Przy jakim konkretnym stężeniu kwasu solnego w temperaturze 50 stopni Celsjusza powłoka ze stali nierdzewnej 316 o grubości 1,2 milimetra ulega penetracji wżerowej w ciągu 500 godzin ciągłego ogrzewania zanurzeniowego?

Stal nierdzewna 316 jest ogólnie uważana za materiał marginalny do elektrycznych grzałek zanurzeniowych określonych przez inżynierów procesów chemicznych do stosowania kwasu solnego w systemach wytrawiania metali, korekcji pH i regeneracji. Kwas solny jest bardzo agresywnym kwasem redukującym. Jony chlorkowe atakują warstwę pasywną stali nierdzewnych. W przeciwieństwie do kwasu siarkowego lub azotowego nie ma zakresu stężeń, w którym miałby on naprawdę dobrą odporność na 316. Jednak w łagodnych temperaturach w bardzo rozcieńczonych roztworach 316 może zapewnić akceptowalną trwałość w-niekrytycznych zastosowaniach. Czas potrzebny na rozprzestrzenienie się wżerów z powierzchni zewnętrznej do ściany wewnętrznej zależy od grubości ścianki osłony. W tym artykule opisano pomiar określonego stężenia kwasu solnego w temperaturze 50 stopni, które powoduje penetrację wżerów w osłonie 316 o średnicy 1,2 mm w ciągu 500 godzin ciągłej pracy przy średniej gęstości przemysłowej w watach.

„Korozja wżerowa stali nierdzewnej 316 w rozcieńczonym HCl.
Korozja 316 w kwasie solnym zachodzi w postaci wżerów, a nie równomiernego rozcieńczenia. Jeśli w miejscu wady powierzchni, wtrąceń lub osłabienia warstwy pasywnej utworzy się wgłębienie, będzie on szybko się rozprzestrzeniał ze względu na autokatalityczny charakter ataku chlorków. Krytyczny potencjał wżerowy 316 w roztworach chlorków maleje wraz ze wzrostem temperatury i stężenia chlorków. Progowe stężenie chlorków dla uruchomienia pitu wynosi około 50-100 ppm (0,005-0,01% HCl) w temperaturze 50 stopni. Poniżej tego progu wżery są rzadkie, a typowa szybkość korozji wynosi mniej niż 0,05 mm/rok. Powyżej tego progu prawdopodobne jest wżery, a tempo rozprzestrzeniania się wżerów szybko wzrasta wraz z zawartością chlorków. Czas penetracji powłoki ściennej o grubości 1,2 mm jest kontrolowany przez szybkość propagacji wżerów po inicjacji. Szybkości propagacji w temperaturze 50 stopni wahają się od 0,01 mm/h w 0,1% HCl do 0,10 mm/h w 1% HCl. Szybkość propagacji wynosi ~ 0,03–0,05 mm/godzinę dla 0,5% HCl, co oznacza, że ​​ścianka o grubości 1,2 mm zostanie przebita 24–40 godzin po rozpoczęciu dziury. W zależności od jakości powierzchni i obciążenia resztkowego, cały okres użytkowania wynosi 120-540 godzin, włączając czas indukcji 100-500 godzin dla rozruchu w pitrze.

Krytyczne stężenie zapewniające 500-godzinną żywotność
Poniższe okresy użytkowania są przewidywane na podstawie testów zanurzeniowych próbek osłony kształtowanej 316 w temperaturze 50 stopni i polerowania powierzchni typowego dla grzejników komercyjnych. Przy 0,05% HCl (500 ppm chlorku) początek wżerów następuje po około 800–1200 godzinach, a propagacja jest powolna przy prędkości 0,005 mm na godzinę.. 1.2 mm powłoki będzie trwać ogółem 1000–1500 godzin. Przy 0,10% HCl czas inicjacji zmniejsza się do 400-600 godzin przy propagacji 0,010-0,015 mm/h, co daje całkowity czas 500-800 godzin. Przy 0,15% HCl, początek w ciągu 200-300 godzin. Propagacja 0,020-0,025 mm na godzinę. Całkowity czas życia 300-500 godzin. Inicjacja 100-200 h przy 0,20% HCl Propagacja 0,030-0,040 mm/h Całkowita trwałość 150-300 h Zasadnicze stężenie HCl dla 500-godzinnego życia wynosi około 0,12 do 0,14%. Przy tym stężeniu lub poniżej istnieje duża szansa, że ​​osłona 316 o grubości 1,2 mm przetrwa 500 godzin ciągłej pracy. Powyżej tego stężenia oczekiwana długość życia wynosi poniżej 500 godzin. Wartości te dotyczą gęstości watów wynoszącej 5–8 W/cm², która zwiększa temperaturę powierzchni osłony do około 55–60 stopni. Przy większych gęstościach watów wyższa temperatura powierzchni jeszcze bardziej zmniejsza stężenie krytyczne.

Tabela stężenia kwasu solnego i grubości ścianki
Poniższa tabela podaje zalecane grubości ścianek osłony 316 dla kwasu solnego w temperaturze 50 stopni dla zamierzonego okresu użytkowania. Wartości zakładają gęstość mocy od 5 do 8 W/cm2 i normalne wykończenie powierzchni

Stężenie HCl Stężenie chlorków (ppm) Przewidywana szybkość wzrostu wżerów przy 50 stopniach Minimalna grubość ścianki 316 dla trwałości 500 godzin Minimalna grubość ścianki dla trwałości 1000 godzin Zalecenie
Poniżej 0,05%< 500 ppmBelow 0.005 mm/hour 0.8 mm 1.0 mm 316 acceptable for intermittent service 
0,05 – 0,10% 500 – 1000 ppm 0,005 – 0,015 mm/h 1,0 mm 1,6 mm 316 marginalne; Spodziewaj się krótkiego życia
0,10 – 0,15% 1000 – 1500 ppm 0,015 – 0,025 mm/h 1,2 mm 2,0 mm 316 niezalecany do pracy ciągłej
0,15 – 0,20 % 1500 – 2000 ppm 0,025 – 0,040 mm/godz. 1,6 mm 2,5 mm Tytan lub tantal
0,20 – 0,50% 2000 – 5000 ppm 0,040 – 0,100 mm/h Niepraktyczne Nie da się tego zrobić Potrzebny tytan
Ponad 0,50% Ponad 5000 ppm Ponad 0,100 mm/h Niedopuszczalne Niekompatybilne Używaj ogrzewania nie-metalowego
Jeśli stężenie kwasu solnego przekracza 0,15% w temperaturze 50 stopni, stal nierdzewna 316 nie jest dobrym materiałem do zastosowania niezależnie od grubości ścianki. Niepokój budzi szybkość rozprzestrzeniania się jam i znaczne ryzyko nagłej perforacji bez powiadomienia. Tytan (klasa 2 lub klasa 7) ma dobrą odporność na rozcieńczony kwas solny o stężeniu do 1% w temperaturze 50 stopni C, przy szybkości korozji < 0,01 mm rocznie. Do wyższych stężeń lub temperatur potrzebny jest tantal. Wybierając grzejniki do pracy z kwasem solnym, gdzie rozważa się 316, inżynierowie powinni określić próbkę korozyjną z użyciem rzeczywistego kwasu procesowego i próbki materiału osłony w oczekiwanej temperaturze powierzchni. Opublikowane dane są szacunkowe, ale na zachowanie się wżerów duży wpływ ma rzeczywista czystość kwasu i kontrola temperatury. Koszt awarii pojedynczego grzejnika kwasu solnego – włączając zanieczyszczenie roztworu procesowego jonami metali – jest często większy niż koszt modernizacji do tytanu. Rozsądna inżynieria zaleca, aby przy temperaturze 50 stopni i powyżej 0,1% całkowicie unikać 316.