За инженерите по химически процеси, специфициращи електрически потопяеми нагреватели за работа със солна киселина при ецване на метали, регулиране на рН и системи за регенерация, неръждаемата стомана 316 обикновено се счита за маргинален материал. Солната киселина е силно редуцираща и агресивна, съдържаща хлоридни йони, които активно атакуват пасивния филм върху неръждаемите стомани. За разлика от сярната или азотната киселина, няма диапазон на концентрация, където 316 проявява наистина добра устойчивост. Въпреки това, в много разредени разтвори при умерени температури, 316 може да осигури приемлив експлоатационен живот за не-критични приложения. Дебелината на стената на обвивката определя времето, необходимо за проникване на питинга от външната повърхност до вътрешната стена. Тази статия идентифицира специфичната концентрация на солна киселина при 50 градуса, при която обвивка от 1,2 mm 316 изпитва проникване на питинг в рамките на 500 часа непрекъсната работа при типични промишлени плътности във вата.
Поведение на питинг на неръждаема стомана 316 в разредена солна киселина
В солната киселина корозията на 316 се характеризира по-скоро с вдлъбнатини, отколкото с равномерно изтъняване. След като ямка започне при повърхностен дефект, включване или област на слабост на пасивния филм, тя се разпространява бързо поради автокаталитичния характер на хлоридната атака. Критичният потенциал за питинг на 316 в хлоридни разтвори намалява с повишаване на температурата и концентрацията на хлорид. При 50 градуса критичната концентрация на хлорид за иницииране на питинг е приблизително 50–100 ppm (0,005–0,01% HCl). Под този праг питингът е рядък и общите нива на корозия са под 0,05 mm на година. Над този праг питингът става вероятен и скоростта на разпространение на пит се увеличава рязко с концентрацията на хлорид. За стенна обвивка с дебелина 1,2 mm, времето за проникване е доминирано от скоростта на разпространение на вдлъбнатината, след като настъпи иницииране. Скоростите на разпространение при 50 градуса варират от 0,01 mm на час в 0,1% HCl до 0,10 mm на час в 1% HCl. При 0,5% HCl скоростта на разпространение е приблизително 0,03–0,05 mm на час, което означава, че стена от 1,2 mm ще проникне за 24–40 часа след инициирането на ямата. Добавянето на индукционно време от 100–500 часа за иницииране на яма води до общ експлоатационен живот от 120–540 часа, в зависимост от качеството на повърхността и остатъчните напрежения.
Критична концентрация за 500-часов експлоатационен живот
Въз основа на изпитване с потапяне на щамповани проби от обвивка 316 при 50 градуса с повърхностно покритие, типично за търговски нагреватели, се наблюдават следните експлоатационни срокове. При 0,05% HCl (500 ppm хлорид) инициирането на питинг изисква приблизително 800–1200 часа, а разпространението е бавно при 0,005 mm на час. Обвивка от 1,2 mm би издържала общо 1000–1500 часа. При 0,10% HCl времето за започване пада до 400–600 часа с разпространение при 0,010–0,015 mm на час, което дава общо 500–800 часа. При 0,15% HCl, инициирането става в рамките на 200–300 часа, разпространението при 0,020–0,025 mm на час, общ живот 300–500 часа. При 0,20% HCl инициирането отнема 100–200 часа, разпространението при 0,030–0,040 mm на час, общ живот 150–300 часа. Критичната концентрация за 500-часов експлоатационен живот е приблизително 0,12–0,14% HCl. При или под тази концентрация обвивката от 1,2 mm 316 има разумна вероятност да оцелее 500 непрекъснати работни часа. Над тази концентрация очакваният живот пада под 500 часа. Тези стойности предполагат плътност на вата от 5–8 W/cm², което повишава температурата на повърхността на обвивката до приблизително 55–60 градуса. При по-високи ватови плътности, повишената температура на повърхността намалява допълнително критичната концентрация.
Концентрация и матрица за дебелина на стените за сервиз със солна киселина
Следващата таблица предоставя препоръчителни 316 дебелини на стените на обвивката за работа със солна киселина при 50 градуса въз основа на целевия експлоатационен живот. Стойностите предполагат плътност на вата от 5–8 W/cm² и типично покритие на щампована повърхност.
| Концентрация на HCl | Концентрация на хлорид (ppm) | Очаквана скорост на разпространение на ямата при 50 градуса | Минимум 316 дебелина на стената за 500-часов живот | Минимална дебелина на стената за 1000 часа живот | Препоръка |
|---|---|---|---|---|---|
| Под 0,05% | Под 500 ppm | Под 0,005 mm/час | 0,8 мм | 1,0 мм | 316 приемливо за периодично обслужване |
| 0.05 – 0.10% | 500 – 1000 ppm | 0,005 – 0,015 mm/час | 1,0 мм | 1,6 мм | 316 маргинален; очаквайте кратък живот |
| 0.10 – 0.15% | 1000 – 1500 ppm | 0,015 – 0,025 mm/час | 1,2 мм | 2,0 мм | 316 не се препоръчва за продължителна работа |
| 0.15 – 0.20% | 1500 – 2000 ppm | 0,025 – 0,040 mm/час | 1,6 мм | 2,5 мм | Използвайте титан или тантал |
| 0.20 – 0.50% | 2000 – 5000 ppm | 0,040 – 0,100 mm/час | Не е възможно | Не е възможно | Изисква се титан |
| Над 0,50% | Над 5000 ppm | Над 0,100 mm/час | Не е подходящо | Не е подходящо | Използвайте не-метално отопление |
За всяка концентрация на солна киселина над 0,15% при 50 градуса, неръждаемата стомана 316 е лош избор, независимо от дебелината на стената. Скоростта на разпространение на ямата е твърде бърза и рискът от внезапна перфорация без предупреждение е висок. Титанът (клас 2 или клас 7) има отлична устойчивост на разредена солна киселина до концентрация до 1% при 50 градуса, със скорост на корозия под 0,01 mm на година. Танталът е необходим за по-високи концентрации или температури. Когато се определят нагреватели за работа със солна киселина, където се разглежда 316, инженерите трябва да изискват тест за корозия с помощта на действителната технологична киселина и проба от материала на обвивката при очакваната температура на повърхността. Публикуваните данни предоставят приблизителни оценки, но-чистотата на киселината в реалния свят и контролът на температурата значително влияят върху поведението на питинг. Цената на единична повреда на нагревателя в солна киселина-включително замърсяване с метални йони на технологичния разтвор-обикновено надвишава цената на надграждане до титан. За концентрации над 0,1% при 50 градуса отговорната инженерна препоръка е да се избягва напълно 316.
