Pri kateri specifični kombinaciji koncentracije klorovodikove kisline in temperature površine plašča je treba 1,6-milimetrski ovoj iz nerjavečega jekla 316 zamenjati vsakih 12 mesecev v servisu grelnika rezervoarja za regeneracijo za sisteme za izmenjavo ionov?

Klorovodikova kislina je standardni regenerant za kationske izmenjevalne smole. * * Za inženirje objektov, odgovorne za električne potopne grelnike v sistemih za čiščenje vode z ionsko izmenjavo. Običajna regeneracija poteka s 5–10 % HCl pri temperaturah vbrizgavanja 20–40 stopinj, vendar se regeneracijski rezervoarji zaradi učinkovitosti pogosto segrejejo na 50–60 stopinj. Ti grelniki so pogosto izdelani z 1,6 mm plaščem iz nerjavečega jekla 316 zaradi splošne odpornosti proti koroziji v šibki HCl. Toda pod določeno koncentracijo kisline in visoko temperaturo površine plašča glede na vatno gostoto se luknjičasta in splošna korozija pospešita, kar zmanjša življenjsko dobo na 12 mesecev ali manj. Ta članek vam natančno pove, kje letno zamenjati ovoj 1,6 mm 316 v servisu grelnika rezervoarja za regeneracijo.

Korozijsko obnašanje 316 v razredčeni klorovodikovi kislini
Pasivni film iz nerjavečega jekla 316 napadajo kloridni ioni in klorovodikova kislina je precej agresivna za nerjavno jeklo 316. Pod 3 % pri temperaturah pod 40 stopinj 316 kaže blage stopnje korozije 0,1–0,3 mm na leto. Pri 5% HCl se stopnja poveča na 0,5-1,0 mm na leto pri 40 stopinjah. Stopnje 1,0-2,0 mm/leto so opazili pri 8 % HCl. Pri 10 % HCl so stopnje nad 2-4 mm na leto. Najmanjša strukturna debelina za plašč 1,6 mm je ~0,6 mm. Pri stopnji korozije 1,0 mm/leto pride do prodora korozije 1,0 mm (od 1,6 mm do 0,6 mm) v 12 mesecih. 12-mesečni prag zamenjave je določen, ko kombinacija koncentracije HCl in površinske temperature plašča povzroči stopnjo korozije 0,8–1,2 mm na leto.

Kritični pragovi 12-mesečne življenjske dobe
Preskušanje s potopitvijo 316 vzorcev v klorovodikovi kislini pri temperaturah, ki so pomembne za delovanje rezervoarja za regeneracijo, kaže, da bodo naslednje kombinacije koncentracije kisline in temperature površine plašča zagotovile 12-mesečno največjo življenjsko dobo za 1,6 mm steno.

Koncentracija klorovodikove kisline (utežni %) Temperatura raztopine v razsutem stanju Temperatura površine plašča pri 6 W/cm² (dvig za 12 stopinj) Pričakovana stopnja korozije pri temperaturi površine Čas za zmanjšanje 1,6 mm do 0,6 mm Življenjska doba do zamenjave 3 % 40 stopinj 52 stopinj 0,2 – 0,4 mm/leto 2,5 – 5,0 let 3 – 6 let 3 % 50 stopinj 62 stopinj 0,4 – 0,7 mm/leto 1,4 – 2,5 let 1,8 – 3 leta 3 % 55 stopinj 67 stopinj 0,6 – 1,0 mm/leto 1,0 – 1,7 let 1,2 – 2 leti 5 % 35 stopinj 47 stopinj 0,4 – 0,7 mm/leto 1,4 – 2,5 let 1,8 – 3 leta 5 % 40 stopinj 52 stopinj 0,6 – 1,0 mm/leto 1,0 – 1,7 let 1,2 – 2 leti 5 % 45 stopinj 57 stopinj 0,9 – 1,4 mm/leto 0,7 – 1,1 let 0,9 – 1,3 leta 5 % 50 stopinj 62 stopinj 1,2 – 1,8 mm/leto 0,6 – 0,8 let 0,7 – 1,0 let 8 % 30 stopinj 42 stopinj 0,6 – 1,0 mm/leto 1,0 – 1,7 let 1,2 – 2 leti 8 % 35 stopinj 47 stopinj 0,9 – 1,4 mm/leto 0,7 – 1,1 let 0,9 – 1,3 let 8 % 40 stopinj 52 stopinj 1,3 – 2,0 mm/leto 0,5 – 0,8 leta 0,6 – 1,0 leta 10 % 25 stopinj 37 stopinj 0,8 – 1,2 mm/leto 0,8 – 1,3 leta 1,0 – 1,5 leta 10 % 30 stopinj 42 stopinj 1,1 – 1,7 mm/leto 0,6 – 0,9 leta 0,7 – 1,1 leta 10 % 35 stopinj 47 stopinj 1,6 – 2,4 mm/leto 0,4 – 0,6 let 0,5 – 0,8 let
Pri 1,6 mm ovoju pri 6 W/cm2 v rezervoarju za regeneracijo ionske izmenjave s 5 % HCl pri 45 stopinjah skupne temperature bo površina ovoja okoli 57 stopinj. Predvideva se, da bo stopnja korozije 0,9-1,4 mm/leto, tako da se bo stena 1,6 mm zmanjšala na 0,6 mm v 0,7-1,1 letih. Primerna je 12-mesečna zamenjava. Znižanje temperature v masi na 40 stopinj zmanjša površinsko temperaturo na 52 stopinj in stopnjo korozije na 0,6–1,0 mm na leto ter podaljša življenjsko dobo na 1,2–2 leti.

12-mesečna nadomestna shema Varna delovna ovojnica
Spremna tabela podaja najvišjo varno temperaturo klorovodikove kisline v razsutem stanju pri različnih gostotah v vatih, da se zagotovi vsaj 12 mesecev življenjske dobe pred degradacijo stene na 0,6 mm, potrebna zamenjava za 1,6 mm ovoj 316.

Watt Gostota (dvig temperature) Max. Bulk Temp. za 3 % HCl Max. Bulk Temp. za 5 % HCl Max. Bulk Temp. za 8 % HCl Max. Bulk Temp. za 10% HCl
4 W/cm2 (dvig za 8 stopinj) 60 stopinj 52 stopinj 44 stopinj 38 stopinj 6 W/cm2 (dvig za 12 stopinj) 56 stopinj 48 stopinj 40 stopinj 34 stopinj 8 W/cm2 (dvig za 16 stopinj) 52 stopinj 44 stopinj 36 stopinj 30 stopinj 10 W/cm2 (dvig za 20 stopinj) 48 stopinj 40 stopinj 32 stopinj 26 stopinj
Za rezervoar za regeneracijo 5 % HCl je pri 45 stopinjah prostorninske temperature in 6 W/cm2 (12 stopinj dvig, 57 stopinj površine) varna mejna vrednost 48 stopinj. Grelec je v varnem območju pri 45 stopinjah in možna je življenjska doba 12 mesecev. Z letno zamenjavo je presežena varna meja za 50 stopinj v razsutem stanju in je ni mogoče zagotoviti.

Spremembe zasnove za izboljšanje vzdržljivosti po 12 mesecih
Kadar pogoji regeneracije zahtevajo 1,6 mm ovoj iz 316 in 12-mesečna življenjska doba ne zadošča, je mogoče izvesti 3 modifikacije za podaljšanje življenjske dobe. Prvi je zmanjšati gostoto vatov z uporabo daljšega grelnika. Zmanjšanje s 6 W/cm2 na 4 W/cm2 zmanjša dvig površinske temperature z 12C na 8C, s prehodom iz 12-mesečnega režima na 1,5-2-letni režim za 5% HCl pri 45C. Druga sprememba je zmanjšanje trajanja stika s kislino s segrevanjem regeneracijske posode le med delom predgretja postopka in ne med delom postopka z vbrizgavanjem kisline. Grelnik, ki deluje 4 ure na vsak regeneracijski cikel v primerjavi z 12 urami, bo trajal 3-krat dlje v koledarskem času. Končna prilagoditev je prehod na nerjavno jeklo z visoko vsebnostjo silicija, kot je zlitina 20, ali plašč, ovit s tantalom. Stopnje korozije zlitine 20 so < 0,1 mm/leto v 5–10 % HCl pri 60 stopinjah, kar zagotavlja življenjsko dobo > 10 let. Pri čistilnih napravah, kjer regeneracija poteka vsak dan, je strošek dela za letno zamenjavo grelnika običajno večji od inkrementalnih stroškov grelnika Alloy 20. Pri določanju grelnikov za storitev regeneracije ionske izmenjave vedno navedite pravilno vsebnost HCl, temperaturo v masi in pogostost regeneracije. Proizvajalec, ki predlaga 316 za 8 % HCl pri 50 stopinjah, ne da bi navedel predvideno življenjsko dobo, ne daje razumnih nasvetov. 12-mesečni prag zamenjave za 1,6 mm 316 ovoj v klorovodikovi kislini je predvidljiv kot funkcija koncentracije, nasipne temperature in gostote vatov, kar omogoča natančno napovedovanje življenjske dobe grelnika pri postopkih čiščenja vode.