در چه ترکیب خاصی از غلظت اسید نیتریک و دما، یک غلاف فولادی ضد زنگ 1.6 میلی‌متری 316 برای جلوگیری از حمله بین دانه‌ای در خدمات راکتورهای دارویی به کاهش کمتر از 12 وات بر سانتی‌متر مربع نیاز دارد؟

مهندسان فرآیند که بخاری های غوطه وری الکتریکی را برای راکتورهای دارویی و مخازن سنتز شیمیایی می سازند، اغلب از اسید نیتریک برای غیرفعال کردن، تمیز کردن و به عنوان یک محیط واکنش استفاده می کنند. غلظت های معمولی 10{7}}30٪ اسید نیتریک در 40-70 درجه سانتیگراد. 316 غلاف فولاد ضد زنگ است. یک غلاف 1.6 میلی متری معمولاً در خدمات دارویی استفاده می شود زیرا نیاز به تمیزی و مقاومت در برابر خوردگی دارد. با این حال، هنگامی که از فلنج ها یا اتصالات جوش داده شده استفاده می شود، منطقه متاثر از حرارت ممکن است به حمله بین دانه ای در ترکیبات غلظت-دمای خاص حساس شود. این مقاله حداقل مقادیر آستانه را تعریف می کند، که زیر آن یک غلاف 1.6 میلی متری 316 باید در چگالی وات کمتر از 12 W/cm² کاهش یابد تا از حمله بین دانه ای در خدمات راکتور دارویی جلوگیری شود.

مکانیسم حمله بین دانه ای اسید نیتریک
برای 316 در اسید نیتریک، حمله بین دانه ای ناشی از رسوب کاربیدهای کروم در مرزهای دانه جوش و تخلیه مناطق همسایه کروم در ناحیه تحت تأثیر گرما-است. اسید نیتریک در درجه اول به مناطق خالی از کروم حمله می کند و منجر به خوردگی مرز دانه می شود که ممکن است منجر به دررفتگی فلنج یا نشت غلاف شود. غلظت و وابستگی دما حساسیت به حمله بین دانه ای حمله در اسید نیتریک 10 درصد فقط در دمای 80 درجه سانتیگراد قابل ملاحظه است. در اسید نیتریک 20 درصد آستانه 65 درجه سانتیگراد است. حمله در اسید نیتریک 30٪ در دمای بیش از 55^0C. در اسید نیتریک 40 درصد، حمله بالای 45 درجه رخ می دهد. حساس ترین نقطه یک غلاف 1.6 میلی متری با فلنج جوش داده شده، منطقه تحت تأثیر حرارت{19}}است. به دلیل چگالی وات، دمای سطح غلاف معمولاً 10 تا 20 درجه بالاتر از دمای اسید حجیم است. سطح غلاف در دمای انبوه 55 درجه در اسید نیتریک 30 درصد به 73 درجه می رسد و یک بخاری در 12 W/cm2 (18 درجه افزایش) به خوبی بیش از آستانه حمله بین دانه ای 55 درجه است.

آستانه های کاهش بحرانی برای غلاف 1.6 میلی متری
هنگامی که غوطه وری در اسید نیتریک در دماهای مربوط به خدمات دارویی آزمایش می شود، محدودیت های چگالی وات زیر برای غلاف دیوار 1.6 میلی متری برای جلوگیری از حمله بین دانه ای در ناحیه متاثر از حرارت نمونه های جوش داده شده 316 قابل اعمال است:

غلظت اسید نیتریک دمای اسید حجیم حداکثر دمای سطح غلاف بدون حمله بین دانه‌ای حداکثر چگالی مجاز وات برای غلاف 1.6 میلی‌متری (افزایش 15 درجه در 10 وات بر سانتی‌متر مربع) زمان مورد انتظار برای حمله در تراکم وات بالاتر 10% 50 درجه W/20 درجه سانتی‌متر در هر غلاف عملی 60 درجه 80 درجه 13 وات/سانتی‌متر مربع ایمن در 12 وات بر سانتی‌متر2 10% 70 درجه 80 درجه 7 وات بر سانتی‌متر مربع ضریب‌بندی زیر 12 وات/سانتی‌متر مربع 10% 75 درجه سانتی‌گراد 80 درجه سانتی‌گراد 3 وات بر سانتی‌متر مربع 316 حاشیه لازم است. 316 لیتر ترجیحی 20% 40 درجه سانتی‌گراد 65 درجه سانتی‌گراد 17 وات بر سانتی‌متر مربع ایمن در 12 وات بر سانتی‌متر مربع 20 درصد 50 درجه سانتی‌گراد 65 درجه سانتی‌گراد 10 وات بر سانتی‌متر مربع کاهش اندازه‌گیری توصیه می‌شود < 12 وات بر سانتی‌متر مربع 20 درصد 55 درجه سانتی‌گراد 65 درجه سانتی‌گراد 7 وات بر سانتی‌متر مربع اندازه‌گیری مورد نیاز
20% 60 درجه سانتی گراد 65 درجه سانتی گراد 3 وات بر سانتی متر مربع استفاده از 316 لیتر یا بازپخت 30 درصد 35 درجه سانتی گراد 55 درجه سانتی گراد 13 وات بر سانتی متر مربع ایمن در 12 وات بر سانتی متر مربع 30 درصد 40 درجه سانتی گراد 55 درجه سانتی گراد 10 وات بر سانتی متر مربع کاهش توصیه می شود 30% 5 درجه سانتی گراد 5 درجه سانتی گراد حذف توصیه می شود.
30% 50 درجه 55 درجه 3 وات بر سانتی متر مربع از 316 لیتر استفاده کنید یا آلیاژ ارتقا دهید
40% 30 درجه سانتی‌گراد 45 درجه سانتی‌گراد 10 وات بر سانتی‌متر مربع کاهش اندازه‌گیری پیشنهادی 40 درصد 35 درجه سانتی‌گراد، 45 درجه سانتی‌گراد 7 وات بر سانتی‌متر مربع اندازه‌گیری مورد نیاز است
40% 40 درجه سانتی گراد 45 درجه سانتی گراد 3 وات بر سانتی متر مربع 316 توصیه نمی شود
در یک راکتور دارویی، دمای سطح غلاف یک غلاف 1.6 میلی‌متری در 12 وات بر سانتی‌متر مربع از آستانه 65 درجه تا نزدیک به 70 درجه برای اسید نیتریک 20 درصد در دمای توده 55 درجه فراتر می‌رود. ممکن است حمله بین{8}}در عرض 6 تا 12 ماه رخ دهد. کاهش تا 8 وات بر سانتی‌متر مربع (افزایش 13 درجه سانتی‌گراد، سطح 68 درجه سانتی‌گراد) همچنان از معیارها فراتر می‌رود{15}} وات بر سانتی‌متر مربع (افزایش 6 درجه سانتی‌گراد، سطح 61 درجه سانتی‌گراد) کاهش غلاف را زیر 65 درجه سانتی‌گراد نگه می‌دارد و از حمله جلوگیری می‌کند.

پاکت عملیاتی ایمن برای عملکرد 12 W/cm²
جدول زیر حداکثر دمای توده ایمن اسید نیتریک را برای یک غلاف 1.6 میلی متری 316 در 12 وات بر سانتی متر مربع (افزایش 18 درجه سانتی گراد) نشان می دهد تا از حمله بین دانه ای در ناحیه تحت تأثیر حرارت جوش- جلوگیری شود.

غلظت اسید نیتریک حداکثر دمای حجیم ایمن در 12 وات بر سانتی‌متر مربع (افزایش 18 درجه سانتی‌گراد) دمای سطح غلاف در حداکثر حجم ایمن اقدام مورد نیاز بالاتر از حداکثر 10% 62 درجه سانتی‌گراد 80 درجه سانتی‌گراد کاهش کمتر از 12 وات بر سانتی‌متر مربع 15 درصد 52 درجه سانتی‌گراد 70 درجه سانتی‌گراد 52 درجه سانتی‌گراد نیاز است. 25% 42°C 60°C استفاده از 316L یا کاهش 30% 37°C 55°C 316L مورد نیاز 35% 32°C 50°C ارتقاء آلیاژ توصیه شده 40% 27°C 45°C 316 مناسب نیست
برای یک راکتور دارویی با 20٪ اسید نیتریک در دمای 50 درجه سانتی گراد با 12 وات بر سانتی متر مربع، حد حجیم ایمن 47 درجه سانتی گراد است. بخاری تا دمای 50 درجه سانتیگراد ایمن است. خطر حمله بین دانه ای زیاد است. توصیه کنید چگالی وات را تا 8 وات بر سانتی‌متر مربع (13 درجه افزایش، سطح 63 درجه) کاهش دهید یا مواد درجه 316L را مشخص کنید.

اصلاحات طراحی برای جلوگیری از حمله بین دانه ای
برای شرایط فرآیند دارویی که نیاز به غلظت اسید نیتریک و دمای نزدیک به آستانه حمله دارند، سه تنظیم طراحی می‌تواند از حمله بین دانه‌ای بدون کاهش کمتر از 12 W/cm² جلوگیری کند. اولین مورد، انتخاب 316L (کم کربن، حداکثر 0.03%) به جای 316 معمولی است. محتوای کربن کمتر، رسوب کاربید کروم را در حین جوشکاری کاهش می‌دهد و آستانه حمله را 10 تا 15 درجه سانتی‌گراد افزایش می‌دهد{8}}L در 12 وات بر سانتی‌متر مربع در دمای 20 درصد نیتریک 5 تا دمای ایمن نیتریک 5–. دومین پیشرفت، بازپخت{15}}پست جوش ناحیه اتصال فلنج است. آنیل القایی موضعی تا دمای 1050 درجه سانتیگراد کاربیدهای کروم را حذف می کند و مقاومت در برابر خوردگی را بازیابی می کند. آخرین تغییر استفاده از روکش جوش یا فلنج روکش دار است که در آن غلاف 316 به یک آلیاژ مناسب اما کمتر حساس{20}} جوش داده شده است. برای راکتورهای دارویی که نیاز به 30 درصد اسید نیتریک در دمای 50 درجه سانتی گراد با کار مداوم دارند، مهندسان باید به یک فولاد ضد زنگ با سیلیکون بالا مانند دوریمت 20 یا آلیاژ 825 ارتقا دهند. همیشه هنگام مشخص کردن بخاری برای عملیات اسید نیتریک دارویی، اتصالات جوش داده شده را مشخص کنید. 316L (نه استاندارد 316) را برای همه کاربردهای بالاتر از غلظت 15% یا 50 درجه سانتیگراد مشخص کنید. حمله بین دانه ای به مرزهای دانه، جدا شدن فلنج غلاف 1.6 میلی متری جوش داده شده در اسید نیتریک را منتشر می کند و اغلب با هشدار بصری کمی رخ می دهد. انتخاب مناسب مواد و مدیریت چگالی وات برای عملکرد قابل اعتماد راکتورهای دارویی مهم است.