حداکثر عمر غلاف فولادی ضد زنگ 316 با ضخامت دیواره 1.2 میلیمتری حداکثر عمر غلاف فولادی ضد زنگ 316 با ضخامت دیواره 1.2 میلی متر در سرویس اسید فسفریک 15 درصد مداوم در 110 درجه سانتیگراد در درجه فسفر 5 درصد درجه حرارت 1% چقدر است؟ 110 درجه سانتیگراد؟

در انتخاب مواد غلاف برای بخاری‌های غوطه‌وری الکتریکی مورد استفاده در کاربردهای فرآیند شیمیایی مانند تولید کود فسفات، حمام‌های تصفیه فلز و تجهیزات پردازش مواد غذایی که اسید فسفریک را مدیریت می‌کنند، هم مقاومت در برابر خوردگی و هم عملکرد حرارتی باید در نظر گرفته شود. اسید فسفریک به اندازه اسید کلریدریک یا اسید سولفوریک تهاجمی نیست، اما در دماهای بالاتر از 80 درجه سانتیگراد و غلظتهای بالای 10 درصد، حمله تسریع شده به فولاد زنگ نزن 316 به ویژه در مناطق جوش و مکانهای با تنش پسماند بالا رخ می دهد. ضخامت دیواره غلاف میزان خوردگی بخاری را در طول عمر مفید آن تعیین می کند، با این حال اتصال غیرخطی است زیرا نرخ خوردگی با نازک شدن دیوار و افزایش چگالی جریان محلی افزایش می یابد. این مقاله یک پیش‌بینی عمر مفید کمی برای یک غلاف 1.2 میلی‌متری 316 در اسید فسفریک 15 درصد در 110 درجه، بر اساس داده‌های خوردگی شناخته شده و تجربه میدانی در تأسیسات شیمیایی ارائه می‌کند.

رفتار خوردگی فولاد ضد زنگ 316 در اسید فسفریک داغ
در غلظت های اسید فسفریک بین 10 تا 30 درصد در دمای بالای 80 درجه، فولاد ضد زنگ 316 دارای نرخ خوردگی عمومی از 0.1 تا 0.5 میلی متر در سال بسته به خلوص اسید، دما و سرعت جریان است. مکانیسم خوردگی عمدتاً نازک شدن یکنواخت به جای حفره است زیرا اسید فسفریک یک عامل اکسید کننده قوی نیست و حاوی کلریدهای مسئول حمله موضعی نیست. اسید فسفریک تجاری حاوی آلاینده هایی مانند فلوریدها، سولفات ها و کلریدهای سنگ فسفات است که می تواند حمله را تسریع کند و باعث ایجاد حفره شود. نرخ خوردگی عمومی 316 در اسید فسفریک 15 درصد در دمای 110 درجه با خلوص صنعتی معمولی حدود 0.25 میلی متر در سال است. این نرخ بر این اساس است که دمای سطح غلاف در محدوده 5 درجه دمای اسید حجیم باشد. در واقع، شار حرارتی باعث افزایش دمای غلاف بخاری می شود. برای یک غلاف 1.2 میلی متری دیوار 316 در 6 وات بر سانتی متر مربع در اسید 110 درجه، دمای سطح بیرونی حدود 125 درجه است. در این دما، نرخ خوردگی تا حدود 0.35 میلی متر در سال افزایش می یابد. دما با شار حرارتی افزایش می‌یابد و 40 درصد اضافی به نرخ خوردگی نسبت به دمای اسید حجیم اضافه می‌شود.

1.2 تخمین عمر مفید برای ضخامت دیواره میلی متر
غلاف 316 دارای ضخامت اسمی 1.2 میلی متر است. با این حال، تحمل تولید ± 0.1 میلی متر است. این بدان معناست که حداقل ضخامت می تواند 1.1 میلی متر باشد. تخمین عمر سرویس محافظه کارانه بر اساس حداقل ضخامت است. از 0.35 میلی متر در سال استفاده می کند و نرخ خوردگی 0.35 میلی متر در سال است. اما شکست قبل از اینکه دیوار کاملاً از بین برود رخ می دهد. حداقل ضخامت سازه 0.5 میلی متر برای مقاومت در برابر فشارهای داخلی ناشی از انبساط MgO و فشار فرآیند خارجی است. بنابراین، میزان خوردگی مفید 1.1 میلی متر تا 0.5 میلی متر=0.6 میلی متر است. عمر مفید پیش‌بینی‌شده 0.6/{19}} سال با 0.35 میلی‌متر در سال است. این لحظه ای است که غلاف به حداقل ضخامت ساختاری خود می رسد. در واقع، بخاری ها اغلب در ضخامت دیواره باقی مانده 0.7-0.8 میلی متر جایگزین می شوند تا حاشیه ایمنی ایجاد شود. در این آستانه جایگزینی، عمر سرویس به حدود 1.2 سال کاهش می یابد. ضخامت دیواره اولیه برای عمر کاری 5 ساله باید 0.35 x 5 سال + 0.5 (حاشیه ساختاری) + 0.1 (تلرانس)=2.35 میلی متر یا حدود 2.5 میلی متر باشد. بنابراین، غلاف 316 دیواری 1.2 میلی متری در این سرویس تنها برای کاربردهایی مناسب است که تعویض سالانه آن قابل قبول است.

ضخامت دیوار سرویس اسید فسفریک پیشنهادی
جدول زیر ضخامت دیواره غلاف قابل قبول برای بخاری های غوطه وری الکتریکی در سرویس اسید فسفریک را به عنوان تابعی از غلظت، دما و عمر مفید مورد نظر فهرست می کند. مقادیر برای اسید درجه صنعتی با ناخالصی های معمولی و چگالی وات 4 تا 6 W/cm2 است.

غلظت اسید فسفریک|دمای فله اسید|عمر خدمات هدف|حداقل ضخامت دیوار 316 توصیه شده|عمر مفید در ضخامت توصیه شده نرخ خوردگی پیش بینی شده در سطح
10 - 15 % 80 - 100 درجه 2 سال 1.2 میلی متر 0.20 - 0.30 میلی متر در سال 1.5 - 2.5 سال
10 - 15٪ 80 - 100 درجه 5 سال 2.0 میلی متر 0.20 - 0.30 میلی متر / سال 4-6 سال
10-15٪ 100-120 درجه 2 سال 1.6 میلی متر 0.30-0.45 میلی متر / سال 2-3 سال
10 - 15٪ 100 - 120 درجه 5 سال 2.5 میلی متر 0.30 - 0.45 میلی متر / سال 5 - 7 سال
15 - 25٪ 80 - 100 درجه 2 سال 1.6 میلی متر 0.25 - 0.40 میلی متر / سال 2 تا 3 سال
15 - 25٪ 80 - 100 درجه 4 سال 2.5 میلی متر 0.25 - 0.40 میلی متر در سال 4 تا 6 سال
15 - 25٪ 100 - 120 درجه 1 سال 1.6 میلی متر 0.40 - 0.60 میلی متر / سال 1 تا 2 سال
15 - 25٪ 100 - 120 درجه 3 سال 2.5 میلی متر 0.40 - 0.60 میلی متر در سال 3 تا 4 سال
>25% هر درجه حرارت هر گونه توصیه نمی شود > 0.60 میلی متر در سال غیر قابل پیش بینی. از آلیاژ بالاتر استفاده کنید
فولاد ضد زنگ 316 معمولاً برای غلظت اسید فسفریک بیشتر از 25 درصد در دمای بالای 100 درجه، صرف نظر از ضخامت دیواره مناسب نیست. در این سناریو، مهندسان ممکن است به یک آلیاژ{4}}مولی بالا مانند آلیاژ 20 (کارپنتر 20) یا آلیاژ 625 که دارای نرخ خوردگی دو مرتبه کمتر از 316 در اسید فسفریک داغ هستند، فکر کنند.

تغییرات طراحی برای افزایش طول عمر بدون افزایش ضخامت دیوار
هنگامی که ملاحظات مربوط به فضا یا پاسخ حرارتی استفاده از غلاف 1.2 میلی متری 316 را برای عملکرد اسید فسفریک داغ حکم می کند، سه تنظیم طراحی برای افزایش عمر مفید بسیار فراتر از 1.7 سال تخمین زده شده در دسترس است. اول کاهش چگالی وات است. هنگامی که سطح عملکرد از 6 وات بر سانتی متر مربع به 3 وات بر سانتی متر مربع کاهش می یابد، دمای سطح غلاف از 125 درجه به حدود 116 درجه و نرخ خوردگی از 0.35 به حدود 0.22 میلی متر در سال کاهش می یابد. این باعث افزایش طول عمر از 1.7 سال به 2.7 سال می شود. تغییر دوم، غیرفعال کردن سطح غلاف با اسید نیتریک 20 درصد در دمای 50 درجه به مدت 60 دقیقه قبل از نصب است. غیرفعال سازی ذرات آهن فرو رفته را از بین می برد و ضخامت لایه اکسید کروم را افزایش می دهد و نرخ خوردگی اولیه را 20 تا 30 درصد در چند ماه اول خدمات کاهش می دهد. تغییر سوم مدیریت خلوص اسید است. اگر بتوان فلوراید را زیر 50 پی پی ام و کلریدها را زیر 100 پی پی ام نگه داشت، خوردگی را می توان به 0.15-0.20 میلی متر در سال محدود کرد و عمر مفید آن 3 تا 4 سال خواهد بود. در کاربردهای مهمی که خرابی بخاری پیش بینی نشده منجر به از دست دادن قابل توجه تولید می شود، مهندسان باید یک بخاری یدکی استفاده کنند یا مخزن را با بخاری های دوتایی بسازند تا یکی جایگزین شود و دیگری دما را حفظ کند. هزینه یک بخاری یدکی در مقایسه با هزینه توقف پیش بینی نشده تولید مداوم مواد شیمیایی ناچیز است. هنگام انتخاب بخاری برای سرویس اسید فسفریک، تست کوپن خوردگی را با اسید واقعی در جریان فرآیند مشخص کنید. خلوص اسید در دنیای واقعی از کارخانه ای به کارخانه دیگر و حتی از دسته تولیدی به دسته دیگر متفاوت است، بنابراین داده های منتشر شده تخمین هایی را ارائه می دهند. یک آزمایش کوپن سه ماهه از یک نمونه 1.2 میلی متری 316 که در معرض اسید فرآیند در دمای غلاف پیش بینی شده قرار گرفته است، بهترین شاخص عمر مفید است. به طور معمول، هزینه این آزمایش کمتر از هزینه یک بخاری خراب است.