Mennyi egy 316-os rozsdamentes acél burkolat maximális élettartama 1,2 milliméter falvastagsággalMi a maximális élettartama egy 316-os rozsdamentes acél köpenynek 1,2 milliméter falvastagsággal folyamatos 15%-os foszforsavas szolgáltatásnál, 110 Celsius-fok és 5%-os folyamatos üzemelés esetén? 110 Celsius fok?

A kémiai folyamatokban, például a foszfátműtrágya-gyártásban, a fémkezelő fürdőkben és a foszforsavat kezelő élelmiszer-feldolgozó berendezésekben használt elektromos merülőmelegítők köpenyanyagának kiválasztásakor figyelembe kell venni mind a korrózióállóságot, mind a hőteljesítményt. A foszforsav nem olyan agresszív, mint a sósav vagy a kénsav, azonban 80 oC feletti hőmérsékleten és 10% feletti magas koncentrációban a 316-os rozsdamentes acél felgyorsult támadása különösen a hegesztési zónákban és a nagy maradékfeszültségű helyeken fordulhat elő. A köpeny falvastagsága határozza meg a fűtőelem korróziós ráhagyását élettartama során, azonban a csatlakozás nemlineáris, mivel a korróziós sebesség a fal elvékonyodásával és a helyi áramsűrűség növekedésével nő. Ez a cikk egy 1,2 mm-es 316-os, 15%-os foszforsavban, 110°-os ferdeségű burkolatra vonatkozó kvantitatív élettartam-előrejelzést mutat be ismert korróziós adatok és vegyipari létesítményekben szerzett helyszíni tapasztalatok alapján.

316 rozsdamentes acél korróziós viselkedése forró foszforsavban
10% és 30% közötti foszforsav koncentrációban 80 fok feletti hőmérsékleten a 316 rozsdamentes acél általános korróziós sebessége 0,1-0,5 mm/év, a sav tisztaságától, hőmérsékletétől és áramlási sebességétől függően. A korróziós mechanizmus többnyire egyenletes elvékonyodás, nem pedig lyukképződés, mivel a foszforsav nem erős oxidálószer, és nem tartalmaz kloridokat, amelyek felelősek a helyi támadásért. A kereskedelemben kapható foszforsav olyan szennyező anyagokat tartalmaz, mint a foszfátkőzetből származó fluoridok, szulfátok és kloridok, amelyek felgyorsíthatják a támadást és lyukképződést okozhatnak. A 316 általános korróziós sebessége 15%-os foszforsavban 110 fokon normál ipari tisztaság mellett körülbelül 0,25 mm/év. Ez az arány azon alapul, hogy a köpeny felületének hőmérséklete az ömlesztett sav hőmérsékletéhez képest 5 fokon belül van. Valójában a hőáram a fűtőburkolat magasabb hőmérsékletét okozza. Egy 1,2 mm-es falú 316-os köpeny esetén 6 W/cm² 110 fokos savban a külső felület hőmérséklete 125 fok körül van. Ezen a hőmérsékleten a korrózió sebessége körülbelül 0,35 mm/év-re nő. A hőmérsékletet a hőáram növeli, és további 40%-ot adnak a korróziós sebességhez az ömlesztett sav hőmérsékletéhez képest.

1.2 Az élettartam becslése milliméteres falvastagság esetén
A 316-os hüvely névleges vastagsága 1,2 mm. A gyártási tűrés azonban ±0,1 mm. Ez azt jelenti, hogy a minimális vastagság 1,1 mm lehet. A konzervatív élettartam-becslés a minimális vastagságon alapul. 0,35 mm/év, korróziós sebessége 0,35 mm/év. De a kudarc még azelőtt megtörténik, hogy a falat teljesen át lehet enni. A minimális szerkezeti vastagság 0,5 mm, hogy ellenálljon a MgO tágulásából és a külső folyamatnyomásból eredő belső nyomásoknak. Így a hasznos korróziós ráhagyás 1,1–0,5 mm=0.6 mm. A várható élettartam 0,6/0.35=1.7 év 0,35 mm/év mellett. Ez az a pillanat, amikor a burkolat eléri minimális szerkezeti vastagságát. Valójában a fűtőtesteket gyakran 0,7–0,8 mm-es maradék falvastagságnál cserélik ki, hogy biztosítsák a biztonsági ráhagyást. Ennél a csereküszöbnél az élettartam körülbelül 1,2 évre csökken. A kezdeti falvastagságnak egy 5 éves élettartamhoz 0,35 x 5 év + 0.5 (szerkezeti rés) + 0.1 (tűrés)=2.35 mm-nek vagy körülbelül 2,5 mm-nek kell lennie. Ezért ebben a szolgáltatásban az 1,2 mm-es fali 316 köpeny csak olyan alkalmazásokra alkalmas, ahol az éves csere elfogadható.

Javasolt foszforsavas falvastagság
A következő táblázat felsorolja a foszforsavas üzemű elektromos merülő fűtőberendezések elfogadható burkolatfalvastagságát a koncentráció, a hőmérséklet és a kívánt élettartam függvényében. Az értékek normál szennyeződésű, 4-6 W/cm2 wattsűrűségű, ipari minőségű savra vonatkoznak.

Foszforsav koncentráció|Tömeges sav hőmérséklete|Cél élettartam|Javasolt minimális falvastagság 316|Élettartam az ajánlott vastagság mellett Várható felületi korróziós arány
10 – 15 % 80 – 100 fok 2 év 1,2 mm 0,20 – 0,30 mm/év 1,5 – 2,5 év
10 – 15% 80 – 100 fok 5 év 2,0 mm 0,20 – 0,30 mm/év 4-6 év
10-15% 100-120 fok 2 év 1,6 mm 0,30-0,45 mm/év 2-3 év
10 – 15% 100 – 120 fok 5 év 2,5 mm 0,30 – 0,45 mm/év 5 – 7 év
15 – 25% 80 – 100 fok 2 év 1,6 mm 0,25 – 0,40 mm/év 2 – 3 év
15 – 25% 80 – 100 fok 4 év 2,5 mm 0,25 – 0,40 mm/év 4 – 6 év
15 – 25% 100 – 120 fok 1 év 1,6 mm 0,40 – 0,60 mm/év 1 – 2 év
15 – 25% 100 – 120 fok 3 év 2,5 mm 0,40 – 0,60 mm/év 3 – 4 év
>25% Bármilyen hőmérséklet Bármilyen Nem ajánlott > 0,60 mm/év Kiszámíthatatlan; magasabb ötvözetet használjon
A 316 rozsdamentes acél általában nem alkalmas 25%-nál nagyobb foszforsavkoncentrációra 100 fok feletti hőmérsékleten, a falvastagságtól függetlenül. Ebben a forgatókönyvben a mérnökök fontolóra vehetik az olyan nagy-móltartalmú ötvözetre való frissítést, mint az Alloy 20 (Carpenter 20) vagy az Alloy 625, amelyek korróziós aránya két nagyságrenddel kisebb, mint 316 forró foszforsavban.

Tervezési változtatások az élettartam meghosszabbítása érdekében a falvastagság növelése nélkül
Ha a hely- vagy hőhatás megfontolások 1,2 mm-es 316-os burkolat használatát teszik szükségessé forró foszforsav használatához, három tervezési beállítás áll rendelkezésre, amelyek a becsült 1,7 évnél jóval hosszabb élettartamot biztosítanak. Az első a wattsűrűség csökkentése. Ha az üzemi szintet 6 W/cm²-ről 3 W/cm²-re csökkentjük, a burkolat felületi hőmérséklete 125 fokról körülbelül 116 fokra, a korróziós sebesség pedig évi 0,35-ről körülbelül 0,22 mm-re csökken. Ez az élettartamot 1,7 évről 2,7 évre növeli. A második változtatás a burkolat felületének passziválása 20%-os salétromsavval 50 fokon 60 percig a beépítés előtt. A passziválás megszünteti a beágyazott vasrészecskéket, és megnöveli a króm-oxid réteg vastagságát, 20-30%-kal csökkentve a kezdeti korróziós sebességet a használat első néhány hónapjában. A harmadik változtatás a sav tisztaságának kezelése. Ha a fluoridokat 50 ppm alatt, a kloridokat 100 ppm alatt lehet tartani, akkor a korrózió 0,15-0,20 mm-re korlátozható évente, és az élettartam 3-4 év lesz. Fontos alkalmazásokban, ahol a fűtőberendezés előre nem látható meghibásodása jelentős termeléskiesést eredményezne, a mérnököknek pótfűtőt kell beépíteniük, vagy a tartályt kettős fűtőtesttel kell megépíteni, hogy az egyik cserélhető legyen, a másik pedig fenntartsa a hőmérsékletet. A tartalék fűtőberendezés költsége elhanyagolható a folyamatos vegyszergyártás előre nem látható leállásának költségeihez képest. Adja meg a korróziós kupon tesztelését a folyamatáramban lévő valódi savval, amikor kiválasztja a fűtőelemeket a foszforsav szolgáltatáshoz. A valós világ savtisztasága növényenként, sőt gyártási tételenként is igen eltérő, így a közzétett adatok becsléseket adnak. Egy 1,2 mm-es 316-os minta három hónapos kupontesztje a technológiai savnak a várt köpenyhőmérsékleten kitéve a legjobb indikátor az élettartamra. Ennek a tesztnek a költsége általában kevesebb, mint egy meghibásodott fűtőberendezés költsége.