Pri akej špecifickej kombinácii koncentrácie kyseliny sírovej a teploty vyžaduje 2,0 milimetrový plášť z nehrdzavejúcej ocele 316 zníženie výkonu pod 8 wattov na štvorcový centimeter, aby sa zabránilo prenikaniu všeobecnej korózie do šiestich mesiacov 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. Avšak pri priemerných wattových hustotách 8 až 12 W/cm2 je povrchová teplota plášťa zvýšená o 20 až 40 stupňov nad teplotu kúpeľa, čím sa plášť môže dostať do režimu aktívnej korózie, kde rýchlosti korózie presahujú 5 mm za rok. Tento výrobok poskytuje konkrétne kombinácie koncentrácie a teploty, ktoré vyžadujú, aby 2,0 mm plášť 316 bol znížený pod 8 W/cm2, aby sa zabránilo všeobecnému prenikaniu korózie do šiestich mesiacov.

Pasívny-aktívny prechod nehrdzavejúcej ocele 316 na kyselinu sírovú
Ako bolo uvedené v predchádzajúcich článkoch, aktívny-pasívny prechod nehrdzavejúcej ocele 316 v kyseline sírovej je dosť citlivý na teplotu aj koncentráciu. V pasívnom režime je rýchlosť korózie nižšia ako 0,2 mm za rok. V aktívnom režime sú sadzby 5-20 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. Dosahuje 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 nie je za týchto okolností vhodný bez ohľadu na hrúbku steny alebo hustotu wattov. Mnohé moriace kúpele sú však prevádzkované v prechodovej zóne, kde sú objemové podmienky pasívne, ale povrchová teplota plášťa je hnaná do aktívneho režimu vysokým tepelným tokom. Pre hrúbku plášťa 2,0 mm pri 8 W/cm2 je nárast teploty od objemu k povrchu plášťa asi 20-25 stupňov. Objemový kúpeľ je pri 40 stupňoch s 15% kyselinou (pasívny), preto povrchová teplota plášťa je 60-65 stupňov, čo je nad 45 stupňov, takže na povrchu plášťa dochádza k prechodovo aktívnej korózii, aj keď je objemový kúpeľ pasívny.

Kritické prahy zníženia výkonu plášťa 2,0 mm
Korózne testovanie 316 vzoriek pri teplotách a koncentráciách významných pre moriace kúpele prinieslo nasledujúce požiadavky na zníženie pre 2,0 mm plášť steny, aby sa zabránilo všeobecnej penetrácii korózie do šiestich mesiacov. Hodnoty predstavujú maximálnu wattovú hustotu, ktorá udržuje povrchovú teplotu plášťa aspoň 5 stupňov pod pasívnou -aktívnou teplotou prechodu pre konkrétnu objemovú koncentráciu.

Hromadná koncentrácia kyseliny sírovej Teplota hromadného kúpeľa Pasívne-Aktívna teplota prechodu pri tejto koncentrácii Maximálna povrchová teplota plášťa (prechod – 5 stupňov bezpečnostná rezerva)Maximálna povolená hustota wattu pre plášť s hrúbkou 2,0 mm Očakávaný čas do prieniku 2,0 mm s vyššou hustotou výkonu
10 % 35 stupňov 55 stupňov 50 stupňov 12 W/cm2 8-12 mesiacov pri 12 W/cm2 10% 40 stupňov 55 stupňov 50 stupňov 8 W/cm2 6-9 mesiacov pri 8 W/cm2
10 % 45 stupňov 55 stupňov 50 stupňov 4 W/cm2 4-6 mesiace pri 8 W/cm2 10% 50 stupňov 55 stupňov 50 stupňov 0 W/cm2 (nerealizovateľné) 2-4 mesiace pri akejkoľvek hustote wattov
30 stupňov 45 stupňov 40 stupňov 15 % 10 W/cm² 6-10 mesiacov pri 10 W/cm²
15 % 35 stupňov 45 stupňov 40 stupňov 6 W/cm² 4–6 mesiacov pri 8 W/cm²
15 % 40 stupňov 45 stupňov 40 stupňov 2 W/cm2 3-5 mesiacov 6 W/cm2
15% >42 stupňov 45 stupňov 40 stupňov Nie je možné 2-3 mesiace 20 % 25 stupňov 38 stupňov 33 stupňov 8 W/cm2 5-8 mesiacov pri 8 W/cm2
20 % 30ºC 38ºC 33ºC 4 W/cm2 3-5 mesiacov až 6 W/cm2
20% 35 stupňov 38 stupňov 33 stupňov 0 W/cm² (nie je možné) 2-3 mesiace 25%< 25°C < 32°C < 27°C < 4 W/cm2 2-4 months at 5 W/cm2
Pre typický moriaci kúpeľ pri objemovej teplote 40 stupňov pri 15 % kyseline sírovej, 2,0 mm 316 plášť musí pracovať pri alebo pod 2 W/cm2, aby sa udržal povrch plášťa pod 40 stupňami a pasívny. Pri 8 W/cm2 je povrch plášťa asi 60-65 °C, ďaleko v aktívnom režime a všeobecná korózia by prehltla 2,0 mm stenu za nejakých 3-5 mesiacov. Zníženie výkonu na 6 W/cm² predlžuje životnosť na 4–6 mesiacov, no pod 6 mesiacov. Zníženie na 4 W/cm2 poskytuje pasívnu prevádzku a 5+-ročnú životnosť, ale takáto nízka hustota vo wattoch je len zriedka praktická pre priemyselné moriace kúpele.

Bezpečná prevádzková obálka – šesťmesačná životnosť
Nižšie uvedená tabuľka uvádza maximálnu bezpečnú objemovú koncentráciu kyseliny sírovej a kombinácie teplôt pre 2,0 mm 316 plášť, aby sa zabezpečila šesťmesačná životnosť pri rôznych wattových hustotách bez aktívneho prenikania korózie.

Hustota wattov Maximálna objemová teplota pre 10 % H2SO4 Maximálna objemová teplota pre 15 % H2SO4 Maximálna objemová teplota pre 20 % H2SO4 Maximálna objemová teplota pre 25 % H2SO4 4 W/cm2 48 stupeň 38 stupeň 30 stupeň 25 stupeň 28 stupeň 32} stupeň 8 W/cm2 43 stupeň 32 stupňov 25 stupňov Nebezpečné 10 W/cm2 40 stupeň 28 stupňov Nebezpečné Nebezpečné
12 W/cm2 36 stupňov Nebezpečné Nebezpečné Nebezpečné
Plášť 316 s hrúbkou 2,0 mm pri 8 W/cm2 by mal povrchovú teplotu asi 58 stupňov nad 45 stupňovým prechodom pre moriaci kúpeľ pracujúci pri 15 % kyseline sírovej a 35 stupňovej objemovej teplote. Pravdepodobne to nebude trvať šesť mesiacov. Hustota vo wattoch 4 W/cm^2 udržuje povrch asi 48 stupňov nad prechodovou teplotou 45 stupňov, ale znížená rýchlosť toku tepla dostatočne spomaľuje rýchlosť korózie, aby sa dosiahla šesť mesiacov pred penetráciou. Pri objeme 45 stupňov a 10 % kyseline sírovej poskytujú 4 W/cm² povrchovú teplotu približne 58 stupňov , čo je nad prechodovou teplotou 55 stupňov a šesť{20}}mesačná životnosť je okrajová.

Konštrukčné zmeny na dosiahnutie šesťmesačnej životnosti bez zníženia výkonu
Ak podmienky moriaceho kúpeľa vyžadujú vyššie hustoty wattov, než sú povolené pre bezpečnú prevádzku, tri úpravy dizajnu zabezpečia šesť{0}}mesačnú životnosť plášťa 2,0 mm 316 bez zníženia výkonu pod 8 W/cm2. Prvým je zlepšenie cirkulácie kyseliny cez povrch ohrievača. Turbulentné prúdenie s rýchlosťou 1-2 m/s. znižuje rast povrchovej teploty plášťa z 25 stupňov na 10-15 stupňov pri rovnakej wattovej hustote. Ohrievač s povrchovou teplotou 65 stupňov za stagnujúcich podmienok môže fungovať pri 50 stupňoch v dobre cirkulujúcej kyseline a môže skutočne klesnúť pod prah prechodu. Druhou zmenou je zavedenie inhibítora korózie do moriaceho kúpeľa. Komerčné inhibítory môžu znížiť aktívnu rýchlosť korózie o 70–90 % a môžu rozšíriť pasívny režim na vyššie teploty. Konečná úprava spočíva v použití konštrukcie ohrievača s dvojitou wattovou hustotou so zníženou hustotou výkonu v spodnej časti kúpeľa, kde sú teploty vyššie v dôsledku stratifikácie. Najlepšou technickou odpoveďou je upgrade z 316 na odolnejšiu zliatinu, ako je Alloy 20 alebo Alloy 825 pre väčšinu aplikácií moriaceho kúpeľa. Bežne je rozdiel v nákladoch medzi 2,0 mm 316 plášťom a Alloy 20 plášťom rovnakej veľkosti 30 – 50 %, ale životnosť v 15 – 20 % kyseline sírovej pri 50 – 60 stupňoch sa zvyšuje z 3 – 6 mesiacov na 3 – 5 rokov. Pri výbere ohrievačov do moriacich kúpeľov by mal technik poradiť dodávateľovi presné zloženie kúpeľa, teplotný rozsah 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. Pri aktívnej korózii sa 2,0 mm plášť so stratou 5 mm za rok perforuje za menej ako päť mesiacov. Všeobecne sa vyžaduje zníženie výkonu pod 8 W/cm² na šesťmesačnú životnosť, avšak v mnohých priemyselných moriacich kúpeľoch je zníženie výkonu pod 4 W/cm² alebo nižšie nepraktické a vylepšenie zliatiny je jedinou spoľahlivou voľbou.