F'liema Limitu Kritiku tal-Konċentrazzjoni u t-Temperatura tal-Aċidu Sulfuriku, Sheath tal-Azzar Stainless 1.6 Millimetru 316 Issir Mhux Sikur għat-Tisħin tal-Immersjoni Kontinwu 'l fuq minn 15 Watts għal kull ċentimetru kwadru?

L-inġiniera tal-proċess kimiku li jiddisinjaw ħiters elettriċi ta 'immersjoni għal servizz ta' aċidu sulfuriku f'linji ta 'pickling tal-metall, manifattura ta' batteriji u reatturi ta 'sinteżi kimika jeħtieġ li jkunu jafu l-limiti ta' konċentrazzjoni-temperatura li fihom iseħħ it-tqassim tal-film passiv b'mod preċiż, jekk iridu jagħżlu l-istainless steel 316 bħala l-materjal tal-għant. Mill-aċidi minerali biss l-aċidu sulfuriku jidher li huwa massimu korrużiv għal 316 stainless steel f'konċentrazzjonijiet intermedji (40-60%) u jonqos f'konċentrazzjonijiet aktar baxxi u ogħla. Standard tipiku ta 'ħxuna tal-ħajt ta' 1.6 mm jipprovdi kompromess bejn it-trażmissjoni prattika tas-sħana u r-robustezza mekkanika. Iżda t-tħaddim 'il fuq mit-taħlita kruċjali ta' konċentrazzjoni, temperatura u densità ta 'watt jista' jwassal għal korrużjoni attiva rapida, u tnaqqas il-ħajja tal-għant minn snin għal ġimgħat. F'dan id-dokument, il-limiti eżatti tal-għant 1.6 mm 316, li mhuwiex sigur għat-tisħin kontinwu ta 'immersjoni f'densitajiet ta' qawwa ta 'aktar minn 15 W/ċm2 .

Il-Bidla minn Passività għal Attività fi 316 Espost għall-Aċidu Sulfuriku
Ir-reżistenza għall-korrużjoni ta 'l-istainless steel 316 fl-aċidu sulfuriku hija dipendenti fuq l-istabbiltà tal-kisja passiva ta' l-ossidu tal-kromju. Il-film passiv huwa stabbli f'aċidu sulfuriku dilwit f'konċentrazzjonijiet taħt il-15% sa 60 grad, u r-rati ta 'korrużjoni huma inqas minn 0.1 mm fis-sena. F'konċentrazzjoni li tiżdied għal 40-60% it-tendenza ta' tnaqqis tal-aċidu tiddomina l-film passiv u hemm bidla għal korrużjoni attiva b'rati ta' 5-20 mm fis-sena. F'konċentrazzjonijiet 'il fuq minn 70%, l-aċidu sulfuriku jerġa' jossidizza, repassivating il-wiċċ 316 u jnaqqas ir-rati ta 'korrużjoni għal taħt 0.5 mm/sena. It-temperatura tal-wiċċ tal-għant hija tipikament 20-50 grad 'il fuq mit-temperatura tal-aċidu tal-massa minħabba l-fluss tas-sħana għal heater ta' immersjoni. It-temperatura tal-wiċċ tal-għant ta '15 W/cm^2 heater f'50 grad ta' aċidu bl-ingrossa tista 'tkun 80-90 grad. Dan jirriżulta f'temperatura tal-wiċċ ogħla u bidla tat-tranżizzjoni minn passiv għal attiv għal konċentrazzjonijiet aktar baxxi. Konċentrazzjoni ta 'aċidu bl-ingrossa ta' 30% li hija sigura f'50C tista 'tkun aggressiva fil-wiċċ tal-għant jekk it-temperatura lokali taqbeż is-70C. Għalhekk, it-tieqa tax-xogħol bla periklu għal għant ta '1.6 mm 316 hija determinata mill-ogħla temperatura tal-wiċċ, mhux mit-temperatura tal-aċidu tal-massa.

Limiti Kritiċi għal ħajt ta' 1.6 millimetru b'15-il Watt għal kull ċentimetru kwadru
L-ittestjar tal-korrużjoni sperimentali fuq 316 kampjun b'lustrar tal-wiċċ tipiku ta 'kisi tal-ħiters swaged (0.5 sa 0.8 mikroni Ra) jagħti l-limiti essenzjali li ġejjin għall-bidu tal-korrużjoni attiva. Il-konċentrazzjoni kritika ta 'aċidu sulfuriku għat-tqassim tal-film passiv hija madwar 55% fit-temperatura tal-wiċċ ta' 60 grad. Il-konċentrazzjoni kritika titnaqqas għal 48% f'temperatura tal-wiċċ ta '70 grad. Fi 80 grad , il-limitu jonqos għal 42 %. F'90 grad huwa 38%. F'100 grad inaqqas għal 32%. Għal għant tal-ħajt ta '1.6 mm f'15 W/ċm 2, iż-żieda fit-temperatura mill-aċidu bl-ingrossa għall-wiċċ tal-għant hija ta' madwar 25-30 grad f'aċidu ċirkolat b'mod naturali. L-aċidu bl-ingrossa huwa f'50 grad u l-wiċċ tal-għant f'75-80 grad. Għalhekk il-konċentrazzjoni kritika hija madwar 40%. Jekk il-konċentrazzjoni tal-aċidu bl-ingrossa hija 'l fuq minn 40% f'din it-temperatura, il-korrużjoni attiva tibda fi żmien jiem. Ladarba l-korrużjoni attiva tkun bdiet ir-rata ta 'korrużjoni hija ġeneralment 5-15 mm/sena għalhekk għant ta' 1.6mm jipperfora f'1-4 xhur. Taħt il-konċentrazzjoni kritika, fl-istess temperatura tal-wiċċ, ir-rata ta 'korrużjoni hija taħt 0.2 mm/sena, li tippermetti ħajja ta' servizz ta '5-8 snin. Huwa bidla f'daqqa, mhux waħda gradwali. Bidla ta '2-3% fil-konċentrazzjoni jew 5 gradi fit-temperatura tista' timplika d-differenza bejn is-snin ta 'tħaddim u falliment katastrofiku fi żmien ġimgħat.

1.6 mm 316 għant f'Aċidu Sulfuriku - Pakkett Operattiv Sikur
It-tabella li ġejja tiddeskrivi l-pakkett operattiv sikur għal għant ta 'l-istainless steel 316 ta' 1.6 mm b'densità ta 'watt ta' 15 W/cm2 . Il-valuri jirrappreżentaw kombinazzjonijiet ta 'konċentrazzjoni ta' aċidu bulk u temperatura li għalihom it-temperatura tal-wiċċ ta 'għant hija taħt it-temperatura ta' transizzjoni passiva-għa-attiva.

Temperatura Massima Safe Bulk għal 1.6 mm Sheath f'15 W/cm2 Bulk Concentration of Sulfuric AcidSheath temperatura tal-wiċċ f'massimu safe bulkRata ta' Korrużjoni Stima Stima tal-Ħajja f'1.6 mm 0 – 10% 95 grad 120 – 125 grad 0.18 – 0.108 –/year 0.1 mm –/year 1.6 mm 20% 90 grad 115 – 120 grad 0.10 – 0.20 mm/sena 6 – 10 snin 20 – 30% 80 grad 105 – 110 grad 0.15 – 0.30 mm/sena 4 – 8 snin 30 – 35% grad 90 – 90. 0.40 mm/sena 3 – 5 snin50 grad 75 – 80 grad 0.30 – 0.60 mm/sena 2 – 4 snin 40 – 45% Mhux sikur fi kwalunkwe temperatura Aktar minn 65 grad Korrużjoni attiva > 5 mm/sena Ġimgħat għal xhur
45 – 60% Mhux sikur fi kwalunkwe temperatura Kwalunkwe korrużjoni attiva > 10 mm/sena Ġranet għal ġimgħat
60 – 70% 50 grad 75 – 80 grad 0.50 – 1.00 mm/sena 1 – 2 snin (transizzjonali)80 grad 105 – 110 grad 0.20 – 0.40 mm/sena 3 – 5 snin (ri{16}passivati)
80 – 93% 100 grad 125 – 130 grad 0.10 – 0.20 mm/sena 6 – 10 snin
Aktar minn 93% 120 grad 145 – 150 grad 0.05 – 0.10 mm/sena 10 – 15-il sena
Għal konċentrazzjonijiet ta 'aċidu bl-ingrossa minn 40 sa 60% l-ebda kombinazzjoni ta' temperatura tal-massa u densità ta 'watt ma tagħti għant sikur ta' 1.6 mm 316 għal servizz kontinwu. Il-film passiv huwa instabbli fi kwalunkwe temperatura ogħla minn 30 grad, u t-temperatura għolja fuq il-wiċċ tal-għant ikkawżata mill-fluss tas-sħana tassigura korrużjoni attiva. F'din il-medda ta' konċentrazzjoni, l-inġiniera jeħtieġ li jispeċifikaw liga aktar reżistenti għall-korrużjoni bħal Alloy 20 (Carpenter 20) jew Alloy 825, jew jimpjegaw teknoloġija ta' tisħin mhux-metallika bħal heater ta' immersjoni tal-grafita jew tal-karbur tas-silikon. Per eżempju 38% aċidu sulfuriku f'temperatura ta 'massa ta' 55 grad, fit-tarf tal-pakkett sikur, proċess ħafif taqlib jista 'jimbotta l-għant fir-reġjun attiv. L-inġiniera għandhom japplikaw marġini ta 'sikurezza ta' mill-inqas 5 gradi taħt it-temperatura massima sigura kif speċifikat fit-tabella.

Modifiki tad-Disinn biex Jespandu l-Pakkett Operattiv Sikur
Meta l-kundizzjonijiet tal-proċess joqorbu lejn il-limiti kritiċi għal għant ta '1.6 mm 316, tliet aġġustamenti tad-disinn jistgħu jespandu l-ambjent operattiv sikur mingħajr ma jibdlu l-materjal tal-għant. L-ewwel huwa li timminimizza d-densità tal-watt. Jekk naħdmu bi 8 W/cm² minflok 15 W/cm² it-temperatura tal-wiċċ tal-għant tinżel b'madwar 15-20 grad. Ħiter huwa perikoluż f'15 W/cm 2 fi 38% aċidu sulfuriku f'60 grad (temperatura tal-wiċċ 85-90 grad) u sikur fi 8 W/cm 2 (temperatura tal-wiċċ 70-75 grad). Il-kompromess huwa tul jew dijametru akbar tal-heater. It-tieni aġġustament huwa li żżid il-fluss ta 'aċidu madwar il-wiċċ tal-għant. Ċirkolazzjoni sfurzata minn pompa jew aġitatur tgħolli l-koeffiċjent tat-trasferiment tas-sħana minn 200 – 500 W/m 2 K f'konvezzjoni naturali għal 1000 – 2000 W/m 2 K fi fluss turbolenti, u tnaqqas iż-żieda fit-temperatura tal-wiċċ b'40 – 60 %. Għalhekk heater li jipproduċi żieda ta' 30 grad C fl-aċidu staġnat jista' jipproduċi biss żieda ta' 12 grad C fl-aċidu ċirkolat tajjeb-, u jżomm il-wiċċ tal-għant taħt il-livell kritiku. It-tielet bidla hija ż-żieda ta 'aġent ossidanti ma' l-aċidu. It-tranżizzjoni minn stati passivi għal attivi tista 'tiġi mċaqlaq għal temperaturi u konċentrazzjonijiet ogħla billi jinżamm il-potenzjal ossidanti tas-soluzzjoni b'konċentrazzjoni żgħira (0.1-0.5%) tal-aċidu nitriku jew tal-perossidu tal-idroġenu. Iżda dan mhux dejjem huwa prattikabbli minħabba restrizzjonijiet tal-proċess. F'installazzjonijiet kritiċi fejn falliment mhux previst tal-heater jista 'jikkawża telf konsiderevoli ta' produzzjoni, l-inġiniera għandhom jinstallaw sonda ta 'monitoraġġ tal-korrużjoni - kupun ċkejken 316 imwaħħal elettronikament mal-għant tal-heater. Żieda f'daqqa fil-kurrent galvaniku bejn is-sonda u elettrodu ta 'referenza tindika tqassim bikri tal-film passiv u tippermetti lill-operatur inaqqas il-qawwa jew ibiddel il-kontenut tal-aċidu biex jevita ħsara lill-għant. Meta tispeċifika ħiters għas-servizz tal-aċidu sulfuriku, dejjem semmi lill-fornitur il-konċentrazzjoni tal-massa u l-firxa tat-temperatura tal-massa mistennija u titlob temperatura tal-wiċċ tal-għant ikkalkulat għad-densità tal-watt suġġerita u l-ħxuna tal-ħajt. Jekk il-manifattur ma jistax jagħmel dan il-kalkolu, ma tafdahomx bl-applikazzjoni. Id-differenza bejn it-tħaddim sikur u l-falliment katastrofiku fl-aċidu sulfuriku kultant hija inqas minn 10 gradi ta 'temperatura tal-wiċċ tal-għant u analiżi termali preċiża hija importanti għal speċifikazzjoni affidabbli tal-heater.