Pri akej špecifickej koncentrácii kyseliny chlorovodíkovej pri 50 stupňoch Celzia zažije 1,2-milimetrový plášť z nehrdzavejúcej ocele 316 jamkovú penetráciu do 500 hodín nepretržitého ponorného ohrevu?

Nerezová oceľ 316 sa všeobecne považuje za okrajový materiál pre elektrické ponorné ohrievače špecifikované inžiniermi chemických procesov na použitie kyseliny chlorovodíkovej v systémoch morenia kovov, korekcie pH a regenerácie. Kyselina chlorovodíková je veľmi agresívna redukčná kyselina. Chloridové ióny sa zameriavajú na pasívnu vrstvu nehrdzavejúcej ocele. Na rozdiel od kyseliny sírovej alebo dusičnej neexistuje rozsah koncentrácie, kde by mala skutočne dobrú odolnosť pre 316. Pri miernych teplotách vo veľmi zriedených roztokoch však môže 316 poskytnúť prijateľnú životnosť pre ne-kritické aplikácie. Čas potrebný na šírenie jamkovej jamky z vonkajšieho povrchu na vnútornú stenu závisí od hrúbky steny plášťa. Tento článok uvádza meranie špecifickej koncentrácie kyseliny chlorovodíkovej pri 50 stupňoch, ktorá spôsobuje jamkovú penetráciu 1,2 mm 316 puzdra za 500 hodín nepretržitej prevádzky pri priemerných priemyselných wattových hustotách.

Dôková korózia nehrdzavejúcej ocele 316 v zriedenej HCl.
Korózia 316 v kyseline chlorovodíkovej sa vyskytuje ako jamková korózia, nie rovnomerné riedenie. Ak sa na povrchu pasívneho filmu vytvorí jamka, inklúzia alebo slabina, bude sa rýchlo šíriť v dôsledku autokatalytickej povahy napadnutia chloridmi. Kritický potenciál jamkovej jamky 316 v chloridových roztokoch klesá so zvyšujúcou sa teplotou a koncentráciou chloridov. Prahová koncentrácia chloridu pre štart jamiek je približne 50-100 ppm (0,005-0,01 % HCl) pri 50 stupňoch. Pod týmto prahom je jamková korózia zriedkavá a typické rýchlosti korózie sú menšie ako 0,05 mm/rok. Za touto hranicou je pravdepodobná tvorba jamiek a rýchlosť šírenia jamiek sa rýchlo zvyšuje s obsahom chloridov. Čas do penetrácie pre 1,2 mm plášť steny je riadený rýchlosťou šírenia jamiek po iniciácii. Rýchlosti šírenia pri 50 stupňoch sa pohybujú od 0,01 mm/h v 0,1 % HCl do 0,10 mm/h v 1 % HCl. Rýchlosť šírenia je ~0,03–0,05 mm/h pre 0,5% HCl, čo znamená, že stena s hrúbkou 1,2 mm by bola preniknutá 24–40 hodín po začiatku otvoru. V závislosti od kvality povrchu a zvyškového zaťaženia je celková životnosť 120 – 540 hodín, vrátane indukčného času 100 – 500 hodín pre štart do jamy.

Kritická koncentrácia pre 500-hodinovú životnosť
Nasledujúca životnosť je predpovedaná na základe ponorného testovania vzoriek 316 puzdier pri 50 stupňoch a povrchového lesku typického pre komerčné ohrievače. Pri 0,05 % HCl (500 ppm chloridu) je začiatok vzniku jamiek asi 800 – 1 200 hodín a šírenie je pomalé pri rýchlosti 0,005 mm za hodinu. 1.2 mm plášť by celkovo trval 1 000 – 1 500 hodín. Pri 0,10 % HCl sa iniciačný čas skráti na 400-600 h s šírením pri 0,010-0,015 mm/h, na celkovú dobu 500-800 h. Pri 0,15 % HCl so začiatkom v priebehu 200-300 hodín Šírenie 0,020-0,025 mm za hodinu Celková životnosť 300-500 hodín. Iniciácia 100-200 h pri 0,20 % HCl Šírenie 0,030-0,040 mm/h Celková životnosť 150-300 h Základná koncentrácia HCl pre 500-hodinový život je približne 0,12 až 0,14 %. Pri alebo pod touto koncentráciou je značná šanca, že 1,2 mm 316 plášť prežije 500 nepretržitých prevádzkových hodín. Nad touto koncentráciou je životnosť nižšia ako 500 hodín. Tieto hodnoty platia pre wattovú hustotu 5–8 W/cm², ktorá zvyšuje povrchovú teplotu plášťa na približne 55–60 stupňov. Pri vyšších hustotách wattov vyššia povrchová teplota ešte viac znižuje kritickú koncentráciu.

Servisná koncentrácia kyseliny chlorovodíkovej a matrica hrúbky steny
Tabuľka nižšie uvádza odporúčanú hrúbku steny plášťa 316 pre kyselinu chlorovodíkovú pri 50 stupňoch pre predpokladanú životnosť. Hodnoty predpokladajú wattovú hustotu 5 až 8 W/cm2 a normálnu falcovanú povrchovú úpravu

Koncentrácia HCl Koncentrácia chloridu (ppm) Predpokladaná rýchlosť rastu jamiek pri 50 stupňoch Minimálna hrúbka steny 316 pre 500-hodinovú životnosť Minimálna hrúbka steny pre 1000-hodinovú životnosť Odporúčanie
Menej ako 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 okrajová; Očakávajte krátky život
0,10 – 0,15 % 1 000 – 1 500 ppm 0,015 – 0,025 mm/hod 1,2 mm 2,0 mm 316 neodporúča sa na nepretržitú prevádzku
0,15 – 0,20 % 1 500 – 2 000 ppm 0,025 – 0,040 mm/hod 1,6 mm 2,5 mm Titán alebo tantal
0,20 – 0,50 % 2 000 – 5 000 str./min. 0,040 – 0,100 mm/h Nepraktické Neviem to urobiť Potrebný titán
Viac ako 0,50 % Viac ako 5 000 ppmViac ako 0,100 mm/hod NeprijateľnéNekompatibilné Používať ne-kovový ohrev
Ak je koncentrácia kyseliny chlorovodíkovej vyššia ako 0,15% pri 50 stupňoch, nehrdzavejúca oceľ 316 nie je vhodný materiál na použitie bez ohľadu na hrúbku steny. Rýchlosť šírenia jamiek a značné riziko náhlej perforácie bez upozornenia vyvoláva obavy. Titán (stupeň 2 alebo stupeň 7) má dobrú odolnosť voči zriedenej kyseline chlorovodíkovej až do koncentrácie 1 % pri 50 stupňoch C, s rýchlosťou korózie < 0,01 mm za rok. Pre vyššie koncentrácie alebo teploty potrebujete tantal. Pri výbere ohrievačov pre použitie s kyselinou chlorovodíkovou, kde sa uvažuje o 316, by mali inžinieri špecifikovať test korózneho kupónu s použitím aktuálnej procesnej kyseliny a vzorky materiálu plášťa pri očakávanej povrchovej teplote. Publikované údaje poskytujú odhady, ale pitting správanie je silne ovplyvnené aktuálnou čistotou kyseliny a kontrolou teploty. Náklady na zlyhanie jediného ohrievača v kyseline chlorovodíkovej – vrátane kontaminácie procesného roztoku kovovými iónmi – sú často vyššie ako náklady na prechod na titán. Obozretná inžinierska rada pri 50 stupňoch a nad 0,1 % je úplne sa vyhnúť 316.