Dây chuyền tẩy rỉ bằng thép không gỉ đã thay thế lò sưởi ngâm 316L thứ ba trong hai năm. Mỗi lò sưởi đều gặp sự cố giống nhau,-ăn mòn rỗ dọc theo đường hàn và đường dẫn chất lỏng, sau đó là rò rỉ qua-tường làm ô nhiễm bồn tắm. Dung dịch tẩy rửa là hỗn hợp axit nitric và axit flohydric ở 55 độ, một chất hóa học mà thép không gỉ 316L không được thiết kế để xử lý. Đội bảo trì đã cho rằng thép không gỉ là phù hợp vì bồn tắm "chỉ là một loại axit". Những thất bại đã chứng minh điều ngược lại.
Thép không gỉ 316L là vật liệu mặc định cho nhiều ứng dụng lò sưởi ngâm. Nó không tốn kém, sẵn có và có khả năng chống lại nhiều loại hóa chất nhẹ. Nhưng trong quá trình tẩy axit hỗn hợp-đặc biệt là những chất có chứa axit hydrofluoric, clorua hoặc axit khử nồng độ cao-316L là lựa chọn sai lầm. PTFE, mặc dù có độ dẫn nhiệt thấp hơn và chi phí cao hơn, nhưng lại mang lại tuổi thọ sử dụng mà thép không gỉ không thể sánh được.
Tại sao 316L thất bại trong quá trình ngâm axit hỗn hợp
Thép không gỉ 316L dựa trên màng thụ động crom oxit để chống ăn mòn. Màng này ổn định trong môi trường oxy hóa và trong nhiều axit nhẹ. Nó bị phá vỡ khi có sự hiện diện của các loài hung dữ cụ thể.
Axit flohydric là chất có hại nhất. Các ion florua tấn công trực tiếp vào màng thụ động, ngăn không cho nó tái cấu trúc. Một khi màng bị thủng, kim loại bên dưới sẽ bị ăn mòn nhanh chóng. Sự ăn mòn ở dạng-rỗ cục bộ, tấn công kẽ hở và mối hàn-tấn công đường dây-chứ không phải đồng nhất. Lò sưởi có thể làm mất độ dày của thành ở một khu vực nhỏ và bị hỏng trong khi phần vỏ còn lại trông vẫn còn nguyên vẹn.
Clorua gây ra thiệt hại tương tự, mặc dù cơ chế khác nhau. Các ion clorua xuyên qua màng thụ động ở những điểm yếu và bắt đầu tạo vết rỗ. Các hố sâu hơn và có thể xuyên qua tường. Bể ngâm muối hydrofluoric-hỗn hợp nitric chứa cả hai loại và sự kết hợp có tác dụng mạnh hơn so với từng loại riêng lẻ.
| Hoá học | Tỷ lệ ăn mòn 316L | Chế độ tấn công chính | Tuổi thọ sử dụng dự kiến | Sự phù hợp của PTFE |
|---|---|---|---|---|
| 10% axit nitric, 50 độ | <0.1 mm/year | Đồng đều, nhẹ nhàng | >10 năm | Tốt |
| 10% nitric + 2% HF, 50 độ | 1,0–5,0 mm/năm | Rỗ, tấn công mối hàn | 3–10 tháng | Xuất sắc |
| 15% nitric + 3% HF, 55 độ | 3,0–10,0 mm/năm | Rỗng nặng | 1–4 tháng | Xuất sắc |
| 20% HCl, 60 độ | 5,0–15,0 mm/năm | Rỗ, kẽ hở | <2 months | Xuất sắc |
| 10% lưu huỳnh + 2% HF, 60 độ | 2,0–8,0 mm/năm | Mối hàn-tấn công đường dây | 2–8 tháng | Xuất sắc |
Tốc độ ăn mòn của thép không gỉ 316L trong quá trình tẩy axit hỗn hợp so với mức độ phù hợp của PTFE
Lỗ hổng Weld{0}}Line
Bộ gia nhiệt ngâm bằng thép không gỉ được chế tạo bằng các mối hàn -vỏ bọc-với-mặt bích, vỏ bọc-với-thiết bị đầu cuối và đôi khi là các mối hàn dọc. Quá trình hàn làm thay đổi quá trình luyện kim trong vùng-bị ảnh hưởng nhiệt, tạo ra những vùng có khả năng chống ăn mòn kém hơn kim loại cơ bản.
Trong tẩy axit hỗn hợp, đường hàn là khu vực đầu tiên bị hỏng. Vùng bị ảnh hưởng nhiệt-có thể đã làm giảm hàm lượng crom do kết tủa cacbua hoặc có thể có ứng suất dư gây ra hiện tượng nứt. Các ion florua và clorua tấn công các khu vực bị suy yếu này một cách ưu tiên.
Lò sưởi ngâm PTFE không có đường hàn ở khu vực bị ướt. Vỏ bọc là một dạng đùn hoặc đúc polyme liên tục, và mối nối mặt bích được bịt kín cơ học hoặc liên kết hóa học chứ không phải hàn. Điều này giúp loại bỏ lỗ hổng đường hàn-làm hạn chế tuổi thọ sử dụng của thép không gỉ trong các hóa chất tẩy rửa mạnh.
Trao đổi nhiệt và kích thước-
Thép không gỉ 316L có độ dẫn nhiệt khoảng 16 W/m·K-cao hơn khoảng 64 lần so với PTFE. Máy sưởi bằng thép không gỉ có thể hoạt động ở mức 3–5 W/cm2 mà không quá nóng, trong khi máy sưởi PTFE được giới hạn ở mức 1,0–1,5 W/cm2 trong hầu hết các bể ngâm.
Hậu quả thực tế là kích thước. Một lò sưởi bằng thép không gỉ 6 kW có thể chỉ cần 1.500 cm2 bề mặt vỏ bọc, lắp vào một bó nhỏ gọn. Máy sưởi PTFE 6 kW ở công suất 1,2 W/cm2 cần diện tích bề mặt lớn hơn 5.000 cm2-gấp ba lần diện tích bề mặt. Trong các bể chứa có không gian sưởi ấm hạn chế, tùy chọn thép không gỉ có thể phù hợp ở những nơi không có PTFE.
| Chất liệu nóng | Độ dẫn nhiệt | Mật độ Watt an toàn trong axit hỗn hợp | Diện tích bề mặt cho 6 kW | Dấu chân tương đối |
|---|---|---|---|---|
| thép không gỉ 316L | 16 W/m·K | 3–5 W/cm2 | 1.200–2.000 cm2 | Nhỏ gọn |
| PTFE | 0.25 W/m·K | 1,0–1,2 W/cm2 | 5.000–6.000 cm2 | lớn hơn 3–4× |
| Titan | 22 W/m·K | 2–4 W/cm2 (giới hạn bởi HF) | 1.500–3.000 cm2 | Nhỏ gọn |
| PVDF | 0.20 W/m·K | 0,8–1,2 W/cm2 | 5.000–7.500 cm2 | lớn hơn |
Truyền nhiệt và so sánh kích thước của thiết bị gia nhiệt ngâm trong hỗn hợp tẩy axit
Khi thép không gỉ vẫn còn có ý nghĩa
Thép không gỉ không phải lúc nào cũng là lựa chọn sai lầm. Trong dung dịch tẩy nhẹ-axit nitric loãng không có florua hoặc clorua-316L hoạt động tốt và có giá thành thấp hơn PTFE. Trong những ứng dụng đó, mật độ watt cao hơn và kích thước nhỏ gọn của thép không gỉ là những lợi thế.
Điểm quyết định là sự hiện diện của các loài hung dữ. Nếu bồn tắm chứa axit hydrofluoric, clorua hoặc axit khử nồng độ cao thì thép không gỉ là một lựa chọn có tuổi thọ ngắn. Nếu bể chứa axit oxy hóa nhẹ thì thép không gỉ có thể là đủ.
So sánh tổng chi phí theo thời gian
Giá mua của lò sưởi 316L thường thấp hơn 40–60% so với lò sưởi PTFE tương đương. Nhưng trong quá trình tẩy axit hỗn hợp, lò sưởi bằng thép không gỉ có thể chỉ tồn tại được 3–10 tháng, trong khi lò sưởi PTFE có tuổi thọ 3–5 năm.
Trong khoảng thời gian 5{0} năm, tùy chọn thép không gỉ cần 6–20 lần thay thế, trong khi tùy chọn PTFE yêu cầu 1–2. Nhân công và thời gian ngừng hoạt động cho mỗi lần thay thế-rút cạn bình chứa, tháo bộ sưởi bị hỏng, lắp đặt bộ sưởi mới và-điều chỉnh lại bồn tắm-làm tăng đáng kể chi phí cho việc lựa chọn thép không gỉ.
Khi máy sưởi tiêu chuẩn không thể vừa với diện tích bề mặt cần thiết
Bể tẩy axit hỗn hợp có không gian ngoại vi hạn chế thường không thể chứa được bộ gia nhiệt ngâm PTFE tiêu chuẩn ở mật độ watt thấp mà ngành hóa học yêu cầu. Công suất 6 kW ở mức 1,0 W/cm² yêu cầu bề mặt vỏ bọc là 6.000 cm²-nhiều hơn một đơn vị thẳng hoặc hình chữ L-trong kích thước bể thông thường.
Cấu hình bộ sưởi ngâm PTFE tùy chỉnh có thiết kế nhiều-đường chuyền hoặc chu vi-sau đây sẽ phân bổ bề mặt gia nhiệt khắp bể trong khi vẫn duy trì mật độ watt thấp. Quá trình xác định yêu cầu về thành phần hóa học của bể, nhiệt độ vận hành, kích thước bể và công suất yêu cầu. Đối với các cơ sở vận hành dây chuyền tẩy axit hỗn hợp, phương pháp tiếp cận-dành riêng cho ứng dụng này mang lại khả năng kháng hóa chất của PTFE ở cấu hình phù hợp với không gian sẵn có.
