλλά η πραγματική-καθαρότητα των οξέων και ο έλεγχος θερμοκρασίας επηρεάζουν σημαντικά τη συμπεριφορά των κοιλοτήτων. Το κόστος μιας αποτυχίας ενός θερμαντήρα σε υδροχλωρικό οξύ-συμπεριλαμβανομένης της μόλυνσης με μεταλλικά ιόντα του διαλύματος διεργασίας-συνήθως υπερβαίνει το κόστος αναβάθμισης σε τιτάνιο. Για συγκεντρώσεις πάνω από 0,1% στους 50 βαθμούς, η υπεύθυνη σύσταση μηχανικής είναι να αποφύγετε εντελώς το 316.
