Pri akej špecifickej kombinácii koncentrácie kyseliny sírovej a teploty vyžaduje 2,0-milimetrový plášť z nehrdzavejúcej ocele 316 zníženie výkonu pod 5 wattov na štvorcový centimeter, aby sa zabránilo aktívnej korózii v kúpeľoch na morenie kovov?

Procesní inžinieri vyrábajúci elektrické ponorné ohrievače pre kúpele na morenie kovov v oceliarňach a kovospracujúcom priemysle čelia jedným z najtvrdších podmienok pre plášte z nehrdzavejúcej ocele 316, keď čelia kyseline sírovej pri extrémnych teplotách. Moriace kúpele sa bežne prevádzkujú pri teplotách 60 až 90 stupňov a koncentráciách kyseliny sírovej 10 až 25 %, často s rozpustenými soľami železa, čo ešte viac komplikuje korózne správanie. Hrúbka steny 2,0 mm sa často volí tak, aby umožnila koróziu a poskytla mechanickú odolnosť voči turbulencii kúpeľa a kontaktu s obrobkom. Prevádzka pri normálnych hustotách vo wattoch 8-12 W/cm2 však spôsobuje, že povrchová teplota plášťa je o 20 – 40 °C vyššia ako teplota hlavného kúpeľa, čo môže viesť k tomu, že plášť vstúpi do aktívneho korózneho režimu s rýchlosťou korózie vyššou ako 5 mm za rok. V tomto dokumente identifikujeme použiteľné kombinácie teploty a koncentrácie, pre ktoré musí byť plášť 2,0 mm 316 znížený pod 5 W/cm2, aby zostal v pasívnom režime korózie.

316 Nerezová oceľ v kyseline sírovej: Prechod z pasívnej na aktívnu
V článku 30 sa uvádza, že pasívny-aktívny prechod nehrdzavejúcej ocele 316 v kyseline sírovej do značnej miery závisí od teploty a koncentrácie . Rýchlosti korózie sú < 0,2 mm za rok v pasívnom režime. V aktívnom režime sú sadzby 5{26}}20 mm za rok. Hranica prechodu podmienok moriaceho kúpeľa sleduje určitú krivku. Teplota prechodu 10 percent. kyselina sírová má asi 55 stupňov C. Pri 15 % je 45 stupňový prechod. Pri 20 % klesne na 38 stupňov. Dosiahne až 32 stupňov . - 25 %. V prípade ohrievača v objemovom kúpeli pri 70 stupňoch s 15 % kyselinou sírovou je samotný stav hmoty už nad prechodovou teplotou 45 stupňov – kúpeľ je aktívne korozívny až do 316 bez tepelného toku. 316 za týchto okolností nie je vhodný bez ohľadu na hrúbku steny alebo hustotu wattov. Mnohé moriace kúpele sú však v prechodovej zóne, kde sú objemové podmienky pasívne, ale zvýšená povrchová teplota plášťa v dôsledku tepelného toku posúva plášť do aktívneho režimu. Nárast teploty od objemu k povrchu plášťa je približne 25–30 stupňov pre plášť s hrúbkou 2,0 mm pri 10 W/cm². Hromadný kúpeľ pri 40 stupňoch s 15 % kyselinou (pasívny) má za následok povrchovú teplotu plášťa 65 – 70 stupňov, ktorá presahuje 45 stupňový prechod, takže na povrchu plášťa dochádza k aktívnej korózii napriek skutočnosti, že objemový kúpeľ je pasívny.

Kritické prahy zníženia výkonu 2,0 milimetrové puzdro
Zníženie potrieb z korózneho testovania 316 vzoriek pri teplotách a koncentráciách súvisiacich s moriacimi kúpeľmi je nasledovné. Plášť so stenou 2,0 mm. Hodnoty predstavujú maximálnu hustotu vo wattoch, ktorá udržiava povrchovú teplotu plášťa aspoň 5 stupňov pod pasívnou -aktívnou teplotou prechodu pre danú objemovú koncentráciu.

Hromadná koncentrácia kyseliny sírovej Teplota kúpeľa pasívna-Aktívna prechodná teplota pri tejto koncentrácii Maximálna povrchová teplota plášťa (prechod – bezpečnostná rezerva 5 stupňov)Max. Prípustná hustota vo wattoch pre 2,0 mm. Odporúčaný plášť 10 % 30 stupňov 55 stupňov 50 stupňov 12 W/cm² Bezpečné pri štandardnej hustote wattov
10 % 40 stupňov 55 stupňov 50 stupňov 6 W/cm² Zníženie 10 % 45 stupňov 55 stupňov 50 stupňov 3 W/cm2 Okraj; Zvážte vylepšenie zliatiny 10 % Nad 48 stupňov 55 stupňov 50 stupňov Nie je možné Titán alebo zliatina 20
15% 25oC 45oC 40oC 10 W/cm2 Bezpečné pri strednej hustote wattov
15 % 30 stupňov 45 stupňov 40 stupňov 6 W/cm² Potrebné zníženie
15 % 35 stupňov 45 stupňov 40 stupňov 2 W/cm2 Nepraktická zliatina na zmenu
15 % Nad 38 stupňov 45 stupňov 40 stupňov Nie je možné 316 nie je praktické
20 % 20 stupňov 38 stupňov 33 stupňov 8 W/cm² Bezpečné pri nízkej hustote wattov
20% 25C 38C 33C 4 W/cm2 Hlavné zníženie 20% Nad 28C 38C 33C Nie je možné 316 nevhodné
25% <25°C 32°C 27°C <3 W/cm² 316 not recommended
25 % > 25 stupňov 32 stupňov 27 stupňov Nie je možné Použite zliatinu 20 alebo titán
Pre typický moriaci kúpeľ s 15 % kyselinou sírovou a 35 stupňovou teplotou v objeme musí byť 2,0 mm 316 plášť 2 W/cm2 alebo nižší, aby sa zabránilo aktívnej korózii. Pri tejto hustote wattov by bol ohrievač neprakticky zdĺhavým ohrievačom s priemernými požiadavkami na výkon 10-20 kW. Takže 316 nie je to pravé pre túto službu. Inžinieri by mali zvážiť použitie Alloy 20 (Carpenter 20) alebo Alloy 825, pričom obe majú pasívne-aktívne teploty prechodu o 30–50 stupňov vyššie ako 316 v kyseline sírovej.

Zmeny dizajnu na zabránenie aktívnej korózii bez zníženia výkonu
Ak sú podmienky moriaceho kúpeľa blízko prechodovej hranice a 2,0 mm 316 plášť je už na svojom mieste alebo je potrebný, tri konštrukčné úpravy môžu zabrániť aktívnej korózii bez poklesu wattovej hustoty pod praktické limity. Prvým je zlepšenie cirkulácie kyseliny cez vykurovací povrch. Turbulentné prúdenie s rýchlosťou 1–2 m/s znižuje nárast teploty povrchu plášťa z 25–30 na 10–15 stupňov, čo môže zabrániť dosiahnutiu bodu prechodu plášťa. Druhou zmenou je pridanie oxidačného činidla do kúpeľa. Malé prídavky železitých iónov alebo peroxidu vodíka môžu posunúť pasívny{12}}aktívny prechod k vyšším teplotám o 10-20 stupňov C a vrátiť sa k pasívnemu správaniu. Treťou zmenou je dvoj{16}}dizajn ohrievača s wattovou hustotou, ktorý má nižšiu hustotu výkonu v spodnej časti vane s najvyššími teplotami v dôsledku vrstvenia . Pre väčšinu aplikácií moriaceho kúpeľa je technickým riešením prechod z 316 na odolnejšiu zliatinu. Typický rozdiel v nákladoch medzi 2,0 mm 316 plášťom a Alloy 20 plášťom rovnakej veľkosti je 30-50%, ale životnosť sa zlepšuje z mesiacov na 5-10 rokov. Pri špecifikácii ohrievačov pre moriace kúpele by mali inžinieri dodať dodávateľovi kompletné zloženie kúpeľa, rozsah teplôt a predpokladaný stupeň turbulencie. Ak výrobca odporúča 316 pre 15% kyselinu sírovú pri 50 stupňoch a nehovorí o znížení výkonu alebo možnosti aktívnej korózie, nedáva kompetentné rady. Zmena pasívnej korózie na aktívnu v kyseline sírovej je rýchla a nemilosrdná. 2,0 mm plášť, ktorý stráca 5 mm/rok pri aktívnej korózii, sa perforuje za menej ako 5 mesiacov. Znižovanie<5 W/cm 2 is seldom feasible for commercial pickling baths, therefore alloy upgrade remains the only reliable remedy for most applications.