La ce combinație specifică de concentrație și temperatură de acid azotic necesită o scădere de 1,6 milimetri din oțel inoxidabil 316 sub 12 wați pe centimetru pătrat pentru a preveni atacul intergranular în serviciul reactorului farmaceutic?

Inginerii de proces care construiesc încălzitoare electrice cu imersie pentru reactoare farmaceutice și vase de sinteză chimică folosesc adesea acidul azotic pentru pasivare, curățare și ca mediu de reacție. Concentrațiile tipice sunt 10-30 % acid azotic la 40-70°C. 316 manta din oțel inoxidabil . O manta de 1,6 mm este folosita in mod obisnuit in serviciile farmaceutice datorita cerintelor de curatare si rezistenta la coroziune. Cu toate acestea, atunci când sunt utilizate flanșe sau atașamente sudate, zona afectată de căldură poate deveni sensibilizată la atacul intergranular la anumite combinații concentrație-temperatura. Lucrarea definește valorile minime de prag, sub care o înveliș 316 de 1,6 mm ar trebui să fie redusă în densitate de wați la mai puțin de 12 W/cm² pentru a preveni atacul intergranular în serviciul reactorului farmaceutic.

Mecanismul atacului intergranular al acidului azotic
Pentru 316 în acid azotic, atacul intergranular este cauzat de precipitarea carburilor de crom la granițele de sudură și epuizarea zonelor vecine de crom din zona afectată de căldură-. Acidul azotic atacă în primul rând zonele sărăcite în crom, rezultând coroziune la granițele granulelor, care poate duce la dislocarea flanșei sau scurgerea învelișului. Dependența de concentrație și temperatură a sensibilității la atacul intergranular. Atacul în acid azotic 10% este apreciabil doar la 80°C. În acid azotic 20% pragul este de 65°C. Atacul în acid azotic 30% la temperaturi care depășesc 55^0C. În acid azotic 40%, atacul are loc peste 45 de grade. Punctul cel mai susceptibil al unei mantale de 1,6 mm cu flanșă sudată este zona afectată de căldură-. Datorită densității de wați, temperatura suprafeței tecii este de obicei cu 10-20 de grade mai mare decât temperatura acidului în vrac. Suprafața învelișului atinge 73 de grade la o temperatură în vrac de 55 de grade în acid azotic 30% cu un încălzitor la 12 W/cm2 (creștere de 18 grade) cu mult peste pragul pentru atacul intergranular de 55 de grade.

Praguri critice de derating pentru manta de 1,6 mm
Când se testează imersiunea în acid azotic la temperaturi relevante pentru serviciul farmaceutic, se aplică următoarele limitări de densitate în wați pentru o manta de perete de 1,6 mm pentru a preveni atacul intergranular în zona afectată de căldură a probelor sudate 316:

Concentrația acidului azotic Temperatura acidului în vrac Temperatura maximă a suprafeței mantalei pentru niciun atac intergranular Densitatea maximă de wați permisă pentru manta de 1,6 mm (creștere de 15 grade la 10 W/cm2) Timp estimat pentru atac la o densitate mai mare de wați 10% 50 de grade la orice grad de siguranță 80 W/cm2 10% 60 grade 80 grade 13 W/cm2 Sigur la 12 W/cm2 10% 70 grade 80 grade 7 W/cm2 Derating necesar sub 12 W/cm² 10% 75°C 80°C 3 W/cm² 316 marginal; 316L de preferat 20% 40°C 65°C 17 W/cm² Sigur la 12 W/cm² 20% 50°C 65°C 10 W/cm² Reducere recomandată < 12 W/cm² 20% 55°C 65°C 7 W/cm² Reducerea necesar
20% 60°C 65°C 3 W/cm² Utilizare 316L sau recoacere 30% 35°C 55°C 13 W/cm² Sigur la 12 W/cm² 30% 40°C 55°C 10 W/cm² Reducere recomandată 30% 45°C² Reducere necesar 75 W/cm²
30% 50 grade 55 grade 3 W/cm² Utilizați 316L sau upgrade aliaj
40% 30°C 45°C 10 W/cm² Reducere recomandată 40% 35°C 45°C 7 W/cm² Reducere necesară
40% 40°C 45°C 3 W/cm² 316 nerecomandat
Într-un reactor farmaceutic, temperatura suprafeței învelișului unei învelișuri de 1,6 mm la 12 W/cm2 depășește pragul de la 65 de grade până la aproape 70 de grade, pentru acid azotic 20% la o temperatură în vrac de 55 de grade. Atacul inter-granular poate avea loc în decurs de 6-12 luni. Scăderea la 8 W/cm² (creștere cu 13 °C, suprafață 68 °C) depășește în continuare criteriile. 4 W/cm² (creștere cu 6 °C, suprafață 61 °C) scăderea menține mantaua sub 65 °C, evitând atacul.

Înveliș de funcționare sigur pentru funcționare de 12 W/cm²
Tabelul de mai jos arată temperatura maximă sigură în vrac a acidului azotic pentru o manta 316 de 1,6 mm la 12 W/cm² (creștere de 18°C) pentru a preveni atacul intergranular în zona afectată de căldură-sudură.

Concentrație de acid azotic Temperatură maximă sigură în vrac la 12 W/cm² (creștere de 18 °C) Temperatura suprafeței mantalei la volum maxim sigur în vrac Acțiune necesară Peste maxim 10% 62 °C 80 °C Reducere sub 12 W/cm² 15% 52 °C 70 °C Scădere necesară 65 °C 70 °C 25% 42°C 60°C Utilizați 316L sau reduceți 30% 37°C 55°C 316L necesar 35% 32°C 50°C Aliaj de upgrade recomandat 40% 27°C 45°C 316 nepotrivit
Pentru un reactor farmaceutic cu 20% acid azotic la o temperatură de 50°C în vrac cu 12 W/cm², limita sigură a volumului este de 47°C. Încălzitorul este sigur până la 50 de grade C. Există un pericol mare de atac intergranular. Se recomandă scăderea densității de wați la 8 W/cm² (creștere 13°, suprafață 63°) sau specificați material de calitate 316L.

Modificări de proiectare pentru a evita atacul intergranular
Pentru circumstanțele proceselor farmaceutice care necesită concentrații de acid azotic și temperaturi apropiate de pragurile de atac, trei ajustări de proiectare pot preveni atacul intergranular fără reducerea sub 12 W/cm². Primul este de a selecta 316L (scăzut de carbon, max .03%) în loc de 316 convențional. Conținutul mai scăzut de carbon scade precipitarea carburii de crom în timpul sudării și crește pragul de atac cu 10–15°C. 316L la 12 W/cm² în acid azotic 20% este sigur până la 57–60°C. A doua îmbunătățire este recoacerea post-sudură a zonei de atașare a flanșei. Recoacerea prin inducție localizată la 1050°C îndepărtează carburile de crom și restabilește rezistența la coroziune. Modificarea finală este utilizarea unei suprapuneri de sudură sau a unei flanșe placate în care mantaua 316 este sudată la un aliaj adecvat, dar mai puțin sensibil-. Pentru reactoarele farmaceutice care necesită 30 % acid azotic la 50°C cu funcționare continuă, inginerii ar trebui să treacă la un oțel inoxidabil cu conținut ridicat de siliciu, cum ar fi Durimet 20 sau Alloy 825. Aceste materiale sunt în esență impermeabile la atacul intergranular în acid azotic, indiferent de istoricul lor de sudare sau încălzire. Specificați întotdeauna atașamentele sudate atunci când specificați încălzitoare pentru funcționarea farmaceutică cu acid azotic. Specificați 316L (nu 316 standard) pentru toate aplicațiile peste 15% concentrație sau 50°C. Asaltul intergranular la granițele granulelor propagă desprinderea flanșei unei învelișuri sudate de 1,6 mm în acid azotic și are loc adesea cu puțină avertizare vizuală. Selecția adecvată a materialului și gestionarea densității de wați sunt importante pentru funcționarea fiabilă a reactoarelor farmaceutice.