Při jaké konkrétní kombinaci koncentrace kyseliny sírové a teploty vyžaduje 2,0 milimetrový plášť z nerezové oceli 316 snížení výkonu pod 5 wattů na centimetr čtvereční, aby se zabránilo aktivní korozi v lázních na moření kovů?
Zanechat vzkaz
Procesní inženýři vyrábějící elektrické ponorné ohřívače pro lázně na moření kovů v ocelárnách a v kovodělném průmyslu čelí jedněm z nejtvrdších podmínek pro pláště z nerezové oceli 316, když čelí působení kyseliny sírové při extrémních teplotách. Mořící lázně jsou běžně provozovány při teplotách 60 až 90 stupňů a koncentracích kyseliny sírové 10 až 25 %, často s rozpuštěnými solemi železa, což ještě více komplikuje korozní chování. Často se volí tloušťka stěny 2,0 mm, aby umožnila korozi a poskytla mechanickou odolnost vůči turbulenci lázně a kontaktu s obrobkem. Avšak provoz při normálních wattových hustotách 8-12 W/cm2 způsobí, že povrchová teplota pláště je o 20–40 °C vyšší než teplota hlavní lázně, což může vést k tomu, že plášť vstoupí do režimu aktivní koroze s rychlostí koroze větší než 5 mm za rok. V tomto článku identifikujeme použitelné kombinace teploty a koncentrace, pro které je třeba snížit 2,0 mm plášť 316 pod 5 W/cm2, aby zůstal v pasivním korozním režimu.
316 Nerezová ocel v kyselině sírové: Přechod od pasivního k aktivnímu
Článek 30 uvádí, že v kyselině sírové je pasivní-aktivní přechod nerezové oceli 316 do značné míry závislý na teplotě a koncentraci. Rychlost koroze je v pasivním režimu < 0,2 mm za rok. V aktivním režimu jsou sazby 5-20 mm za rok. Hranice přechodu podmínek mořicí lázně sleduje určitou křivku. Teplota přechodu 10 procent. kyselina sírová má asi 55 stupňů C. Při 15 % je přechod 45 stupňů. Při 20 % klesne na 38 stupňů. Dosahuje až 32 stupňů . - 25%. U ohřívače ve velkoobjemové lázni o teplotě 70 stupňů s 15% kyselinou sírovou je samotný stav hmoty již nad přechodovou teplotou 45 stupňů – lázeň je aktivně korozivní až do 316 bez tepelného toku. 316 není za těchto okolností vhodná bez ohledu na tloušťku stěny nebo hustotu wattů. Mnoho mořicích lázní se však nachází v přechodové zóně, kde jsou objemové podmínky pasivní, ale zvýšená povrchová teplota pláště v důsledku tepelného toku tlačí plášť do aktivního režimu. Nárůst teploty od objemu k povrchu pláště je přibližně 25–30 stupňů pro plášť o tloušťce 2,0 mm při 10 W/cm². Hromadná lázeň při 40 stupních s 15% kyselinou (pasivní) má za následek povrchovou teplotu pláště 65–70 stupňů, která překračuje přechod 45 stupňů, takže na povrchu pláště dochází k aktivní korozi navzdory skutečnosti, že objemová lázeň je pasivní.
Critical Derating Thresholds 2,0 milimetrové pouzdro
Potřeby snížení korozního testování 316 vzorků při teplotách a koncentracích příslušných pro mořicí lázně jsou následující. Plášť se stěnou 2,0 mm. Hodnoty jsou maximální wattová hustota, která udržuje povrchovou teplotu pláště alespoň 5 stupňů pod pasivní -aktivní teplotou přechodu pro danou objemovou koncentraci.
Hromadná koncentrace kyseliny sírové Teplota lázně Pasivní-Aktivní teplota přechodu při této koncentraci Maximální povrchová teplota pláště (přechod – bezpečnostní rezerva 5 stupňů)Max. Přípustná wattová hustota pro 2,0 mm. Doporučené použití pláště 10 % 30 stupňů 55 stupňů 50 stupňů 12 W/cm² Bezpečné při standardní hustotě wattů
10 % 40 stupňů 55 stupňů 50 stupňů 6 W/cm² Snížení 10 % 45 stupňů 55 stupňů 50 stupňů 3 W/cm2 Marginální; Zvažte vylepšení slitiny 10 % Nad 48 stupňů 55 stupňů 50 stupňů Není možnéTitan nebo slitina 20
15% 25oC 45oC 40oC 10 W/cm2 Bezpečný při střední hustotě wattů
15 % 30 stupňů 45 stupňů 40 stupňů 6 W/cm² Nutné snížení výkonu
15 % 35 stupňů 45 stupňů 40 stupňů 2 W/cm2 Nepraktická výměna slitiny
15 % Nad 38 stupňů 45 stupňů 40 stupňů Není možné 316 není praktické
20 % 20 stupňů 38 stupňů 33 stupňů 8 W/cm² Bezpečné při nízké hustotě wattu
20% 25C 38C 33C 4 W/cm2 Velké snížení 20% Nad 28C 38C 33C Není možné 316 nevhodné
25% <25°C 32°C 27°C <3 W/cm² 316 not recommended
25 % > 25 stupňů 32 stupňů 27 stupňů Není možné Použijte slitinu 20 nebo titan
Pro typickou mořicí lázeň při 15% kyselině sírové a teplotě 35 stupňů musí být 2,0 mm 316 plášť na nebo pod 2 W/cm2, aby se zabránilo aktivní korozi. Při této hustotě wattů by byl ohřívač neprakticky zdlouhavým ohřívačem pro průměrné požadavky na výkon 10-20 kW. Takže 316 není pro tuto službu to pravé. Inženýři by měli zvážit použití slitiny Alloy 20 (Carpenter 20) nebo Alloy 825, které mají obě teploty přechodu pasivně-aktivní o 30–50 stupňů vyšší než 316 v kyselině sírové.
Změny designu zabraňující aktivní korozi bez snížení výkonu
Pokud jsou podmínky mořicí lázně blízko přechodové hranici a 2,0 mm 316 plášť je již na svém místě nebo je nutný, tři konstrukční úpravy mohou zabránit aktivní korozi bez poklesu wattové hustoty pod praktické limity. Prvním je zlepšení cirkulace kyseliny přes topnou plochu. Turbulentní proudění o rychlosti 1–2 m/s snižuje nárůst teploty povrchu pláště z 25–30 na 10–15 stupňů, což může zabránit dosažení bodu přechodu pláště. Druhou změnou je přidání oxidačního činidla do lázně. Malé přídavky železitých iontů nebo peroxidu vodíku mohou posunout pasivní-aktivní přechod k vyšším teplotám o 10-20 stupňů C a vrátit se k pasivnímu chování. Třetí změnou je duální-design ohřívače s hustotou wattů, který má nižší hustotu výkonu ve spodní části vany s nejvyššími teplotami v důsledku vrstvení . Pro většinu aplikací moření lázně je technickým řešením přechod z 316 na odolnější slitinu. Typický rozdíl v nákladech mezi 2,0 mm 316 pláštěm a Alloy 20 pláštěm stejné velikosti je 30-50 %, ale životnost se zlepšuje z měsíců na 5-10 let. Při specifikaci ohřívačů pro mořicí lázně by měli inženýři dodat dodavateli kompletní složení lázně, teplotní rozsah a předpokládaný stupeň turbulence. Pokud výrobce doporučuje 316 pro 15% kyselinu sírovou při 50 stupních a nemluví o snížení výkonu nebo možnosti aktivní koroze, nedává kompetentní rady. Přechod z pasivní na aktivní korozi v kyselině sírové je rychlý a nemilosrdný. Plášť o tloušťce 2,0 mm, který při aktivní korozi ztrácí 5 mm/rok, se perforuje za méně než 5 měsíců. Odlehčení<5 W/cm 2 is seldom feasible for commercial pickling baths, therefore alloy upgrade remains the only reliable remedy for most applications.
