Při jaké konkrétní kombinaci koncentrace kyseliny sírové a teploty vyžaduje 1,2milimetrový plášť z nerezové oceli 316 výměnu každé tři měsíce v provozu ohřívače na výrobu oxidu titaničitého?

Procesní inženýři pracující s elektrickými ponornými ohřívači při výrobě oxidu titaničitého sulfátovým procesem vědí, že během fází vyhnívání a hydrolýzy jsou typické koncentrace kyseliny sírové 15 až 25 % při teplotách 80 až 110 stupňů. U reaktorů s omezeným prostorem- je příležitostně vyžadován plášť z nerezové oceli 316 o tloušťce 1,2 mm, ačkoli vysoká koncentrace, teplota a tepelný tok z hustoty wattů vytváří výjimečně agresivní korozní podmínky. U některých prahových hodnot může obecná koroze proniknout 1,2 mm stěnou za tři měsíce, což znamená, že je nutné ji každé tři měsíce vyměnit. V této studii identifikujeme přesné koncentrační-teplotní podmínky, při kterých 1,2mm 316 plášť dosahuje tříměsíčního limitu životnosti.

Odolnost 316 vůči korozi koncentrovanou kyselinou sírovou při zvýšené teplotě
Při teplotách nad 80 stupňů spadá nerezová ocel 316 do aktivní korozní domény v 15–25% kyselině sírové. Rychlost koroze není pasivní, ale aktivní vysoká, od 2 mm do 10 mm za rok v závislosti na konkrétní koncentraci a teplotě. Nejagresivnější rozsah je 90–100 stupňů s 18–22% kyselinou sírovou, kde rychlost může přesáhnout 15 mm/rok. Minimální tloušťka konstrukce pro tlakovou kontejnment pro plášť o tloušťce 1,2 mm je řádově 0,4 mm. 3.2 mm/rok rychlost koroze by zajistila penetraci 0,8 mm (1,2 mm-0,4 mm) za 3 měsíce. Celková koncentrace kyselin a povrchová teplota pláště, když se spojí, vedou k rychlosti koroze asi 3–5 mm za rok, čímž dosáhne tříměsíčního limitu výměny.

Tří{0}}měsíční kritické prahy životnosti
Na základě zkoušek ponorem 316 vzorků v kyselině sírové při koncentracích a teplotách relevantních pro výrobu oxidu titaničitého poskytují následující kombinace maximální životnost tří-měsíců pro stěnu o tloušťce 1,2 mm.

Koncentrace kyseliny sírové (hmotnostní %) Teplota objemového roztoku Teplota povrchu pláště při 6 W/cms (zvýšení o 12 stupňů) Očekávaná rychlost koroze při povrchové teplotě Doba snížení 1,2 mm na 0,4 mm Životnost do výměny
15 % 80 stupňů 92 stupňů 1,5 – 2,5 mm/rok 0,3 – 0,5 let 4 – 6 měsíců
15 % 85 stupňů 97 stupňů 2,5 – 4,0 mm/rok 0,2 – 0,3 let 2,5 – 4 měsíce
15 % 90 stupňů 102 stupňů 4,0 – 6,0 mm/rok 0,13 – 0,20 let 1,5 – 2,5 měsíce
18 % 75 stupňů 87 stupňů 2,0 – 3,0 mm/rok 0,27 – 0,40 let 3 – 5 měsíců
18 % 80 stupňů 92 stupňů 3,0 – 5,0 mm/rok 0,16 – 0,27 let 2 – 3,5 měsíce
18 % 85 stupňů 97 stupňů 5,0 – 8,0 mm/rok 0,10 – 0,16 let 1,2 – 2 měsíce
20 % 70 stupňů 82 stupňů 2,5–4,0 mm/rok 0,20–0,32 let 2,5–4 měsíce
20 % 75 stupňů 87 stupňů 4,0 – 6,0 mm/rok 0,13 – 0,20 let 1,5 – 2,5 měsíce
20 % 80 stupňů 92 stupňů 6,0 – 10,0 mm/rok 0,08 – 0,13 let 1 – 1,5 měsíce
22 % 65 stupňů 77 stupňů 3,0 – 5,0 mm/rok 0,16 – 0,27 let 2 – 3,5 měsíce
22 % 70 stupňů 82 stupňů 5,0 – 8,0 mm/rok 0,10 – 0,16 rok 1,2 – 2 měs.
22 % 75 stupňů 87 stupňů 8,0 – 12,0 mm/rok 0,07 – 0,10 let 0,8 – 1,2 měsíce
25 % 60 stupňů 72 stupňů 3,0 ? 5,0 mm/rok 0,16 ? 0,27 roku 2 ? 3,5 měsíce
25 % 65 stupňů 77 stupňů 5,0 – 8,0 mm/rok 0,10 – 0,16 let 1,2 – 2 měsíce
25 % 70 stupňů 82 stupňů 8,0 – 12,0 mm/rok 0,07 – 0,10 rok 0,8 – 1,2 měs.
Pro reaktor pro digesci oxidu titaničitého využívající 20% kyselinu sírovou při teplotě 80 stupňů s 1,2 mm pláštěm při 6 W/cm² je povrchová teplota pláště asi 92 stupňů. Očekávaná rychlost koroze je 6–10 mm za rok, výsledkem čehož je zmenšení stěny o tloušťce 1,2 mm na 0,4 mm za 1–1,5 měsíce. 3 měsíce výměna je optimistická. Skutečná životnost je 1-2 měsíce.

3měsíční plán výměny Bezpečná provozní obálka
Následující tabulka ukazuje maximální bezpečnou objemovou teplotu pro kyselinu sírovou pro plášť 1,2 mm 316 při různých hustotách wattů, aby byla zajištěna životnost nejméně tři měsíce před výměnou při zmenšení stěny na 0,4 mm.

Wattová hustota (nárůst teploty) Maximální objemová teplota pro 15 % H2SO4 Maximální objemová teplota pro 18 % H2SO4 Maximální objemová teplota pro 20 % H2SO4 Maximální objemová teplota pro 22 % H2SO4 Maximální objemová teplota pro 25 % H2SO{{14} 80 stupňů W/cm {7}stupeň {26} stupeň W/cm 72 stupňů 66 stupňů 6 W/cm2 (12 stupňů vzestup) 82 stupňů 76 stupňů 72 stupňů 68 stupňů 62 stupňů 8 W/cm2 (16 stupňů nárůst) 78 stupňů 72 stupňů 68 stupňů 64 stupňů 58 stupňů 10 W/cm2 (20 stupňů nárůst) 74 stupňů 68 stupňů 064 stupňů
Bezpečný objemový limit pro proces oxidu titaničitého je 76 stupňů (18% kyselina sírová, 80 stupňů objemová teplota, 6 W/cm² (12 stupňů nárůst, 92 stupňů povrch)). Ohřívač je nad bezpečnostním limitem při 80 stupních a životnost tří měsíců není zaručena. Bezpečný limit objemu 80° -okrajově i při 4 W/cm2.

Změny designu pro prodloužení životnosti na více než tři měsíce
Pokud podmínky procesu výroby oxidu titaničitého vyžadují 1,2 mm 316 plášť a životnost tří měsíců není dostatečná, mohou pomoci dvě změny, ale důrazně se doporučuje vylepšení slitiny. První změnou je maximalizace zahřáté délky, aby se co nejvíce minimalizovala wattová hustota. Se 4 W/cm2 je dosažitelná rychlost koroze 2–4 mm/rok v 18–20% kyselině sírové při 80 stupních, takže životnost je omezena na 3–6 měsíců. Druhým vylepšením by bylo použití duplexní nerezové oceli, jako je 2205, nebo vysoce-křemíkové nerezové oceli, jako je Alloy 20. Ve 20% kyselině sírové při 80 stupních snižuje Alloy 20 rychlost koroze na méně než 0,5 mm za rok, čímž se prodlužuje životnost na 2–3 roky během fází digesce,. 316 nerezová ocel obecně nevyhovuje hydrolýze oxidu titaničitého. výroba. Pro spolehlivou službu by inženýři měli specifikovat pláště ze slitiny 20, slitiny 825 nebo tantalu{27}}. Při specifikaci ohřívačů pro výrobu oxidu titaničitého vždy uvádějte správný obsah kyseliny, objemovou teplotu a projektovaný pracovní cyklus. Odpovědnou radou je nenavrhovat 316 pro 20% kyselinu sírovou při 80 stupních, aniž bychom hovořili o rychlé korozi. Pro většinu podniků není čtvrtletní výměna ekonomicky životaschopná. Předvídatelná, ale krátká životnost tři měsíce na výměnu. Vylepšení slitiny je správnou technickou odpovědí.