Mikä on 316 ruostumattomasta teräksestä valmistetun vaipan, jonka seinämäpaksuus on 1,2 millimetriä, enimmäiskäyttöikä Mikä on 316 ruostumattomasta teräksestä valmistetun vaipan, jonka seinämäpaksuus on 1,2 millimetriä, enimmäiskäyttöikä jatkuvassa 15 % fosforihappopitoisuudessa 110 celsiusasteen jatkuvassa pitoisuudessa? 110 celsiusastetta?

Valittaessa vaippamateriaalia kemiallisissa prosessisovelluksissa, kuten fosfaattilannoitteiden tuotannossa, metallinkäsittelykylvyissä ja fosforihappoa käsittelevissä elintarvikejalostuslaitteissa käytettäville uppolämmittimille, on otettava huomioon sekä korroosionkestävyys että lämpötehokkuus. Fosforihappo ei ole yhtä aggressiivinen kuin kloorivetyhappo tai rikkihappo, mutta korotetuissa yli 80 oC:n lämpötiloissa ja korkeissa pitoisuuksissa yli 10 % ruostumattoman teräksen 316 kiihtyvyyttä voi esiintyä erityisesti hitsausalueilla ja paikoissa, joissa jäännösjännitys on suuri. Vaipan seinämän paksuus määrittää lämmittimen korroosionvaran sen käyttöiän aikana, mutta yhteys on epälineaarinen siinä mielessä, että korroosionopeudet pyrkivät lisääntymään seinämien ohenemisen ja paikallisen virrantiheyden kasvaessa. Tämä artikkeli esittää kvantitatiivisen käyttöiän ennusteen 1,2 mm 316 vaippalle 15 % fosforihapossa 110 asteessa perustuen tunnettuihin korroosiotietoihin ja kenttäkokemukseen kemianlaitoksista.

316 ruostumattoman teräksen korroosiokäyttäytyminen kuumassa fosforihapossa
Fosforihappopitoisuuksissa 10 % - 30 % yli 80 asteen lämpötiloissa ruostumattoman 316-teräksen yleiset korroosionopeudet ovat 0,1 - 0,5 mm/v riippuen hapon puhtaudesta, lämpötilasta ja virtausnopeudesta. Korroosiomekanismi on enimmäkseen tasaista ohenemista eikä pistesyöpymistä, koska fosforihappo ei ole voimakas hapettava aine eikä sisällä klorideja, jotka aiheuttavat paikallista hyökkäystä. Kaupallinen fosforihappo sisältää epäpuhtauksia, kuten fluorideja, sulfaatteja ja fosfaattikiven klorideja, jotka voivat nopeuttaa hyökkäystä ja aiheuttaa pistesyöpymistä. Yleinen korroosionopeus 316 15 % fosforihapossa 110 asteessa normaalilla teollisella puhtaudella on noin 0,25 mm/vuosi. Tämä nopeus perustuu vaipan pinnan lämpötilaan, joka on 5 asteen sisällä bulkkihapon lämpötilasta. Itse asiassa lämpövirta aiheuttaa korkeamman lämmittimen vaipan lämpötilan. 1,2 mm:n seinämäisen 316 vaipan 6 W/cm² 110 asteen hapossa ulkopinnan lämpötila on noin 125 astetta. Tässä lämpötilassa korroosionopeus kasvaa noin 0,35 mm/v. Lämpövirta nostaa lämpötilaa, ja korroosionopeuteen lisätään vielä 40 % suhteessa bulkkihapon lämpötilaan.

1.2 Arvio käyttöiästä, kun seinämän paksuus on millimetriä
316 vaipan nimellispaksuus on 1,2 mm. Tuotantotoleranssit ovat kuitenkin ±0,1 mm. Tämä tarkoittaa, että vähimmäispaksuus voi olla 1,1 mm. Konservatiivinen käyttöikäarvio perustuu minimipaksuuteen. Se käyttää 0,35 mm/vuosi ja korroosionopeus on 0,35 mm/vuosi. Mutta epäonnistuminen tapahtuu ennen kuin seinä voidaan syödä kokonaan läpi. Rakenteen vähimmäispaksuus on 0,5 mm, jotta se kestää MgO:n laajenemisesta ja ulkoisesta prosessipaineesta johtuvia sisäisiä paineita. Siten hyödyllinen korroosionvara on 1,1 mm – 0,5 mm=0.6 mm. Arvioitu käyttöikä on 0,6/0.35=1.7 vuotta 0,35 mm vuodessa. Tämä on hetki, jolloin vaippa saavuttaa rakenteellisen vähimmäispaksuutensa. Itse asiassa lämmittimet vaihdetaan usein, kun jäljellä oleva seinämäpaksuus on 0,7–0,8 mm turvamarginaalin saavuttamiseksi. Tällä vaihtokynnyksellä käyttöikä putoaa noin 1,2 vuoteen. Alkuperäisen seinämän paksuuden 5 vuoden käyttöikää varten tulisi olla 0,35 x 5 vuotta + 0.5 (rakennemarginaali) + 0.1 (toleranssi)=2.35 mm tai noin 2,5 mm. Siksi tämän palvelun 1,2 mm seinä 316 vaippa soveltuu vain sovelluksiin, joissa vuosittainen vaihto on hyväksyttävää.

Suositeltu fosforihapposeinän paksuus
Seuraavassa taulukossa on lueteltu fosforihappokäyttöisten sähkövastuslämmittimien hyväksyttävät vaipan seinämäpaksuudet pitoisuuden, lämpötilan ja halutun käyttöiän funktiona. Arvot koskevat teollisuuslaatuista happoa, jonka epäpuhtaudet ovat normaaleja ja joiden wattitiheys on 4-6 W/cm2.

Fosforihappopitoisuus|Bulkkihapon lämpötila|Tavoite käyttöikä|Suositeltu minimi seinämän paksuus 316 |Käyttöikä suositellulla paksuudella Odotettu pinnan korroosionopeus
10 – 15 % 80 – 100 astetta 2 vuotta 1,2 mm 0,20 – 0,30 mm/vuosi 1,5 – 2,5 vuotta
10 – 15 % 80 – 100 astetta 5 vuotta 2,0 mm 0,20 – 0,30 mm/vuosi 4-6 vuotta
10–15 % 100–120 astetta 2 vuotta 1,6 mm 0,30–0,45 mm/vuosi 2–3 vuotta
10 – 15 % 100 – 120 astetta 5 vuotta 2,5 mm 0,30 – 0,45 mm/vuosi 5 – 7 vuotta
15 – 25 % 80 – 100 astetta 2 vuotta 1,6 mm 0,25 – 0,40 mm/vuosi 2 – 3 vuotta
15 – 25 % 80 – 100 astetta 4 vuotta 2,5 mm 0,25 – 0,40 mm/vuosi 4 – 6 vuotta
15 – 25 % 100 – 120 astetta 1 vuosi 1,6 mm 0,40 – 0,60 mm/vuosi 1 – 2 vuotta
15 – 25 % 100 – 120 astetta 3 vuotta 2,5 mm 0,40 – 0,60 mm/vuosi 3 – 4 vuotta
>25 % Mikä tahansa lämpötila Mikä tahansa Ei suositella > 0,60 mm/v Ennustava; käytä korkeampaa metalliseosta
316 ruostumaton teräs ei normaalisti sovellu yli 25 % fosforihappopitoisuuksiin yli 100 asteen lämpötiloissa seinämän paksuudesta riippumatta. Tässä skenaariossa insinöörit voivat harkita päivittämistä korkea-mooliseokseen, kuten Alloy 20 (Carpenter 20) tai Alloy 625, joiden korroosionopeus on kaksi suuruusluokkaa pienempi kuin 316 kuumassa fosforihapossa.

Suunnittelumuutokset käyttöiän pidentämiseksi seinämän paksuutta lisäämättä
Kun tila- tai lämpövaste vaatii 1,2 mm:n 316 vaippaa kuumassa fosforihappokäytössä, käytettävissä on kolme suunnittelusäätöä, jotka pidentävät käyttöikää huomattavasti arvioitua 1,7 vuotta pidemmälle. Ensimmäinen on wattitiheyden vähentäminen. Kun käyttötaso lasketaan arvosta 6 W/cm² arvoon 3 W/cm², vaipan pintalämpötila laskee 125 astetta noin 116 asteeseen ja korroosionopeus 0,35:stä noin 0,22 mm:iin vuodessa. Tämä pidentää käyttöikää 1,7 vuodesta 2,7 vuoteen. Toinen muutos on vaipan pinnan passivointi 20 % typpihapolla 50 asteessa 60 minuuttia ennen asennusta. Passivointi eliminoi upotetut rautahiukkaset ja lisää kromioksidikerroksen paksuutta, mikä vähentää alkuperäistä korroosionopeutta 20–30 % ensimmäisten käyttökuukausien aikana. Kolmas muutos on hallita hapon puhtautta. Jos fluoridit saadaan pysymään alle 50 ppm:ssä ja kloridit alle 100 ppm:ssä, korroosio voidaan rajoittaa 0,15–0,20 mm:iin vuodessa ja käyttöikä on 3–4 vuotta. Tärkeissä sovelluksissa, joissa odottamaton lämmittimen vika johtaisi huomattaviin tuotannon menetyksiin, insinöörien tulisi sisällyttää varalämmitin tai rakentaa säiliö kahdella lämmittimellä, jotta toinen voidaan vaihtaa ja toinen ylläpitää lämpötilaa. Varalämmittimen kustannukset ovat mitättömät verrattuna jatkuvan kemikaalien valmistuksen odottamattoman pysäyttämisen kustannuksiin. Määritä korroosionestotesti prosessivirrassa olevan todellisen hapon kanssa valitessasi lämmittimiä fosforihappohuoltoa varten. Todellinen happopuhtaus vaihtelee suuresti laitoksesta toiseen ja jopa tuotantoerästä tuotantoerään, joten julkaistut tiedot tarjoavat arvioita. Kolmen kuukauden kuponkikoe 1,2 mm 316 näytteestä, joka on altistettu prosessihapolle odotetussa vaipan lämpötilassa, on paras käyttöiän indikaattori. Tyypillisesti tämän testin hinta on pienempi kuin yhden epäonnistuneen lämmittimen hinta.