O dan Pa Hylif PH a Chyfuniad Tymheredd Mae'r wain 316 o ddur di-staen mewn gwresogydd tanddwr yn pontio o gyrydiad goddefol i gyrydiad gweithredol mewn datrysiadau asid sylffwrig

pH-Parth Tymheredd o Ddadansoddiad Anghildroadwy o Ffilm Goddefol

Nid yw ymddygiad cyrydiad 316 o diwbiau gwresogi trydan dur di-staen wedi'u lapio mewn atebion asid sylffwrig (H2SO4) yn swyddogaeth syml o grynodiad asid neu pH yn unig. Yn lle hynny, mae ganddo drothwy wedi'i ddiffinio'n dda lle mae'r gorchudd cromiwm ocsid amddiffynnol yn newid o oddefiad sefydlog i ddiddymiad gweithredol gyda cholled metel cyflym ac unffurf. Mae'r trawsnewid hwn yn ddibynnol iawn ar dymheredd yr hydoddiant a'r pH (neu'n fwy cywir y crynodiad o asid sylffwrig rhydd). O dan y trothwy (pH yn gyffredinol > 1.5 ar 25 gradd , yn codi i pH > 2.5 ar 80 gradd ), mae 316 yn arddangos ymddygiad goddefol gyda chyfraddau cyrydiad o lai na 0.1 mm y flwyddyn. Uwchben y trothwy (amodau mwy cyrydol neu dymheredd uwch) mae'r ffilm oddefol yn hydoddi'n lleol ac mae'r gyfradd cyrydiad yn cynyddu i 1- 10 mm y flwyddyn, gan dyllu wal wain 1.5 mm o fewn misoedd neu wythnosau. Mae'r papur hwn yn cyfrifo'r ffiniau pontio goddefol i-weithredol ar gyfer 316 o wain mewn gwasanaeth asid sylffwrig, yn rhoi fframwaith penderfynu ar gyfer pennu gwresogyddion mewn amgylcheddau asidig ac yn diffinio'r ffenestri gweithredu diogel ar gyfer perfformiad hirdymor dibynadwy.

Mecanwaith Electrocemegol Torri Goddefedd mewn Asid Sylffwrig

Mae'r ffilm goddefol ar 316 o ddur di-staen mewn asid sylffwrig yn ffilm ocsid wedi'i gyfoethogi â chromiwm (Cr2O3 yn bennaf gyda rhai ocsidau haearn a molybdenwm). Mae'n ffurfio'n ddigymell ar gylched agored mewn hydoddiannau â phŵer ocsideiddio digonol. Mewn asid sylffwrig gwanedig (pH > tua 2.0) mae ocsigen toddedig yn cyflenwi'r adwaith cathodig (lleihau ocsigen) sy'n cynnal y potensial yn yr amrediad goddefol. Mae'r ffilm fel arfer yn 2-5 nm o drwch ac mae ei sefydlogrwydd yn dibynnu ar y cydbwysedd rhwng hydoddiad ffilm (a ffafrir gan pH isel a thymheredd uchel) ac ail-oddefiad ffilm (a ffefrir gan bresenoldeb ocsigen toddedig neu ocsidyddion eraill). Os yw'r pH yn cael ei ostwng o dan werth penodol neu os codir y tymheredd, mae cyfradd hydoddi'r cromiwm ocsid yn cynyddu'n esbonyddol, gan fod hydoddedd rhywogaethau Cr 3+ mewn hydoddiannau asidig yn cynyddu'n sylweddol. Os yw'r gyfradd hydoddi yn fwy na'r gyfradd ail-oddef, caiff yr haen ei theneuo'n lleol a chaiff metel noeth ei amlygu sy'n hydoddi'n gyflym (cyrydiad gweithredol). Mae'r crynodiad molybdenwm (2.0-2.5%) yn hanfodol ar gyfer sefydlogrwydd goddefol wrth leihau asidau fel sylffwrig ar gyfer 316. Mae molybdenwm yn cronni yn y ffilm goddefol ac yn cefnogi datblygiad haen molybdate mwy sefydlog sy'n rhwystro diddymiad gweithredol. Ond hyd yn oed gyda molybdenwm mae rhwystr tymheredd pH amlwg. 316 sef aloi gwrthsefyll cyrydiad goddefol o dan y trothwy. Uwchben y rhwystr mae'n ymddwyn fel dur carbon cyffredin.

Meintioli -i-Ffiniau Trawsnewid Gweithredol ar gyfer 316 mewn Asid Sylffwrig

Passive to active transition of 316 stainless steel in sulphuric acid has been established over the temperature range 25-100 °C by systematic corrosion testing employing weight loss measurements and electrochemical potentiodynamic polarisation. 316 is passive up to ~10 wt% H2SO4 (pH ~0.5) at 25 °C. At 50 °C the passive limit is reduced to 5 wt% H₂SO₄ (pH about 0.8). At 80 °C the limit is reduced to 1 wt% H2SO4 (pH ~1.2). The limit at 100 °C (boiling dilute acid) is around 0.5 wt % H2SO4 (pH about 1.5). Below these concentrations corrosion rates are less than 0.1 mm/year. Corrosion rates are very high above these concentrations, reaching >2 mm y flwyddyn mewn 5 wt% H2SO4 ar 80 gradd a thyllu wal 1.5 mm i mewn<9 months. In high concentration sulphuric acid (over 90 wt%) 316 does indeed become passive again due to the production of a new layer. But such concentrations are rarely found in immersion heating applications. The most hostile situation for 316 is the intermediate concentration range (0.5-15 wt% depending on temperature) when the passive film is unstable. The detailed corrosion rates for 316 sheaths in sulphuric acid are shown in the table below as a function of concentration, temperature and time to perforation.

Concentration H2SO4 (wt%)Estimated pH Solution Temperature (°C) Corrosion Rate (mm/yr)Time to Perforation (1.5mm wall) Recommended for Continuous Service 0.1 1.5 25 0.02 >75 years Yes 0.1 1.5 80 0.05 >30 years Yes 0.1 1.5 100 0.15 10 years Marginal (monitor) 0.5 1.2 25 0.03 >50 years Yes 0.5 1.2 80 0.20 7-8 years Marginal, upgrade to 316L or Alloy 20 0.5 1.2 100 0.80 1.5-2 years Not recommended 1.0 1.0 25 0.05 >30 mlynedd Ie 1.0 1.0 60 0.30 5 mlynedd Derbyniol gydag arolygiad
1.0 1.0 80 2.0 9 Misoedd Heb ei argymell 2.0 0.8 25 0.15 10 mlynedd Derbyniol i'w ddefnyddio'n achlysurol
2.0 0.8 50 1.0 1.5 mlynedd Heb ei argymell 5.0 0.5 25 0.50 3 mlynedd ymylol (uwchraddio)
5.0 0.5 50 4.0 4-5 mis Ddim yn dderbyniol
10.0 0.2 25 1.5 1 blwyddyn Ddim yn briodol ar gyfer 316 oni bai ei fod yn oer ac yn ysbeidiol
15.0 0.0 25 3.0 6 mis Annerbyniol
Estyniad o'r Ystod Goddefol gan Asiantau Ocsideiddio

Mae'r terfynau gweithredol goddefol uchod yn berthnasol i hydoddiannau awyredig (hy ocsigen wedi'i hydoddi yn yr hydoddiant). O dan amgylchiadau gwanedig neu leihaol (ee asid sylffwrig yn rhydd o ocsigen a hydrogen o gyrydiad yn bresennol) mae'r amrediad goddefol yn culhau'n sylweddol oherwydd cyfyngiad ar yr adwaith cathodig (lleihau ocsigen). 316 gellir ei rydu o fewn oriau yn hytrach na misoedd ar 80 gradd mewn 0.5 wt% H2SO4 gyda dirywiad. Fodd bynnag, mae ychwanegu cemegau ocsideiddiol, megis ïonau asid nitrig, fferrig (Fe{.) neu ïonau cupric (Cu2 +), yn ehangu'r ystod goddefol i grynodiadau uwch a thymheredd uwch. Mewn asid sylffwrig sy'n cynnwys 1000 ppm Fe3+ 316 yn aros yn oddefol hyd at 10 wt% ar 80 gradd -gwelliant deg gwaith . Mewn cymwysiadau gwresogydd lle mae'r datrysiad proses yn ymgorffori rhywogaethau ocsideiddiol fel cydran gynhenid ​​(ee, baddonau piclo sy'n cynnwys sylffad fferrig, neu ffrydiau asid gwastraff o orffeniad metel), gall 316 fod yn addas hyd yn oed ar amodau a fyddai'n arwain at gyrydiad gweithredol mewn asid pur. Y broblem gyda dibynnu ar fodolaeth ocsidyddion yw y gallai aflonyddwch proses leihau eu crynodiad a chymell cyrydiad sydyn. Dylai'r ffiniau gweithredol goddefol yn y tabl blaenorol gael eu bodloni'n ddiamwys o dan yr amodau gwaethaf (potensial ocsideiddio lleiaf) i beirianwyr nodi 316 ar gyfer gwasanaeth asid sylffwrig.

Canfod cyrydiad gweithredol mewn gwresogyddion rhedeg

Mae tri dangosydd maes yn dangos bod cyrydiad gweithredol wedi dechrau ar gyfer 316 o wain yn gweithio mewn hydoddiannau asid sylffwrig yn agos at y ffin weithredol oddefol. Y cyntaf yw newid lliw yr hydoddiant: mae hydoddiad egnïol o 316 yn creu ïonau Fe2+ a Ni 2+ gwyrdd, gan drawsnewid yr asid sydd fel arfer yn ddi-liw neu ychydig yn felyn yn arlliw gwyrdd golau neu las-. Yr ail yw esblygiad nwy hydrogen. Mae cyrydiad gweithredol dur di-staen mewn asid yn cyd-fynd â chynhyrchu swigod hydrogen ar wyneb y wain, y gellir ei arsylwi fel llif o swigod mân yn codi o'r gwresogydd. Mewn cyflwr goddefol, nid oes unrhyw esblygiad hydrogen, oherwydd bod y broses cathodig yn lleihau ocsigen. Y trydydd arwydd yw gostyngiad cyflym mewn tymheredd gwain gwresogydd ar gyfer yr un mewnbwn pŵer. Mae ymwrthedd trydanol y wifren gwresogi mewnol yn aros yr un fath. Mae wal y wain yn mynd yn deneuach ac mae ganddi lai o wrthwynebiad thermol. Os yw'r dwysedd pŵer yn gyson, bydd tymheredd yr arwyneb allanol yn cael ei ostwng. Mae teneuo waliau sylweddol yn cael ei ddangos gan ostyngiad tymheredd arwyneb mesuredig o 5-10 gradd yn ystod 1-2 fis. Os gellir tynnu'r gwresogydd i'w archwilio, gellir dilyn colled wal dros amser gyda mesurydd trwch ultrasonic ar gyfer monitro meintiol. Dechreuwch baratoi ar gyfer ailosod os yw'r gyfradd cyrydiad yn fwy na 0.3 mm y flwyddyn.

Aloiion Amgen Pan fydd 316 yn Mynd Y Tu Hwnt i'r Terfyn Goddefol

For the sheathed heater, if the necessary sulphuric acid concentration and temperature are outside the passive range for 316, various more resistant alloys are available. Alloy 20 (Carpenter 20) comprises 32-38 % Ni, 19-21 % Cr and 2-3 % Mo plus copper and provides excellent resistance to dilute sulphuric acid up to 10-15 wt% at boiling. Similar performance with a little less nickel is Incoloy 825 (Alloy 825). Alloy C-276 (Hastelloy C-276) or Alloy B-3 (Hastelloy B-3) are required for larger concentrations (15-50 wt% at moderate temperatures), but are considerably more expensive. For very dilute acid (less than 1 wt%, pH>1.0) hyd at 80 gradd bywyd digonol (5-10 mlynedd) yn cael ei ddarparu gan 316L gyda carbon isel a sglein wyneb priodol. Mewn unrhyw gais lle mae'r cyfuniad tymheredd a chrynodiad yn agos at y rhanbarth gweithredol, mae'r risg cyrydiad yn cael ei ddileu'n llwyr trwy ddewis gwresogydd gyda gwain y gellir ei ailosod neu lestr wedi'i leinio â gwres allanol, gan ddileu'r gwresogydd rhag dod i gysylltiad uniongyrchol â'r asid.

Casgliad: Terfynau Gweithredu Diogel ar gyfer 316 mewn Gwasanaethau Asid Sylffwrig

Mae cyfraddau cyrydiad goddefol o 316 o wresogyddion trochi wedi'u gorchuddio â dur gwrthstaen yn 0.02-0.2 mm/flwyddyn, ond mae cyfraddau diddymu cyflym gweithredol yn 1-10 ​​mm/flwyddyn mewn hydoddiannau asid sylffwrig. Mae'r trothwy pH-tymheredd ar gyfer trosglwyddo o gyrydiad goddefol i hydoddiad cyflym gweithredol yn dibynnu i raddau helaeth ar grynodiad asid. 316 a all oddef hyd at 10 wt% H2SO4 ar dymheredd amgylchynol. Ar 80 C mae'r terfyn derbyniol yn cael ei ostwng i 0.5-1 wt%. Hyd yn oed ar 0.5 wt% mae'r cyfraddau cyrydiad yn fach ar 100 gradd. Pan fydd peirianwyr yn nodi 316 o wresogyddion gwain ar gyfer gweithrediad asidig, rhaid iddynt bennu crynodiad asid y broses wirioneddol a'r tymheredd gweithredu uchaf, yna cymharu'r gwerthoedd hynny â ffiniau meintiol y tabl uchod. Os yw'r cyfuniad yn dod o fewn yr ystod ymylol neu annerbyniol yna naill ai rhaid i'r gwresogydd gael ei ddarostwng i dymheredd is (drwy leihau dwysedd pŵer), rhaid uwchraddio'r safon i aloi sy'n gwrthsefyll cyrydiad yn fwy, neu rhaid newid y dechneg wresogi i wresogi anuniongyrchol neu allanol. Trwy glymu'r trawsnewidiad goddefol-weithredol i nodweddion cemegol a thermol mesuradwy, mae'r fethodoleg a gynigir yma yn galluogi prynwyr i ragweld bywyd gwasanaeth 316 o wain mewn gosodiadau asid sylffwrig ac osgoi'r cyrydiad ymosodol cyflym sy'n digwydd ar ôl i'r ffilm oddefol fethu.