Який максимальний термін служби оболонки з нержавіючої сталі 316 із товщиною стінки 1,2 міліметра. Який максимальний термін служби оболонки з нержавіючої сталі 316 із товщиною стінки 1,2 міліметра при безперервній роботі з 15% фосфорною кислотою при 110 градусах Цельсія? kness при безперервній роботі з 15% фосфорною кислотою при 110 Градуси Цельсія?

Вибираючи матеріал оболонки для електричних занурювальних нагрівачів, які використовуються в хімічних процесах, таких як виробництво фосфорних добрив, ванни для обробки металу та обладнання для харчової промисловості, що працює з фосфорною кислотою, необхідно враховувати корозійну стійкість і теплові характеристики. Фосфорна кислота не така агресивна, як соляна або сірчана кислота, однак при підвищених температурах понад 80°C і високих концентраціях понад 10% може виникнути прискорене руйнування нержавіючої сталі 316, особливо в зонах зварювання та в місцях високого залишкового напруження. Товщина стінки оболонки встановлює допуск на корозію для нагрівача протягом терміну служби, однак зв’язок є нелінійним, оскільки швидкість корозії має тенденцію до збільшення з потоншенням стінки та збільшенням місцевої густини струму. У цій статті представлено кількісний прогноз терміну служби для оболонки 316 товщиною 1,2 мм у 15% фосфорній кислоті при 110 градусах на основі відомих даних про корозію та досвіду роботи на хімічних підприємствах.

Корозійна поведінка нержавіючої сталі 316 у гарячій фосфорній кислоті
У концентраціях фосфорної кислоти від 10% до 30% при температурах вище 80 градусів нержавіюча сталь 316 має загальну швидкість корозії від 0,1 до 0,5 мм/рік залежно від чистоти кислоти, температури та швидкості потоку. Механізм корозії здебільшого полягає в рівномірному витонченні, а не у вигляді точок, оскільки фосфорна кислота не є потужним окислювачем і не містить хлоридів, відповідальних за локалізовану атаку. Комерційна фосфорна кислота містить забруднювачі, такі як фториди, сульфати та хлориди з фосфоритної породи, які можуть прискорити вплив і спричинити утворення ямок. Загальна швидкість корозії 316 у 15% фосфорній кислоті при 110 градусах із нормальною промисловою чистотою становить приблизно 0,25 мм/рік. Ця швидкість базується на температурі поверхні оболонки, яка знаходиться в межах 5 градусів від температури масової кислоти. Насправді тепловий потік викликає більшу температуру оболонки нагрівача. Для оболонки 316 із стінкою товщиною 1,2 мм при 6 Вт/см² у кислоті 110 градусів температура зовнішньої поверхні становить приблизно 125 градусів. При цій температурі швидкість корозії зростає приблизно до 0,35 мм/рік. Температура підвищується завдяки тепловому потоку, і додаткові 40% додаються до швидкості корозії відносно температури масової кислоти.

1.2 Оцінка терміну служби для товщини стінки міліметр
316 оболонка має номінальну товщину 1,2 мм. Однак виробничі допуски становлять ±0,1 мм. Це означає, що мінімальна товщина може бути 1,1 мм. Консервативна оцінка терміну служби базується на мінімальній товщині. Він використовує 0,35 мм/рік, а швидкість корозії становить 0,35 мм/рік. Але невдача відбудеться до того, як стіна буде повністю проїдена. Мінімальна товщина конструкції становить 0,5 мм, щоб витримувати внутрішній тиск через розширення MgO та зовнішній тиск процесу. Таким чином, корисний припуск на корозію становить 1,1 мм – 0,5 мм=0.6 мм. Прогнозований термін служби становить 0,6/0.35=1.7 років при 0,35 мм на рік. Це момент, коли оболонка досягає мінімальної структурної товщини. Насправді обігрівачі часто замінюють із залишковою товщиною стінки 0,7–0,8 мм, щоб забезпечити запас міцності. При такому порозі заміни термін служби падає приблизно до 1,2 року. Початкова товщина стінки для 5-річного терміну служби повинна становити 0,35 x 5 років + 0.5 (структурний запас) + 0.1 (допуск)=2.35 мм або приблизно 2,5 мм. Тому оболонка 316 із стінкою товщиною 1,2 мм у цій службі підходить лише для застосувань, де прийнятна щорічна заміна.

Рекомендована товщина стінки фосфорної кислоти
У наведеній нижче таблиці наведено прийнятну товщину стінок оболонки для електричних занурювальних нагрівачів, що працюють з фосфорною кислотою, як функцію концентрації, температури та бажаного терміну служби. Значення наведені для промислової кислоти зі звичайними домішками та потужністю від 4 до 6 Вт/см2.

Концентрація фосфорної кислоти|Об'ємна кислотна температура|Цільовий термін служби|Рекомендована мінімальна товщина стінки 316|Термін служби при рекомендованій товщині Очікувана швидкість корозії на поверхні
10 – 15 % 80 – 100 градусів 2 роки 1,2 мм 0,20 – 0,30 мм/рік 1,5 – 2,5 роки
10 – 15% 80 – 100 градусів 5 років 2,0 мм 0,20 – 0,30 мм/рік 4-6 років
10–15% 100–120 градусів 2 роки 1,6 мм 0,30–0,45 мм/рік 2–3 роки
10 – 15% 100 – 120 градусів 5 років 2,5 мм 0,30 – 0,45 мм/рік 5 – 7 років
15 – 25% 80 – 100 градусів 2 роки 1,6 мм 0,25 – 0,40 мм/рік 2 – 3 роки
15 – 25% 80 – 100 градусів 4 роки 2,5 мм 0,25 – 0,40 мм/рік 4 – 6 років
15 – 25% 100 – 120 градусів 1 рік 1,6 мм 0,40 – 0,60 мм/рік 1 – 2 роки
15 – 25% 100 – 120 градусів 3 роки 2,5 мм 0,40 – 0,60 мм/рік 3 – 4 роки
>25% Будь-яка температура Будь-яка Не рекомендується > 0,60 мм/рік Непередбачувано; використовувати вищий сплав
Нержавіюча сталь 316 зазвичай не підходить для концентрації фосфорної кислоти понад 25% при температурах вище 100 градусів, незалежно від товщини стінки. У цьому сценарії інженери можуть розглянути можливість переходу на сплав із високим вмістом{4}}моліну, наприклад сплав 20 (Carpenter 20) або сплав 625, швидкість корозії якого на два порядки нижча, ніж 316 у гарячій фосфорній кислоті.

Конструкційні зміни для продовження терміну служби без збільшення товщини стінок
Коли міркування про простір або тепловідповідь диктують використання оболонки 1,2 мм 316 для роботи з гарячою фосфорною кислотою, доступні три коригування конструкції, щоб збільшити термін служби значно більше, ніж приблизно 1,7 року. По-перше, це зменшення щільності ват. Коли робочий рівень знижується з 6 Вт/см² до 3 Вт/см², температура поверхні оболонки знижується з 125 градусів до приблизно 116 градусів, а швидкість корозії з 0,35 до приблизно 0,22 мм на рік. Це збільшує термін служби з 1,7 років до 2,7 років. Друга зміна полягає в пасивації поверхні оболонки 20% азотною кислотою при 50 градусах протягом 60 хвилин перед встановленням. Пасивація усуває вбудовані частинки заліза та збільшує товщину шару оксиду хрому, знижуючи початкову швидкість корозії на 20–30% протягом перших кількох місяців експлуатації. Третя зміна полягає в управлінні чистотою кислоти. Якщо фториди можна підтримувати нижче 50 ppm, а хлориди — нижче 100 ppm, корозію можна обмежити 0,15–0,20 мм на рік, а термін служби становитиме 3–4 роки. У важливих випадках, коли непередбачена несправність нагрівача призведе до значної втрати продуктивності, інженери повинні включити запасний нагрівач або побудувати резервуар із подвійними нагрівачами, щоб один можна було замінити, а інший підтримував температуру. Вартість запасного нагрівача незначна порівняно з вартістю непередбаченої зупинки безперервного хімічного виробництва. При виборі підігрівачів для роботи з фосфорною кислотою вказати корозійні контрольні випробування з реальною кислотою в технологічному потоці. Чистота кислоти в реальному світі значно відрізняється від заводу до заводу і навіть від виробничої партії до виробничої партії, тому опубліковані дані надають оцінки. Найкращим показником терміну служби є тримісячне тестування зразка 316 розміром 1,2 мм, який піддався технологічній кислоті при очікуваній температурі оболонки. Як правило, вартість цього тесту менше, ніж вартість одного несправного обігрівача.