Przy jakiej konkretnej kombinacji stężenia wodorotlenku sodu i temperatury powierzchni osłony osłona ze stali nierdzewnej 316 o średnicy 1,2 milimetra wymaga wymiany co sześć miesięcy w przypadku serwisowania podgrzewacza kąpieli do trawienia aluminium?
Zostaw wiadomość
Inżynierowie procesowi pracujący nad elektrycznymi grzejnikami zanurzeniowymi w kąpielach do trawienia aluminium dla przemysłu lotniczego, samochodowego i elektronicznego używają głównie wodorotlenku sodu jako środka trawiącego. Typowe roztwory trawiące to 5-15% NaOH o temperaturze 60–80 stopni, które usuwają tlenek glinu i rozpuszczają metaliczne aluminium. Zwykle stosuje się osłonę ze stali nierdzewnej 316 o grubości 1,2 mm, aby dostosować się do ograniczeń przestrzennych zbiorników do trawienia i potrzeb w zakresie reakcji termicznej. Jednakże wysokie stężenie substancji żrących, wysoka temperatura i rozpuszczające się produkty aluminium powodują powstawanie agresywnego środowiska. Przy pewnych poziomach progowych ogólna korozja atakuje ścianę o grubości 1,2 mm w ciągu sześciu miesięcy i wymaga wymiany co pół roku. W artykule określono dokładne stężenia i temperatury, w których osłona 316 o średnicy 1,2 mm osiąga sześciomiesięczny okres użytkowania.
Zachowanie korozyjne 316 w wodorotlenku sodu zawierającym rozpuszczone aluminium
W temperaturach poniżej 60 stopni stal nierdzewna 316 może pozostać pasywna i mieć szybkość korozji mniejszą niż 0,1 mm rocznie w roztworach wodorotlenku sodu powyżej 5%. Jednak im wyższa temperatura, tym mniej stabilna jest folia pasywna. Trawienie tworzy rozpuszczone aluminium, które przyspiesza korozję poprzez wytwarzanie jonów glinianowych, które atakują warstwę pasywną. Szybkość korozji bez aluminium wynosi 0,2-0,4 mm/rok w temperaturze 70oC w 10% NaOH. Szybkość wynosi 0,5–1,0 mm rocznie przy 10 g/l rozpuszczonego aluminium. W przypadku aluminium o temperaturze 80 stopni stawki wynoszą 1,0–2,0 mm/rok. W przypadku osłony o grubości 1,2 mm minimalna grubość konstrukcyjna zapewniająca utrzymanie ciśnienia wynosi około 0,5 mm. Penetracja korozji 0,7 mm w ciągu 6 miesięcy przy 1,4 mm/rok. Sześciomiesięczny limit wymiany zostaje osiągnięty, gdy połączenie stężenia substancji żrącej, temperatury i zawartości aluminium daje szybkość korozji 1,2–1,8 mm rocznie.
Krytyczne progi sześciomiesięcznego okresu użytkowania
Badanie zanurzeniowe 316 próbek w roztworach wodorotlenku sodu z rozpuszczonym aluminium charakterystycznym dla kąpieli trawiącej wskazuje, że ścianka o grubości 1,2 mm ma maksymalny okres użytkowania wynoszący sześć miesięcy dla następujących kombinacji stężenia substancji żrącej i temperatury powierzchni osłony.
Stężenie wodorotlenku sodu (% wag.) Rozpuszczone aluminium (g/l) Temperatura kąpieli w masie Temperatura powierzchni osłony przy 6 W/cm2 (wzrost o 12 stopni) Oczekiwany czas redukcji korozji 1,2 mm do 0,5 mm Żywotność 5% 5 70 stopni 82 stopnie 0,4 – 0,7 mm/rok 1,0 – 1,8 lat 12 – 22 miesięcy 5% 10 70 stopień 82 stopnie 0,6 – 1,0 mm/rok 0,7 – 1,2 lat 8 – 14 miesięcy 5% 15 70 stopień 82 stopnie 0,8 – 1,3 mm/rok 0,5 – 0,9 lat 6 – 11 miesięcy 8% 5 65 stopień 77 stopni 0,5 – 0,9 mm/rok 0,8 – 1,4 lat 9 – 17 miesięcy 8% 10 65 stopień 77 stopni 0,8 – 1,3 mm/rok 0,5 – 0,9 lat 6 – 11 miesięcy 8% 15 65 stopień 77 stopni 1,0 – 1,6 mm/rok 0,4 – 0,7 lat 5 – 8 miesięcy
10% 5 60 stopień 72 stopnie 0.6 - 1.0 mm/rok 0.7 - 1.2 lata 8 - 14 miesiące
10% 10 60 stopni 72 stopnie 0,9 – 1,5 mm/rok 0,5 – 0,8 lat 6 – 9 miesięcy
10% 15 60 stopni 72 stopnie 1,2 – 1,9 mm/rok 0,4 – 0,6 lat 5 – 7 miesięcy
12% 5 55 stopień 67 stopni 0,8 – 1,3 mm/rok 0,5 – 0,9 roku 6 – 11 miesięcy 12% 10 55 stopień 67 stopni 1,1 – 1,8 mm/rok 0,4 – 0,6 roku 5 – 7 miesięcy
12% 15 55 stopień 67 stopni 1,4 – 2,2 mm/rok 0,3 – 0,5 roku 4 – 6 miesięcy
15% 5 50 stopień 62 stopnie 1,0 – 1,6 mm/rok 0,4 – 0,7 lat 5 – 8 miesięcy
15% 10 50 stopień 62 stopnie 1,3 – 2,0 mm/rok 0,4 – 0,5 roku 4 – 6 miesięcy
15% 15 50 stopień 62 stopnie 1,6 – 2,5 mm/rok 0,3 – 0,4 lat 3 – 5 miesięcy
W przypadku kąpieli trawiącej aluminium o stężeniu 10% NaOH i 10 g/l rozpuszczonego aluminium o temperaturze masy nasypowej 60 stopni C i osłonie o grubości 1,2 mm przy 6 W/cm2, temperatura powierzchni osłony wynosi około 72 stopnie C. Przewiduje się, że korozja będzie się utrzymywać w tempie od 0,9 do 1,5 mm rocznie, zmniejszając grubość ścianki do 0,5 mm w ciągu 5 do 8 miesięcy. Odpowiednia jest sześciomiesięczna-wymiana.
Koperta bezpiecznego działania Harmonogram wymiany na 6 miesięcy
Wymiana jest konieczna, aby osiągnąć minimalny okres użytkowania wynoszący sześć miesięcy, zanim grubość ścianki zmniejszy się do 0,5 mm. W poniższej tabeli podano maksymalną bezpieczną temperaturę wodorotlenku sodu w masie dla osłony 316 o średnicy 1,2 mm przy różnych gęstościach watów. Wartości dotyczą rozpuszczonego aluminium o stężeniu 10 g/l, reprezentatywnego dla kąpieli trawiących.
Gęstość watowa (wzrost temperatury) Maksymalna temperatura masy. 5% NaOH Maksymalna temperatura masy. 8% NaOH Maksymalna temperatura masy. 10% NaOH Maksymalna temperatura masy. 12% NaOH Maksymalna temperatura masy. 15% NaOH
4 W/cm² (wzrost o 8 stopni) 74 stopnie 68 stopni 62 stopnie 57 stopni 52 stopnie 6 W/cm² (wzrost o 12 stopni) 70 stopni 64 stopnie 58 stopni 53 stopnie 48 stopni 8 W/cm² (wzrost o 16 stopni) 66 stopni 60 stopni 54 stopnie 49 stopni 44 stopnie 10 W/cm² (wzrost o 20 stopni) 62 stopnie 56 stopni 50 stopni 45 stopni 40 stopni
W przypadku kąpieli do trawienia aluminium, 10% NaOH, temperatura masy 60°C, 6 W/cm^2 (wzrost 12°C, powierzchnia 72°C), bezpieczna granica objętości wynosi 58°C. Temperatura grzejnika do 60 stopni przekracza bezpieczny limit i nie można zagwarantować sześciomiesięcznego okresu użytkowania. Zmniejszenie gęstości watów do 4 W/cm2 (wzrost 8 stopni, powierzchnia 68 stopni) daje bezpieczny limit objętościowy wynoszący 62 stopnie, dlatego 60 stopni jest odpowiednie w przypadku wymiany sześciomiesięcznej.
Zmiany projektowe mające na celu przedłużenie życia o ponad 6 miesięcy
Warunki trawienia aluminium mogą wymagać zastosowania osłony 316 o średnicy 1,2 mm, a sześciomiesięczny okres użytkowania nie wystarczy. Trzy regulacje mogą wydłużyć żywotność. Pierwszym z nich jest użycie dłuższej grzałki, aby zminimalizować gęstość watów. Zmniejszając się z 6 W/cm² do 4 W/cm², przechodząc z reżimu 6-miesięcznego do reżimu 8-12-miesięcznego, wzrost temperatury powierzchni spada z 12 stopni do 8 stopni. Drugą zmianą jest regulacja stężenia rozpuszczonego glinu poprzez filtrację kąpielową lub częściową wymianę. Zmniejszenie zawartości aluminium z 15 g/l do 5 g/l może zmniejszyć szybkość korozji o 30–50%. Trzecia zmiana polega na zastosowaniu stopu na bazie niklu, takiego jak Alloy 600 lub Alloy 825. W 10–15% NaOH w temperaturze 70 stopni z rozpuszczonym aluminium materiały te wykazują szybkość korozji<0.1 mm/year, increasing the service life to 5–10 years. For long-term use, engineers should specify Alloy 825 for continuous-use aluminium etching baths using 10% NaOH at 65°C. When specifying the heaters for etching bath service, always provide the correct NaOH concentration, bulk temperature, dissolved aluminium level and the intended replacement interval. The six month replacement threshold for a 1.2 mm 316 sheath is a predictable function of these characteristics therefore allowing precise prediction of heater life in aluminium etching procedures.
