Sự kết hợp cụ thể nào giữa nồng độ axit hữu cơ và nhiệt độ bề mặt vỏ bọc có thể chuyển đổi vỏ bọc bằng thép không gỉ 1,6 mm 316 từ ăn mòn thụ động sang ăn mòn chủ động trong dịch vụ axit axetic cho lò phản ứng dược phẩm?

Đối với các kỹ sư quá trình thiết kế lò sưởi ngâm điện cho lò phản ứng dược phẩm và tàu chế biến thực phẩm, axit axetic là dung môi và môi trường phản ứng phổ biến. Không giống như axit khoáng, axit hữu cơ như axetic thể hiện hành vi ăn mòn phức tạp trên thép không gỉ 316, với các vùng thụ động ở nồng độ thấp và ăn mòn chủ động ở nồng độ trung gian. Sự hiện diện của dấu vết clorua hoặc oxy có thể làm thay đổi đáng kể quá trình chuyển đổi-thụ động chủ động. Độ dày thành 1,6 mm là điển hình cho dịch vụ dược phẩm, cung cấp khả năng chống ăn mòn và đáp ứng các yêu cầu về khả năng làm sạch. Bài viết này xác định sự kết hợp cụ thể giữa nồng độ axit axetic và nhiệt độ bề mặt vỏ bọc mà tại đó vỏ bọc 1,6 mm 316 chuyển từ ăn mòn thụ động sang ăn mòn chủ động trong dịch vụ lò phản ứng dược phẩm.

Hành vi ăn mòn của 316 trong axit axetic

Sự ăn mòn axit axetic của thép không gỉ 316 theo một mô hình độc đáo. Trong các dung dịch loãng có nồng độ dưới 10% ở nhiệt độ dưới 80 độ, 316 vẫn thụ động với tốc độ ăn mòn dưới 0,05 mm mỗi năm. Nồng độ từ 10% đến 50%, màng thụ động trở nên không ổn định và tốc độ ăn mòn có thể đạt 0,5–2,0 mm mỗi năm tùy thuộc vào nhiệt độ và hàm lượng oxy. Nồng độ trên 50%, axit axetic trở nên khử và 316 tái thụ động với tốc độ giảm xuống dưới 0,1 mm mỗi năm. Sự hiện diện của oxy hoặc không khí trong hệ thống sẽ chuyển quá trình chuyển đổi sang nồng độ cao hơn bằng cách duy trì các điều kiện oxy hóa. Đối với các lò phản ứng dược phẩm, nồng độ axit axetic rất khác nhau-từ dung dịch rửa loãng đến môi trường phản ứng đậm đặc. Nhiệt độ bề mặt vỏ bọc, thường cao hơn 10–25 độ so với nhiệt độ axit khối do mật độ watt, xác định xem bộ gia nhiệt hoạt động ở chế độ thụ động hay chủ động.

Ngưỡng chuyển tiếp quan trọng cho vỏ bọc 1,6 mm

Dựa trên thử nghiệm ngâm 316 mẫu trong axit axetic có hàm lượng oxy được kiểm soát (điển hình của các lò phản ứng dược phẩm có khoảng trống không khí), sự kết hợp sau đây giữa nồng độ và nhiệt độ bề mặt vỏ bọc sẽ kích hoạt quá trình chuyển đổi thụ động-sang{2}}chủ động.

Đối với lò phản ứng dược phẩm sử dụng axit axetic 15% ở nhiệt độ khối 60 độ với vỏ bọc 1,6 mm ở mức 8 W/cm2 (tăng 20 độ), nhiệt độ bề mặt vỏ bọc đạt tới 80 độ. Điều này vượt quá giới hạn an toàn 75 độ đối với 15% axit và lò sưởi sẽ hoạt động ở chế độ ăn mòn tích cực với tốc độ dự kiến ​​là 1–2 mm mỗi năm. Vỏ bọc 1,6 mm sẽ thủng sau 1–2 năm. Giảm mật độ watt xuống 4 W/cm² (tăng 10 độ) giữ cho bề mặt vỏ bọc ở mức 70 độ -dưới ngưỡng 75 độ-khôi phục hoạt động thụ động và kéo dài tuổi thọ lên 10+ năm.

Phong bì vận hành an toàn cho vỏ bọc 1,6 mm trong dịch vụ axit axetic

Bảng sau đây cung cấp nhiệt độ axit axetic số lượng lớn an toàn tối đa cho vỏ bọc 1,6 mm 316 ở các mật độ watt khác nhau, giả sử các điều kiện thông khí điển hình của lò phản ứng dược phẩm có khoảng trống không khí.

Đối với lò phản ứng dược phẩm sử dụng axit axetic 20% ở nhiệt độ khối 55 độ, vỏ bọc 1,6 mm ở 6 W/cm2 (bề mặt 70 độ) vượt quá giới hạn an toàn 55 độ. Máy sưởi yêu cầu giảm công suất xuống 4 W/cm2 (bề mặt 65 độ) hoặc thấp hơn. Ở mức 10 W/cm2, thậm chí 10% axit axetic ở nồng độ 60 độ cũng tạo ra nhiệt độ bề mặt là 85 độ, vượt quá giới hạn an toàn 70 độ cho nồng độ đó.

Sửa đổi thiết kế để duy trì hoạt động thụ động

Khi các điều kiện của quá trình axit axetic yêu cầu nồng độ và nhiệt độ gần ranh giới{0}hoạt động thụ động, ba sửa đổi thiết kế có thể duy trì hoạt động thụ động mà không làm thay đổi vật liệu vỏ bọc. Đầu tiên là đảm bảo thông khí đầy đủ. Oxy từ không khí hoặc từ quá trình phun dịch chuyển quá trình chuyển đổi-thụ động sang nhiệt độ cao hơn từ 10–15 độ . Một lò phản ứng được vận hành dưới lớp phủ nitơ (khử khí) sẽ có khả năng chống ăn mòn thấp hơn đáng kể so với lò phản ứng có khoảng trống không khí. Sửa đổi thứ hai là giảm mật độ watt bằng cách tăng chiều dài gia nhiệt hoặc sử dụng nhiều lò sưởi. Mật độ watt giảm 20% có thể hạ nhiệt độ bề mặt vỏ bọc xuống 8–12 độ, chuyển từ trạng thái chủ động sang thụ động. Sửa đổi thứ ba là thêm chất ức chế ăn mòn. Nồng độ nhỏ (50–200 ppm) của các tác nhân oxy hóa như hydro peroxide hoặc axit nitric có thể ổn định màng thụ động trong axit axetic, tăng nhiệt độ chuyển tiếp lên 10–20 độ. Đối với các lò phản ứng dược phẩm cần nồng độ axit axetic trên 30% ở nhiệt độ trên 50 độ, 316 là một lựa chọn cận biên bất kể mật độ watt. Trong những điều kiện này, các kỹ sư nên nâng cấp lên hợp kim cao hơn như Hợp kim 20 hoặc Hợp kim 825, để duy trì trạng thái thụ động trong axit axetic cho đến nhiệt độ sôi ở mọi nồng độ. Chênh lệch chi phí thường là 30–50% so với 316, nhưng tuổi thọ sử dụng kéo dài từ 1–2 năm đến 10–15 năm. Khi chỉ định máy sưởi cho dịch vụ axit axetic, hãy luôn cung cấp cho nhà cung cấp nồng độ chính xác, nhiệt độ khối, điều kiện sục khí và mật độ watt dự kiến. Một nhà sản xuất khuyến nghị sử dụng 316 cho axit axetic 25% ở 65 độ mà không thảo luận về quá trình chuyển đổi-thụ động{38}}thụ động sẽ không cung cấp hướng dẫn kỹ thuật đầy đủ. Quá trình chuyển đổi từ ăn mòn thụ động sang ăn mòn chủ động trong axit axetic rất rõ ràng và phụ thuộc vào nồng độ. Vỏ bọc 1,6 mm 316 hoạt động ngay dưới ngưỡng có thể tồn tại được cả thập kỷ; một hoạt động ngay phía trên có thể bị thủng trong vòng 18 tháng. Việc tính toán chính xác nhiệt độ bề mặt vỏ bọc từ mật độ watt và điều kiện khối là điều cần thiết để có thông số kỹ thuật đáng tin cậy.