ما هو الحد الأقصى لعمر الخدمة لغلاف من الفولاذ المقاوم للصدأ 316 بسمك جدار 1.2 ملم ما هو الحد الأقصى لعمر الخدمة لغمد من الفولاذ المقاوم للصدأ 316 بسمك جدار 1.2 ملم في خدمة مستمرة من حمض الفوسفوريك بنسبة 15% عند 110 درجة مئوية؟ صلابة في خدمة مستمرة من حمض الفوسفوريك بنسبة 15% عند 110 درجة مئوية؟

عند اختيار مادة الغلاف للسخانات الغاطسة الكهربائية المستخدمة في تطبيقات العمليات الكيميائية مثل إنتاج الأسمدة الفوسفاتية وحمامات معالجة المعادن ومعدات تجهيز الأغذية التي تتعامل مع حمض الفوسفوريك، يجب مراعاة كل من مقاومة التآكل والأداء الحراري. حمض الفوسفوريك ليس عدوانيًا مثل حمض الهيدروكلوريك أو حمض الكبريتيك، ولكن عند درجات حرارة مرتفعة أعلى من 80 درجة مئوية وتركيزات عالية تزيد عن 10% يمكن أن يحدث هجوم متسارع على الفولاذ المقاوم للصدأ 316 بشكل ملحوظ في مناطق اللحام والأماكن ذات الإجهاد العالي المتبقي. تحدد سماكة جدار الغلاف الحد المسموح به من التآكل للسخان أثناء فترة خدمته، إلا أن الاتصال غير خطي حيث تميل معدلات التآكل إلى الزيادة مع ترقق الجدار وزيادة كثافة التيار المحلي. يعرض هذا البحث توقعات كمية لعمر الخدمة لغمد 1.2 مم 316 في 15% حمض فوسفوريك عند 110 درجة، بناءً على بيانات التآكل المعروفة والخبرة الميدانية في المنشآت الكيميائية.

سلوك التآكل للفولاذ المقاوم للصدأ 316 في حمض الفوسفوريك الساخن
في تركيزات حمض الفوسفوريك بين 10% و30% عند درجات حرارة أعلى من 80 درجة، يكون للفولاذ المقاوم للصدأ 316 معدلات تآكل عامة تتراوح من 0.1 إلى 0.5 مم/عام اعتمادًا على نقاء الحمض ودرجة الحرارة وسرعة التدفق. آلية التآكل هي في الغالب ترقق موحد بدلاً من الحفر لأن حمض الفوسفوريك ليس عامل مؤكسد قوي ولا يحتوي على الكلوريدات المسؤولة عن الهجوم الموضعي. يحتوي حمض الفوسفوريك التجاري على ملوثات مثل الفلوريدات والكبريتات والكلوريدات من صخور الفوسفات والتي يمكن أن تسرع الهجوم وتؤدي إلى التنقر. ويبلغ معدل التآكل العام 316 في حامض الفوسفوريك 15% عند درجة 110 بدرجة نقاوة صناعية عادية حوالي 0.25 ملم/سنة. يعتمد هذا المعدل على أن تكون درجة حرارة سطح الغلاف ضمن 5 درجات من درجة حرارة الحمض السائب. في الواقع، يؤدي تدفق الحرارة إلى زيادة درجة حرارة غلاف المدفأة. بالنسبة لجدار 1.2 مم 316 غمد عند 6 وات/سم² في حمض 110 درجة، تكون درجة حرارة السطح الخارجي حوالي 125 درجة. عند درجة الحرارة هذه، يزيد معدل التآكل إلى حوالي 0.35 ملم/ سنة. يتم زيادة درجة الحرارة عن طريق تدفق الحرارة، ويتم إضافة 40٪ إضافية إلى معدل التآكل نسبة إلى درجة حرارة الحمض السائب.

1.2 تقدير عمر الخدمة لسمك الجدار بالمليمتر
غمد 316 يبلغ سمكه الاسمي 1.2 مم. ومع ذلك، فإن تفاوتات الإنتاج تبلغ ±0.1 مم. وهذا يعني أن الحد الأدنى للسمك يمكن أن يكون 1.1 ملم. يعتمد تقدير عمر الخدمة المحافظ على الحد الأدنى للسمك. يستخدم 0.35 ملم/سنة ومعدل التآكل 0.35 ملم/سنة. لكن الفشل سيحدث قبل أن يتم تدمير الجدار بالكامل. الحد الأدنى لسمك الهيكل هو 0.5 مم لمقاومة الضغوط الداخلية بسبب تمدد MgO وضغط العملية الخارجي. وبالتالي، فإن بدل التآكل المفيد هو 1.1 مم – 0.5 مم=0.6 مم. يبلغ عمر الخدمة المتوقع 0.6/0.35=1.7 سنة بمعدل 0.35 ملم في السنة. هذه هي اللحظة التي يصل فيها الغلاف إلى الحد الأدنى من سمك الهيكل. في الواقع، غالبًا ما يتم استبدال السخانات بسماكة جدار متبقية تبلغ 0.7-0.8 ملم، للسماح بهامش أمان. عند عتبة الاستبدال هذه، تنخفض مدة الخدمة إلى حوالي 1.2 سنة. يجب أن يكون سمك الجدار الأولي لمدة خدمة تبلغ 5 سنوات 0.35 × 5 سنوات + 0.5 (الهامش الهيكلي) + 0.1 (التسامح)=2.35 مم أو حوالي 2.5 مم. ولذلك، فإن غلاف الجدار 316 مقاس 1.2 مم في هذه الخدمة مناسب فقط للتطبيقات التي يكون فيها الاستبدال السنوي مقبولاً.

سمك جدار خدمة حمض الفوسفوريك المقترح
يسرد الجدول التالي سمك جدار الغلاف المقبول للسخانات الغاطسة الكهربائية في خدمة حمض الفوسفوريك كدالة للتركيز ودرجة الحرارة وعمر الخدمة المطلوب. القيم خاصة بالحمض الصناعي ذو الشوائب العادية وكثافة واط تتراوح من 4 إلى 6 واط/سم2.

تركيز حمض الفوسفوريك|درجة حرارة الأحماض السائبة|عمر الخدمة المستهدف|الحد الأدنى الموصى به لسمك الجدار 316|عمر الخدمة بالسمك الموصى به معدل التآكل المتوقع على السطح
10 – 15 % 80 – 100 درجة سنتان 1.2 ملم 0.20 – 0.30 ملم / سنة 1.5 – 2.5 سنة
10 – 15% 80 – 100 درجة 5 سنوات 2.0 مم 0.20 – 0.30 مم/سنة 4-6 سنوات
10-15% 100-120 درجة سنتان 1.6 ملم 0.30-0.45 ملم/سنة 2-3 سنوات
10 – 15% 100 – 120 درجة 5 سنوات 2.5 ملم 0.30 – 0.45 ملم/ سنة 5 – 7 سنوات
15 – 25% 80 – 100 درجة سنتان 1.6 مم 0.25 – 0.40 مم/ سنة 2 – 3 سنوات
15 – 25% 80 – 100 درجة 4 سنوات 2.5 ملم 0.25 – 0.40 ملم/ سنة 4 – 6 سنوات
15 – 25% 100 – 120 درجة سنة واحدة 1.6 مم 0.40 – 0.60 مم/ سنة 1 – 2 سنة
15 – 25% 100 – 120 درجة 3 سنوات 2.5 ملم 0.40 – 0.60 ملم/ سنة 3 – 4 سنوات
>25% أي درجة حرارة أي لا يوصى به > 0.60 مم/عام لا يمكن التنبؤ به؛ استخدام سبائك أعلى
الفولاذ المقاوم للصدأ 316 غير مناسب عادةً لتركيزات حمض الفوسفوريك التي تزيد عن 25% عند درجات حرارة أعلى من 100 درجة، بغض النظر عن سمك الجدار. في هذا السيناريو، قد يفكر المهندسون في الترقية إلى سبيكة مولي عالية-مثل سبيكة 20 (كاربنتر 20) أو سبيكة 625، والتي تتميز بمعدلات تآكل أقل بأمرين من 316 في حمض الفوسفوريك الساخن.

تغييرات التصميم لإطالة عمر الخدمة دون زيادة سمك الجدار
عندما تفرض اعتبارات الاستجابة الحرارية أو المساحة استخدام غمد 316 مقاس 1.2 مم لمهمة حمض الفوسفوريك الساخن، تتوفر ثلاثة تعديلات على التصميم لتعزيز عمر الخدمة بما يتجاوز 1.7 سنة المقدرة. الأول هو تقليل كثافة واط. عندما ينخفض ​​مستوى التشغيل من 6 وات/سم2 إلى 3 وات/سم2، تنخفض درجة حرارة سطح الغلاف من 125 درجة إلى حوالي 116 درجة ومعدل التآكل من 0.35 إلى حوالي 0.22 ملم في السنة. يؤدي هذا إلى إطالة عمر الخدمة من 1.7 سنة إلى 2.7 سنة. التغيير الثاني هو تخميل سطح الغلاف بحمض النيتريك بنسبة 20% عند درجة حرارة 50 لمدة 60 دقيقة قبل التثبيت. يؤدي التخميل إلى إزالة جزيئات الحديد المضمنة وزيادة سماكة طبقة أكسيد الكروم، مما يقلل معدل التآكل الأولي بنسبة 20-30% خلال الأشهر القليلة الأولى من الخدمة. التغيير الثالث هو إدارة نقاء الحمض. إذا كان من الممكن إبقاء الفلوريدات أقل من 50 جزء في المليون والكلوريدات أقل من 100 جزء في المليون، فيمكن أن يقتصر التآكل على 0.15-0.20 ملم سنويًا وسيكون عمر الخدمة 3-4 سنوات. في التطبيقات الهامة حيث قد يؤدي فشل السخان غير المتوقع إلى خسارة كبيرة في الإنتاج، يجب على المهندسين دمج سخان احتياطي أو بناء الخزان بسخانين مزدوجين بحيث يمكن استبدال أحدهما ويحافظ الآخر على درجة الحرارة. تكلفة السخان الاحتياطي لا تذكر مقارنة بتكلفة التوقف غير المتوقع للتصنيع الكيميائي المستمر. حدد اختبار قسيمة التآكل مع الحمض الحقيقي في تيار العملية عند اختيار السخانات لخدمة حمض الفوسفوريك. يختلف نقاء الحمض في العالم الحقيقي بشكل كبير من مصنع إلى آخر وحتى من دفعة إنتاج إلى دفعة إنتاج، لذلك توفر البيانات المنشورة تقديرات. إن اختبار القسيمة لمدة ثلاثة أشهر لعينة 1.2 مم 316 المعرضة لحمض المعالجة عند درجة حرارة الغلاف المتوقعة هو أفضل مؤشر لعمر الخدمة. عادةً ما تكون تكلفة هذا الاختبار أقل من تكلفة سخان واحد فاشل.