La ce concentrație specifică de acid clorhidric la 50 de grade Celsius o înveliș din oțel inoxidabil 316 de 1,2 milimetri experimentează pătrunderea cu sâmburi în decurs de 500 de ore de încălzire prin imersie continuă?

Oțelul inoxidabil 316 este, în general, considerat un material marginal pentru încălzitoarele electrice cu imersie specificate de inginerii de procese chimice pentru utilizarea acidului clorhidric în sistemele de decapare a metalelor, corecție a pH-ului și regenerare. Acidul clorhidric este un acid reducător foarte agresiv. Ionii de clorură vizează stratul pasiv de pe oțelurile inoxidabile. Spre deosebire de acidul sulfuric sau azotic, nu există un interval de concentrație în care să aibă o rezistență foarte bună pentru 316. La temperaturi ușoare în soluții foarte diluate, totuși, 316 poate oferi o viață acceptabilă pentru aplicații ne-critice. Timpul necesar pentru a se propaga de la suprafața exterioară la peretele interior depinde de grosimea peretelui tecii. Acest articol raportează măsurarea concentrației specifice de acid clorhidric la 50 de grade care determină pătrunderea pitting a unei mantale de 1,2 mm 316 în 500 de ore de funcționare continuă la densități medii de wați industriali.

„Coroziunea prin pitting a oțelului inoxidabil 316 în HCI diluat.
Coroziunea 316 în acidul clorhidric are loc ca pitting, nu subțiere uniformă. Dacă o groapă se formează la un defect de suprafață, includere sau slăbiciune în filmul pasiv, se va propaga rapid din cauza naturii autocatalitice a atacului clorurii. Potențialul critic de pitting de 316 în soluțiile de clorură scade odată cu creșterea temperaturii și a concentrației de clorură. Concentrația de prag de clorură pentru pornirea gropii este de aproximativ 50-100 ppm (0,005-0,01% HCI) la 50 de grade. Sub acest prag, pipăturile sunt rare și ratele tipice de coroziune sunt mai mici de 0,05 mm/an. Dincolo de acest prag, este probabilă pitting și rata de propagare a gropii crește rapid odată cu conținutul de clorură. Timpul până la penetrare pentru o manta de perete de 1,2 mm este controlat de rata de propagare a gropii după inițiere. Ratele de propagare la 50 de grade variază de la 0,01 mm/h în 0,1% HCI până la 0,10 mm/h în 1% HCI. Rata de propagare este de ~0,03–0,05 mm/oră pentru 0,5% HCl, ceea ce implică un perete de 1,2 mm ar fi pătruns la 24–40 de ore după începerea unei găuri. În funcție de calitatea suprafeței și de sarcinile reziduale, întreaga durată de viață este de 120-540 de ore, inclusiv un timp de inducție de 100-500 de ore pentru pornirea gropii.

Concentrație critică pentru 500 de ore de viață
Următoarele durate de viață sunt estimate din testarea prin imersie a probelor de 316 teaca prelevate la 50 de grade și o lustruire a suprafeței tipică pentru încălzitoarele comerciale. La 0,05% HCl (500 ppm clorură), începutul pitării este de aproximativ 800-1.200 de ore, iar propagarea este lentă la 0,005 mm pe oră. 1.2 mm învelișul ar dura în total 1.000-1.500 de ore. La 0,10% HCI, timpul de iniţiere se reduce la 400-600 h cu propagare la 0,010-0,015 mm/h, pentru un timp total de 500-800 h. La 0,15% HCI care începe în 200-300 ore Propagare 0,020-0,025 mm pe oră Durată totală de viață 300-500 ore. Inițiere 100-200 h la 0,20% HCl Propagare 0,030-0,040 mm/h Viață totală 150-300 h Concentrația esențială de HCl pentru o viață de 500 de ore este de aproximativ 0,12 până la 0,14%. La sau sub această concentrație, există o șansă considerabilă ca o teacă 316 de 1,2 mm să supraviețuiască 500 de ore de funcționare continuă. Peste această concentrație, speranța de viață este sub 500 de ore. Aceste valori sunt pentru o densitate de wați de 5–8 W/cm² care crește temperatura suprafeței tecii la aproximativ 55–60 de grade. La densități mai mari de wați, temperatura mai mare a suprafeței reduce și mai mult concentrația critică.

Concentrația de serviciu a acidului clorhidric și matricea grosimii peretelui
Tabelul de mai jos oferă grosimile recomandate de 316 pereți de manta pentru acid clorhidric la 50 de grade pentru durata de viață prevăzută. Valorile presupun o densitate în wați de 5 până la 8 W/cm2 și un finisaj normal al suprafeței

Concentrație de HCl Concentrație de clorură (ppm) Rata estimată de creștere a gropii la 50 de grade Grosimea minimă a peretelui 316 pentru o durată de viață de 500 de ore Grosimea minimă a peretelui pentru o durată de viață de 1.000 de ore Recomandare
Sub 0,05%< 500 ppmBelow 0.005 mm/hour 0.8 mm 1.0 mm 316 acceptable for intermittent service 
0,05 – 0,10% 500 – 1.000 ppm 0,005 – 0,015 mm/h 1,0 mm 1,6 mm 316 marginal; Așteptați o viață scurtă
0,10 – 0,15% 1.000 – 1.500 ppm 0,015 – 0,025 mm/oră 1,2 mm 2,0 mm 316 nu este recomandat pentru service continuu
0,15 – 0,20 % 1.500 – 2.000 ppm 0,025 – 0,040 mm/oră 1,6 mm 2,5 mm Titan sau tantal
0,20 – 0,50% 2.000 – 5.000 ppm 0,040 – 0,100 mm/h Nu este practic. Nu se poate face Este nevoie de titan
Peste 0,50% Peste 5.000 ppm Mai mult de 0,100 mm/oră NeacceptabilNecompatibil Utilizați încălzire ne-metalică
Dacă concentrația de acid clorhidric este peste 0,15% la 50 de grade, oțelul inoxidabil 316 nu este un material bun de utilizat, indiferent de grosimea peretelui. Viteza vitezei de propagare a gropii și riscul semnificativ de perforare bruscă fără preaviz sunt îngrijorătoare. Titanul (Grad 2 sau Grad 7) are o rezistență bună la acid clorhidric diluat până la concentrație de 1% la 50 grade C, cu viteze de coroziune < 0,01 mm pe an. Pentru concentrații sau temperaturi mai mari aveți nevoie de tantal. Atunci când selectează încălzitoare pentru serviciul cu acid clorhidric în cazul în care se ia în considerare 316, inginerii ar trebui să specifice un test cupon de coroziune utilizând acidul de proces real și o probă din materialul învelișului la temperatura de suprafață așteptată. Datele publicate oferă estimări, dar comportamentul pitting este puternic afectat de puritatea reală a acidului și de controlul temperaturii. Cheltuiala unei defecțiuni a unui singur încălzitor în acid clorhidric – inclusiv contaminarea cu ioni metalici a soluției de proces – este adesea mai mare decât costul trecerii la titan. Sfatul ingineresc prudent la 50 de grade și peste 0,1% este de a evita cu totul 316.