Kakšna je največja življenjska doba ovoja iz nerjavečega jekla 316 z debelino stene 1,2 milimetra Kakšna je največja življenjska doba ovoja iz nerjavečega jekla 316 z debelino stene 1,2 milimetra pri neprekinjeni uporabi s 15 % fosforno kislino pri 110 stopinjah Celzija?kness pri neprekinjeni uporabi s 15 % fosforno kislino pri 110 Stopinj Celzija?

Pri izbiri materiala ovoja za električne potopne grelnike, ki se uporabljajo v aplikacijah kemičnih procesov, kot so proizvodnja fosfatnih gnojil, kopeli za obdelavo kovin in oprema za predelavo hrane, ki deluje s fosforno kislino, je treba upoštevati odpornost proti koroziji in toplotno učinkovitost. Fosforjeva kislina ni tako agresivna kot klorovodikova kislina ali žveplova kislina, vendar pa lahko pri povišanih temperaturah nad 80oC in visokih koncentracijah nad 10 % pride do pospešenega napada nerjavečega jekla 316 predvsem na območjih varjenja in na mestih visoke preostale napetosti. Debelina stene plašča določa dovoljeno korozijo za grelec med njegovo življenjsko dobo, vendar je povezava nelinearna, saj stopnje korozije ponavadi naraščajo s tanjšanjem stene in povečano lokalno gostoto toka. Ta članek predstavlja napoved kvantitativne življenjske dobe za 1,2 mm ovoj iz 316 v 15 % fosforni kislini pri 110 stopinjah, ki temelji na znanih podatkih o koroziji in izkušnjah na terenu v kemičnih obratih.

Korozijsko obnašanje nerjavečega jekla 316 v vroči fosforni kislini
Pri koncentracijah fosforne kisline med 10 % in 30 % pri temperaturah nad 80 stopinj ima nerjavno jeklo 316 splošne stopnje korozije od 0,1 do 0,5 mm/leto, odvisno od čistosti kisline, temperature in hitrosti pretoka. Mehanizem korozije je večinoma enakomerno redčenje in ne luknjanje, saj fosforjeva kislina ni močan oksidant in ne vsebuje kloridov, odgovornih za lokaliziran napad. Komercialna fosforna kislina vsebuje onesnaževalce, kot so fluoridi, sulfati in kloridi iz fosfatne kamnine, ki lahko pospešijo napad in povzročijo luknjičaste luknje. Splošna stopnja korozije 316 v 15 % fosforni kislini pri 110 stopinjah z normalno industrijsko čistostjo je približno 0,25 mm/leto. Ta stopnja temelji na temperaturi površine plašča, ki je znotraj 5 stopinj od temperature kisline v razsutem stanju. Pravzaprav toplotni tok povzroči višjo temperaturo grelnega plašča. Za 1,2 mm stenski ovoj 316 pri 6 W/cm² v kislini 110 stopinj je temperatura zunanje površine okoli 125 stopinj. Pri tej temperaturi se stopnja korozije poveča na približno 0,35 mm/leto. Temperatura se poveča zaradi toplotnega toka in dodatnih 40 % se doda stopnji korozije glede na temperaturo kisline v razsutem stanju.

1.2 Ocena življenjske dobe za milimetrsko debelino stene
316 plašč ima nazivno debelino 1,2 mm. Vendar so proizvodna toleranca ±0,1 mm. To pomeni, da je najmanjša debelina lahko 1,1 mm. Konzervativna ocena življenjske dobe temelji na najmanjši debelini. Porabi 0,35 mm/leto in stopnja korozije je 0,35 mm/leto. Toda neuspeh se bo zgodil, preden bo stena popolnoma prežrta. Najmanjša strukturna debelina je 0,5 mm, da se upre notranjim pritiskom zaradi širjenja MgO in zunanjega procesnega tlaka. Tako je koristni dodatek proti koroziji 1,1 mm – 0,5 mm=0.6 mm. Predvidena življenjska doba je 0,6/0.35=1.7 let pri 0,35 mm na leto. To je trenutek, ko plašč doseže minimalno strukturno debelino. Pravzaprav se grelniki pogosto zamenjajo pri preostali debelini stene 0,7–0,8 mm, da se omogoči varnostna rezerva. Pri tem pragu zamenjave se življenjska doba zmanjša na približno 1,2 leta. Začetna debelina stene za 5-letno življenjsko dobo bi morala biti 0,35 x 5 let + 0.5 (strukturni rob) + 0.1 (toleranca)=2.35 mm ali približno 2,5 mm. Zato je 1,2 mm stenski ovoj 316 v tej storitvi primeren samo za aplikacije, kjer je sprejemljiva letna zamenjava.

Predlagana debelina stene storitve fosforne kisline
Naslednja tabela navaja sprejemljive debeline sten plašča za električne potopne grelnike v uporabi s fosforno kislino kot funkcijo koncentracije, temperature in želene življenjske dobe. Vrednosti so za kislino industrijske kakovosti z običajnimi nečistočami in vatno gostoto od 4 do 6 W/cm2.

Koncentracija fosforne kisline|Temperatura kisline v razsutem stanju|Ciljna življenjska doba|Priporočena najmanjša debelina stene 316|Življenjska doba pri priporočeni debelini Predvidena stopnja korozije na površini
10 – 15 % 80 – 100 stopinj 2 leti 1,2 mm 0,20 – 0,30 mm/leto 1,5 – 2,5 leti
10 – 15 % 80 – 100 stopinj 5 let 2,0 mm 0,20 – 0,30 mm/leto 4-6 let
10–15 % 100–120 stopinj 2 leti 1,6 mm 0,30–0,45 mm/leto 2–3 leta
10 – 15 % 100 – 120 stopinj 5 let 2,5 mm 0,30 – 0,45 mm/leto 5 – 7 let
15 – 25 % 80 – 100 stopinj 2 leti 1,6 mm 0,25 – 0,40 mm/leto 2 – 3 leta
15 – 25 % 80 – 100 stopinj 4 leta 2,5 mm 0,25 – 0,40 mm/leto 4 – 6 let
15 – 25 % 100 – 120 stopinj 1 leto 1,6 mm 0,40 – 0,60 mm/leto 1 – 2 leti
15 – 25 % 100 – 120 stopinj 3 leta 2,5 mm 0,40 – 0,60 mm/leto 3 – 4 leta
>25 % Katera koli temperatura Katera koli Ni priporočljivo > 0,60 mm/leto Nepredvidljivo; uporabite višjo zlitino
Nerjaveče jeklo 316 običajno ni primerno za koncentracije fosforne kisline, večje od 25 % pri temperaturah nad 100 stopinj, ne glede na debelino stene. V tem scenariju bi lahko inženirji razmislili o nadgradnji na zlitino z visoko-molinsko vsebnostjo, kot je zlitina 20 (Carpenter 20) ali zlitina 625, ki imata stopnjo korozije dva reda velikosti nižjo od 316 v vroči fosforni kislini.

Spremembe konstrukcije za podaljšanje življenjske dobe brez povečanja debeline stene
Kadar prostorski ali toplotni odziv narekuje uporabo 1,2 mm ovoja 316 za vročo fosforno kislino, so na voljo tri prilagoditve zasnove za podaljšanje življenjske dobe, ki presega ocenjenih 1,7 leta. Najprej je zmanjšanje vatne gostote. Ko se raven delovanja zmanjša s 6 W/cm² na 3 W/cm², se temperatura površine plašča zniža s 125 stopinj na približno 116 stopinj, stopnja korozije pa z 0,35 na približno 0,22 mm na leto. S tem se podaljša življenjska doba iz 1,7 leta na 2,7 leta. Druga sprememba je pasiviranje površine plašča z 20% dušikovo kislino pri 50 stopinjah za 60 minut pred namestitvijo. Pasivacija odstrani vgrajene delce železa in poveča debelino plasti kromovega oksida, kar zmanjša začetno stopnjo korozije za 20–30 % v prvih nekaj mesecih uporabe. Tretja sprememba je upravljanje čistosti kisline. Če lahko fluoride vzdržujemo pod 50 ppm, kloride pa pod 100 ppm, lahko korozijo omejimo na 0,15–0,20 mm na leto, življenjska doba pa bo 3–4 leta. Pri pomembnih aplikacijah, kjer bi nepredvidena okvara grelnika povzročila znatno izgubo proizvodnje, bi morali inženirji vključiti rezervni grelec ali zgraditi rezervoar z dvojnimi grelniki, tako da je mogoče enega zamenjati, drugi pa vzdrževati temperaturo. Strošek rezervnega grelnika je zanemarljiv v primerjavi s stroškom nepredvidene zaustavitve stalne kemične proizvodnje. Pri izbiri grelnikov za uporabo s fosforno kislino navedite testiranje korozijskega kupona s pravo kislino v procesnem toku. Čistost kisline v resničnem svetu se zelo razlikuje od obrata do obrata in celo od proizvodne serije do proizvodne serije, zato objavljeni podatki zagotavljajo ocene. Trimesečni preskus s kuponom 1,2 mm vzorca 316, izpostavljenega procesni kislini pri pričakovani temperaturi plašča, je najboljši pokazatelj življenjske dobe. Običajno je strošek tega preizkusa nižji od stroška enega pokvarjenega grelnika.