За инженерите-технологи, проектиращи електрически потопяеми нагреватели за вани за декапиране на метали в стоманодобивни мелници и заводи за производство на метал, комбинацията от сярна киселина при повишени температури създава една от най-агресивните среди за 316 обвивки от неръждаема стомана. Баните за ецване обикновено работят при 60–90 градуса с концентрации на сярна киселина от 10–25%, често съдържащи разтворени железни соли, които допълнително усложняват корозионното поведение. Често се определя дебелина на стената от 2,0 mm, за да се осигури устойчивост на корозия и механична устойчивост срещу турбуленция във ваната и контакт с детайла. Въпреки това, работата при стандартна плътност на вата от 8–12 W/cm² повишава температурата на повърхността на обвивката с 20–40 градуса над общата температура на банята, като потенциално тласка обвивката в режим на активна корозия, където скоростите на корозия надвишават 5 mm на година. Тази статия идентифицира специфичните концентрации-температурни комбинации, при които 2,0 mm 316 обвивка трябва да бъде понижена под 5 W/cm², за да остане в режим на пасивна корозия.
Пасивният-активен преход в сярна киселина за неръждаема стомана 316
Както е установено в член 30, неръждаемата стомана 316 показва пасивен-активен преход в сярна киселина, който зависи силно както от температурата, така и от концентрацията. В пасивен режим скоростите на корозия са под 0,2 mm на година. В активен режим скоростите скачат до 5–20 mm годишно. За условия на баня за ецване преходната граница следва отчетлива крива. При 10% сярна киселина температурата на преход е приблизително 55 градуса. При 15% преходът пада до 45 градуса. При 20% тя пада до 38 градуса. При 25% достига 32 градуса. За нагревател, работещ в насипна баня при 70 градуса с 15% сярна киселина, само насипното състояние вече е над температурата на преход от 45 градуса-ваната е активно корозивна до 316 дори без никакъв топлинен поток. В такива случаи 316 е неподходящ, независимо от дебелината на стената или плътността на ватовете. Въпреки това, много бани за ецване работят в преходната зона, където условията на обема са пасивни, но повишената температура на повърхността на обвивката от топлинния поток тласка обвивката в активен режим. За обвивка от 2,0 mm при 10 W/cm², повишаването на температурата от обема до повърхността на обвивката е приблизително 25–30 градуса. Обемна баня при 40 градуса с 15% киселина (пасивна) създава температура на повърхността на обвивката от 65–70 градуса, което е над прехода от 45 градуса-настъпва активна корозия на повърхността на обвивката, въпреки че насипната баня е пасивна.
Критични прагове за намаляване на мощността за обвивка от 2,0 милиметра
Въз основа на изпитване за корозия на 316 проби при температури и концентрации, подходящи за бани за декапиране, следните изисквания за намаляване на мощността се прилагат за обвивка на стена от 2,0 mm. Стойностите показват максималната плътност във ватове, която поддържа температурата на повърхността на обвивката най-малко 5 градуса под температурата на пасивно-активно преминаване за дадената обемна концентрация.
| Обемна концентрация на сярна киселина | Температура на насипната баня | Пасивна-температура на активен преход при тази концентрация | Максимална повърхностна температура на обвивката (преход минус 5 градуса граница на безопасност) | Максимално допустима ватова плътност за 2,0 mm обвивка | Препоръчително действие |
|---|---|---|---|---|---|
| 10% | 30 градуса | 55 градуса | 50 градуса | 12 W/cm² | Безопасен при стандартна ватова плътност |
| 10% | 40 градуса | 55 градуса | 50 градуса | 6 W/cm² | Изисква се намаление на мощността |
| 10% | 45 градуса | 55 градуса | 50 градуса | 3 W/cm² | маргинален; помислете за надграждане на сплавта |
| 10% | Над 48 градуса | 55 градуса | 50 градуса | Не е възможно | Използвайте сплав 20 или титан |
| 15% | 25 градуса | 45 градуса | 40 градуса | 10 W/cm² | Безопасен при умерена плътност на вата |
| 15% | 30 градуса | 45 градуса | 40 градуса | 6 W/cm² | Изисква се намаление на мощността |
| 15% | 35 градуса | 45 градуса | 40 градуса | 2 W/cm² | Непрактично; ъпгрейд сплав |
| 15% | Над 38 градуса | 45 градуса | 40 градуса | Не е възможно | 316 неподходящ |
| 20% | 20 градуса | 38 градуса | 33 градуса | 8 W/cm² | Безопасен при намалена плътност на вата |
| 20% | 25 градуса | 38 градуса | 33 градуса | 4 W/cm² | Намаляване значително |
| 20% | Над 28 градуса | 38 градуса | 33 градуса | Не е възможно | 316 неподходящ |
| 25% | Под 25 градуса | 32 градуса | 27 градуса | Под 3 W/cm² | 316 не се препоръчва |
| 25% | Над 25 градуса | 32 градуса | 27 градуса | Не е възможно | Използвайте сплав 20 или титан |
За типична баня за декапиране, работеща при 15% сярна киселина и 35 градуса насипна температура, обвивка от 2,0 mm 316 трябва да работи при или под 2 W/cm², за да се предотврати активна корозия. При тази плътност на вата, постигането на типични изисквания за мощност от 10–20 kW би изисквало непрактично дълъг нагревател. Следователно 316 не е подходящ за тази услуга. Инженерите трябва да посочат сплав 20 (Carpenter 20) или сплав 825, които имат пасивни-активни температури на преход с 30–50 градуса по-високи от 316 в сярна киселина.
Модификации на дизайна за избягване на активна корозия без намаляване на мощността
Когато условията на банята за ецване са близо до границата на прехода и вече е инсталирана или необходима обвивка от 2,0 mm 316, три модификации на дизайна могат да предотвратят активна корозия, без да намаляват плътността на вата под практическите граници. Първият е да се увеличи циркулацията на киселина през повърхността на нагревателя. Турбулентният поток със скорост от 1–2 m/s намалява повишаването на температурата на повърхността на обвивката от 25–30 градуса до 10–15 градуса, като потенциално поддържа обвивката под прага на прехода. Втората модификация е добавянето на окислител към ваната. Малки добавки на водороден пероксид или железни йони могат да изместят пасивния-активен преход към по-високи температури с 10–20 градуса, възстановявайки пасивното поведение. Третата модификация е да се използва нагревател с двойна -ват-плътност с по-ниска плътност на мощността в долната част на ваната, където температурите са най-високи поради стратификация. За повечето приложения във ваната за ецване, правилното инженерно решение е да се премине от 316 към по-устойчива сплав. Разликата в цената между обвивка 2,0 mm 316 и обвивка Alloy 20 със същите размери обикновено е 30–50%, но експлоатационният живот се увеличава от месеци до 5–10 години. Когато определят нагреватели за вани за ецване, инженерите трябва да предоставят на доставчика точния състав на ваната, температурния диапазон и очакваното ниво на турбуленция. Производител, който препоръчва 316 за 15% сярна киселина при 50 градуса, без да обсъжда намаляване на мощността или риск от активна корозия, не предоставя отговорни насоки. Преходът от пасивна към активна корозия в сярната киселина е рязък и безмилостен. Обвивка от 2,0 mm, която губи 5 mm на година при активна корозия, ще се перфорира за по-малко от пет месеца. Намаляването на мощността под 5 W/cm² рядко е практично за промишлени вани за ецване, което прави надграждането на сплавта единствената надеждна опция за повечето приложения.
