Przy jakiej konkretnej kombinacji stężenia kwasu chlorowodorowego i temperatury powierzchni osłony osłona ze stali nierdzewnej 316 o średnicy 1,6 milimetra wymaga wymiany co 12 miesięcy w serwisie podgrzewacza zbiornika regeneracyjnego w systemach wymiany jonowej?
Zostaw wiadomość
Kwas solny jest standardowym środkiem regenerującym żywice kationowymienne. * * Dla inżynierów odpowiedzialnych za elektryczne grzałki zanurzeniowe w systemach uzdatniania wody jonowymiennej. Typowa regeneracja odbywa się przy użyciu 5–10% HCl przy temperaturach wtrysku 20–40 stopni, jednak w celu zapewnienia wydajności zbiorniki regeneracyjne są często podgrzewane do 50–60 stopni. Grzejniki te są często wykonane z osłoną ze stali nierdzewnej 316 o grubości 1,6 mm ze względu na ogólną odporność na korozję w słabym HCl. Jednak przy pewnym stężeniu kwasu i wysokiej temperaturze powierzchni powłoki w stosunku do gęstości watów, wżery i ogólna korozja ulegają przyspieszeniu, co skraca żywotność do 12 miesięcy lub mniej. W tym artykule dokładnie opisano, gdzie w cyklu rocznym wymienić osłonę 1,6 mm 316 w serwisie podgrzewacza zbiornika regeneracyjnego.
Zachowanie korozyjne 316 w rozcieńczonym kwasie solnym
Warstwa pasywna stali nierdzewnej 316 jest atakowana przez jony chlorkowe, a kwas solny jest dość agresywny w stosunku do stali nierdzewnej 316. Poniżej 3% w temperaturach poniżej 40 stopni, 316 wykazuje łagodną szybkość korozji 0,1-0,3 mm rocznie. Przy 5% HCl szybkość wzrasta do 0,5-1,0 mm rocznie w temperaturze 40 stopni. Przy 8% HCl zaobserwowano szybkości 1,0-2,0 mm/rok. Przy 10% HCl szybkości wynoszą powyżej 2-4 mm rocznie. Minimalna grubość konstrukcyjna dla osłony o grubości 1,6 mm wynosi ~0,6 mm. Przy szybkości korozji wynoszącej 1,0 mm/rok penetracja korozji wynosząca 1,0 mm (od 1,6 mm do 0,6 mm) następuje w ciągu 12 miesięcy. Próg wymiany po 12 miesiącach określa się, gdy połączone stężenie HCl i temperatura powierzchni osłony powodują szybkość korozji 0,8–1,2 mm rocznie.
Krytyczne progi 12-miesięcznego okresu użytkowania
Testy zanurzeniowe 316 próbek w kwasie solnym w temperaturach odpowiednich do obsługi zbiornika regeneracyjnego wskazują, że następujące kombinacje stężenia kwasu i temperatury powierzchni osłony zapewnią maksymalny okres użytkowania wynoszący 12 miesięcy w przypadku ścianki o grubości 1,6 mm.
Stężenie kwasu solnego (wagowo %) Temperatura roztworu luzem Temperatura powierzchni osłony przy 6 W/cm² (wzrost o 12 stopni) Oczekiwana szybkość korozji w temperaturze powierzchni Czas do redukcji 1,6 mm do 0,6 mm Żywotność do wymiany 3% 40 stopni 52 stopnie 0,2 – 0,4 mm/rok 2,5 – 5,0 lat 3 – 6 lat 3% 50 stopni 62 stopnie 0,4 – 0,7 mm/rok 1,4 – 2,5 lat 1,8 – 3 lata 3% 55 stopni 67 stopni 0,6 – 1,0 mm/rok 1,0 – 1,7 lat 1,2 – 2 lata 5% 35 stopni 47 stopni 0,4 – 0,7 mm/rok 1,4 – 2,5 lat 1,8 – 3 lata 5% 40 stopni 52 stopnie 0,6 – 1,0 mm/rok 1,0 – 1,7 lat 1,2 – 2 lata 5% 45 stopni 57 stopni 0,9 – 1,4 mm/rok 0,7 – 1,1 lat 0,9 – 1,3 lat 5% 50 stopni 62 stopnie 1,2 – 1,8 mm/rok 0,6 – 0,8 lat 0,7 – 1,0 lat 8% 30 stopni 42 stopnie 0,6 – 1,0 mm/rok 1,0 – 1,7 lat 1,2 – 2 lata 8% 35 stopni 47 stopni 0,9 – 1,4 mm/rok 0,7 – 1,1 lat 0,9 – 1,3 lat 8% 40 stopni 52 stopnie 1,3 – 2,0 mm/rok 0,5 – 0,8 lat 0,6 – 1,0 lat 10% 25 stopni 37 stopni 0,8 – 1,2 mm/rok 0,8 – 1,3 lat 1,0 – 1,5 lat 10% 30 stopni 42 stopnie 1,1 – 1,7 mm/rok 0,6 – 0,9 lat 0,7 – 1,1 lat 10% 35 stopni 47 stopni 1,6 – 2,4 mm/rok 0,4 – 0,6 lat 0,5 – 0,8 lat
Dla osłony 1,6 mm przy 6 W/cm2 w zbiorniku regeneracyjnym z wymianą jonową z 5% HCl w temperaturze objętościowej 45 stopni, powierzchnia osłony będzie wynosić około 57 stopni. Przewiduje się, że szybkość korozji wyniesie 0,9–1,4 mm/rok, tak że grubość ściany o grubości 1,6 mm zostanie zmniejszona do 0,6 mm w ciągu 0,7–1,1 roku. Odpowiednia jest wymiana na 12 miesięcy. Obniżenie temperatury masy do 40 stopni zmniejsza temperaturę powierzchni do 52 stopni, a szybkość korozji do 0,6–1,0 mm rocznie i zwiększa żywotność do 1,2–2 lat.
12-miesięczny program wymiany Bezpieczna koperta operacyjna
W załączonej tabeli podano maksymalną bezpieczną temperaturę kwasu solnego na masie przy różnych gęstościach watów, zapewniającą co najmniej 12-miesięczną żywotność przed degradacją ścianki do 0,6 mm wymaganą wymianą na osłonę 316 o średnicy 1,6 mm.
Gęstość w watach (wzrost temperatury) Max. Temp. zbiorcza dla 3% HCl maks. Temp. zbiorcza dla 5% HCl maks. Temp. zbiorcza dla 8% HCl maks. Temp. zbiorcza dla 10% HCl
4 W/cm2 (wzrost o 8 stopni) 60 stopni 52 stopnie 44 stopnie 38 stopni 6 W/cm2 (wzrost o 12 stopni) 56 stopni 48 stopni 40 stopni 34 stopnie 8 W/cm2 (wzrost o 16 stopni) 52 stopnie 44 stopnie 36 stopni 30 stopni 10 W/cm2 (wzrost o 20 stopni) 48 stopni 40 stopni 32 stopnie 26 stopni
W przypadku zbiornika regeneracyjnego z 5% HCl, przy temperaturze objętościowej 45 stopni i 6 W/cm2 (wzrost 12 stopni, powierzchnia 57 stopni) bezpieczna granica objętości wynosi 48 stopni. Grzejnik znajduje się w strefie bezpiecznej przy temperaturze 45 stopni i możliwy jest okres użytkowania wynoszący 12 miesięcy. Przy corocznej wymianie bezpieczny limit 50 stopni w masie zostaje przekroczony i nie można go zagwarantować.
Modyfikacje projektu mające na celu poprawę trwałości powyżej 12 miesięcy
Gdy warunki regeneracji wymagają osłony 316 o średnicy 1,6 mm, a 12-miesięczny okres użytkowania jest niewystarczający, można wprowadzić 3 modyfikacje w celu wydłużenia żywotności. Pierwszym z nich jest zminimalizowanie gęstości watów przy użyciu dłuższej grzałki. Zmniejszenie z 6 W/cm2 do 4 W/cm2 zmniejsza wzrost temperatury powierzchni z 12°C do 8°C, przechodząc z reżimu 12-miesięcznego na reżim 1,5-2-letni dla 5% HCl w temperaturze 45°C. Druga zmiana polega na skróceniu czasu kontaktu z kwasem poprzez ogrzewanie zbiornika regeneracyjnego jedynie podczas części procesu polegającej na podgrzewaniu wstępnym, a nie podczas części procesu polegającej na wtryskiwaniu kwasu. Nagrzewnica pracująca 4 godziny w każdym cyklu regeneracji w porównaniu do 12 godzin będzie działać 3 razy dłużej w czasie kalendarzowym. Ostateczna regulacja polega na zmianie na stal nierdzewną o wysokiej zawartości krzemu, taką jak stop 20 lub osłonę owiniętą tantalem. Szybkość korozji Alloy 20 wynosi < 0,1 mm/rok w 5–10% HCl w temperaturze 60 stopni, zapewniając w ten sposób żywotność > 10 lat. W przypadku stacji uzdatniania wody, w których regeneracja odbywa się codziennie, koszt robocizny związany z coroczną wymianą podgrzewacza jest zwykle większy niż koszt przyrostowy podgrzewacza ze stopu 20. Wybierając nagrzewnice do usługi regeneracji metodą wymiany jonowej, należy zawsze określić prawidłową zawartość HCl, temperaturę objętościową i częstotliwość regeneracji. Producent sugerujący 316 dla 8% HCl w temperaturze 50 stopni bez podania przewidywanej żywotności, nie udziela rozsądnych porad. Próg wymiany po 12 miesiącach dla płaszcza 316 o średnicy 1,6 mm w środowisku kwasu solnego jest przewidywalny jako funkcja stężenia, temperatury objętościowej i gęstości watowej, co pozwala na precyzyjne prognozowanie żywotności grzejnika w operacjach uzdatniania wody.
