Linija za kiseljenje od nehrđajućeg čelika zamijenila je svoj treći uronjeni grijač od 316L u dvije godine. Svaki grijač je otkazao na isti način-rupičastom korozijom duž zavarenih šavova i na liniji tekućine, nakon čega je uslijedilo-curenje kroz zid koje je kontaminiralo kadu. Otopina za kiseljenje bila je mješavina dušične i fluorovodične kiseline na 55 stupnjeva, kemija za koju nehrđajući čelik 316L nije namijenjen. Tim za održavanje pretpostavio je da je nehrđajući čelik prikladan jer je kupka bila "samo kiselina". Neuspjesi su pokazali suprotno.
Nehrđajući čelik 316L zadani je materijal za mnoge primjene uronjenih grijača. Jeftin je, lako dostupan i otporan na širok raspon blagih kemikalija. Ali kod kiseljenja mješovitom kiselinom-osobito onih koji sadrže fluorovodičnu kiselinu, kloride ili visoke koncentracije reducirajućih kiselina-316L je pogrešan izbor. PTFE, usprkos nižoj toplinskoj vodljivosti i višoj cijeni, pruža radni vijek kakav nehrđajući čelik ne može mjeriti.
Zašto 316L ne uspijeva u kiseljenju miješanom kiselinom
Nehrđajući čelik 316L oslanja se na pasivni film krom oksida za otpornost na koroziju. Film je stabilan u oksidirajućim sredinama iu mnogim blagim kiselinama. Raspada se u prisutnosti specifičnih agresivnih vrsta.
Fluorovodična kiselina je najštetnija. Ioni fluora izravno napadaju pasivni film, sprječavajući ga da se ponovno formira. Nakon što se film probije, metal koji se nalazi ispod brzo korodira. Korozija je lokalizirana-udubina, pukotina i -napad linije zavara-a ne ravnomjerna. Grijač može izgubiti debljinu stijenke na malom području i otkazati dok ostatak plašta još uvijek izgleda netaknut.
Kloridi uzrokuju sličnu štetu, iako je mehanizam drugačiji. Ioni klorida prodiru kroz pasivni film na slabim mjestima i pokreću piting. Jame se produbljuju i mogu probiti zid. Mješovite dušične-hidrofluorovodične kupke za kiseljenje sadrže obje vrste, a kombinacija je agresivnija nego bilo koja sama.
| Kemija | 316L Brzina korozije | Primarni način napada | Očekivani vijek trajanja | PTFE prikladnost |
|---|---|---|---|---|
| 10% dušična kiselina, 50 stupnjeva | <0.1 mm/year | Ujednačeno, blago | >10 godina | Dobro |
| 10% nitratna + 2% HF, 50 stupnjeva | 1,0–5,0 mm/god | Udubljenje, napad zavara | 3–10 mjeseci | Izvrsno |
| 15% dušika + 3% HF, 55 stupnjeva | 3,0–10,0 mm/god | Jaka rupičastost | 1–4 mjeseca | Izvrsno |
| 20% HCl, 60 stupnjeva | 5,0–15,0 mm/god | Udubljenje, pukotina | <2 months | Izvrsno |
| 10% sumporna + 2% HF, 60 stupnjeva | 2,0–8,0 mm/god | Weld{0}}line napad | 2–8 mjeseci | Izvrsno |
Stope korozije za nehrđajući čelik 316L u luženju miješanom kiselinom u usporedbi s prikladnošću PTFE-a
Ranjivost Weld{0}}Line
Uranjajući grijači od nehrđajućeg čelika proizvode se sa zavarenim spojevima-plašta-na-prirubnicu, omotača-na-završetak, a ponekad i uzdužnih zavara. Proces zavarivanja mijenja metalurgiju u zoni-pogođenoj toplinom, stvarajući područja koja su manje otporna na koroziju od osnovnog metala.
U mješovitom luženju kiselinom, linije zavara su prva područja koja kvare. Zona-zahvaćena toplinom može imati smanjen sadržaj kroma zbog taloženja karbida ili može imati zaostala naprezanja koja potiču pucanje. Ioni fluora i klorida prvenstveno napadaju ta oslabljena područja.
PTFE uronjeni grijači nemaju zavarene linije u mokrom području. Plašt je kontinuirana ekstruzija ili kalupljenje polimera, a prirubnički spoj je mehanički zabrtvljen ili kemijski spojen, a ne zavaren. Ovo eliminira ranjivost-linije zavarivanja koja ograničava vijek trajanja nehrđajućeg čelika u agresivnim kemijskim pripravcima za dekapiranje.
Prijenos topline i kompromis-veličine
Nehrđajući čelik 316L ima toplinsku vodljivost od približno 16 W/m·K-otprilike 64 puta veću od PTFE-a. Grijač od nehrđajućeg čelika može raditi na 3–5 W/cm² bez pregrijavanja, dok je PTFE grijač ograničen na 1,0–1,5 W/cm² u većini kupki za kiseljenje.
Praktična posljedica je veličina. Grijač od nehrđajućeg čelika od 6 kW može zahtijevati samo 1.500 cm² površine plašta, koja se uklapa u kompaktni paket. PTFE grijač od 6 kW pri 1,2 W/cm² zahtijeva 5000 cm²-više od trostruke površine. U spremnicima s ograničenim prostorom grijača, opcija od nehrđajućeg čelika može odgovarati tamo gdje PTFE ne odgovara.
| Materijal grijača | Toplinska vodljivost | Sigurna vatna gustoća u miješanoj kiselini | Površina za 6 kW | Relativni otisak |
|---|---|---|---|---|
| 316L nehrđajući čelik | 16 W/m·K | 3–5 W/cm² | 1200–2000 cm² | Kompaktan |
| PTFE | 0.25 W/m·K | 1,0–1,2 W/cm² | 5.000–6.000 cm² | 3–4× veća |
| Titanij | 22 W/m·K | 2–4 W/cm² (ograničeno HF-om) | 1500–3000 cm² | Kompaktan |
| PVDF | 0.20 W/m·K | 0,8–1,2 W/cm² | 5000–7500 cm² | Veći |
Prijenos topline i usporedba veličine za uronjene grijače u mješovitom kiselinom
Kada nehrđajući čelik još uvijek ima smisla
Nehrđajući čelik nije uvijek pogrešan izbor. U blagim otopinama za kiseljenje-razrijeđena dušična kiselina bez fluorida ili klorida-316L ima dobre rezultate i košta manje od PTFE-a. U tim su primjenama veća gustoća vata i kompaktna veličina nehrđajućeg čelika prednosti.
Točka odluke je prisutnost agresivnih vrsta. Ako kupka sadrži fluorovodičnu kiselinu, kloride ili visoke koncentracije reducirajućih kiselina, nehrđajući čelik je opcija kratkog{1}}traja. Ako je kupka blaga oksidirajuća kiselina, nehrđajući čelik može biti prikladan.
Usporedba ukupnih troškova tijekom vremena
Nabavna cijena 316L grijača obično je 40–60% niža od usporedive PTFE grijalice. Ali kod kiseljenja miješanom kiselinom, grijač od nehrđajućeg čelika može trajati samo 3-10 mjeseci, dok PTFE grijač traje 3-5 godina.
Tijekom pet-godišnjeg razdoblja, opcija od nehrđajućeg čelika zahtijeva 6-20 zamjena, dok opcija PTFE zahtijeva 1-2. Rad i prekid rada za svaku zamjenu-pražnjenja spremnika, uklanjanja pokvarenog grijača, postavljanja novog i ponovno-osposobljavanje kade-značajno povećavaju cijenu izbora nehrđajućeg čelika.
Kada standardni grijači ne mogu zadovoljiti potrebnu površinu
Spremnici za kiseljenje miješane kiseline s ograničenim perifernim prostorom često ne mogu primiti standardne PTFE uronjene grijače pri niskim gustoćama u vatima koje zahtijeva kemija. Rad od 6 kW pri 1,0 W/cm² zahtijeva 6000 cm² površine omotača-više nego što pruža jedna ravna jedinica ili jedinica u obliku slova L- unutar tipičnih dimenzija spremnika.
Prilagođena konfiguracija PTFE uronjenog grijača s više{0}}prolaznim ili perimetralnim-dizajnom raspodjeljuje površinu grijanja po spremniku dok održava nisku gustoću u vatima. Proces specifikacije zahtijeva kemijski sastav kupke, radnu temperaturu, dimenzije spremnika i potrebnu snagu u vatima. Za objekte koji pokreću linije za dekapiranje miješanom kiselinom, ovaj-pristup specifičan za primjenu pruža kemijsku otpornost PTFE-a u konfiguraciji koja odgovara raspoloživom prostoru.
