ปลอกสแตนเลส 316 ขนาด 2.0 มิลลิเมตร ต้องใช้ความเข้มข้นและอุณหภูมิร่วมกันเฉพาะเจาะจงที่ใดที่ต่ำกว่า 8 วัตต์ต่อตารางเซนติเมตร เพื่อป้องกันการกัดกร่อนทั่วไปภายในหกเดือนในอ่างดองโลหะ

วิศวกรกระบวนการสร้างเครื่องทำความร้อนแบบจุ่มไฟฟ้าสำหรับอ่างดองโลหะในโรงงานเหล็กและอุตสาหกรรมแปรรูปโลหะ ต้องเผชิญกับสภาวะที่รุนแรงที่สุดประการหนึ่งสำหรับปลอกสแตนเลส 316 เมื่อต้องเผชิญกับกรดซัลฟิวริกที่อุณหภูมิสูงมาก โดยทั่วไปแล้ว อ่างดองจะดำเนินการที่อุณหภูมิ 60 ถึง 90 องศา และความเข้มข้นของกรดซัลฟิวริก 10 ถึง 25 % โดยมักจะมีเกลือของเหล็กละลาย ซึ่งทำให้พฤติกรรมการกัดกร่อนซับซ้อนยิ่งขึ้นไปอีก มักเลือกความหนาของผนัง 2.0 มม. เพื่อให้เกิดการกัดกร่อนและให้ความยืดหยุ่นทางกลต่อกระแสน้ำปั่นป่วนและการสัมผัสกับชิ้นงาน อย่างไรก็ตาม ที่ความหนาแน่นวัตต์เฉลี่ย 8-12 วัตต์/ซม. 2 อุณหภูมิพื้นผิวของปลอกจะสูงขึ้น 20-40 องศาเหนืออุณหภูมิอ่างเทกอง ซึ่งอาจจะทำให้ปลอกอยู่ในโหมดการกัดกร่อนแบบแอคทีฟ ซึ่งอัตราการกัดกร่อนเกิน 5 มิลลิเมตรต่อปี บทความนี้กล่าวถึงความเข้มข้นและอุณหภูมิที่รวมกันโดยเฉพาะ ซึ่งต้องใช้ปลอก 316 ขนาด 2.0 มม. เพื่อลดพิกัดให้ต่ำกว่า 8 วัตต์/ซม.2 เพื่อหลีกเลี่ยงการแทรกซึมของการกัดกร่อนโดยทั่วไปภายในหกเดือน

การเปลี่ยนผ่านแบบพาสซีฟ-ของเหล็กกล้าไร้สนิม 316 ในกรดซัลฟิวริก
ตามที่รายงานในเอกสารก่อนหน้านี้ การเปลี่ยนผ่านแบบแอกทีฟ-สำหรับเหล็กกล้าไร้สนิม 316 ในกรดซัลฟิวริกค่อนข้างไวต่อทั้งอุณหภูมิและความเข้มข้น ในระบบการป้องกันแบบพาสซีฟ อัตราการกัดกร่อนจะน้อยกว่า 0.2 มม. ต่อปี อัตราของระบบที่ใช้งานอยู่คือ 5-20 มิลลิเมตรต่อปี ขอบเขตการเปลี่ยนสภาพของอ่างดองเป็นไปตามเส้นโค้งที่แน่นอน อุณหภูมิการเปลี่ยนแปลง 10 เปอร์เซ็นต์ กรดซัลฟิวริกจะมีอุณหภูมิประมาณ 55 องศาเซลเซียส ที่ 15% คือการเปลี่ยนแปลงที่ 45 องศา ที่ 20% อุณหภูมิจะลดลงเหลือ 38 องศา อุณหภูมิสูงสุด 32 องศา . - 25% สำหรับเครื่องทำความร้อนในอ่างเทกองที่อุณหภูมิ 70 องศาที่มีกรดซัลฟิวริก 15% สภาพเทกองเพียงอย่างเดียวก็เกินอุณหภูมิการเปลี่ยนแปลง 45 องศาแล้ว - อ่างอาบน้ำมีการกัดกร่อนอย่างมากถึง 316 โดยไม่มีฟลักซ์ความร้อน. 316 ไม่เหมาะสมในสถานการณ์เหล่านี้ โดยไม่คำนึงถึงความหนาของผนังหรือความหนาแน่นของวัตต์ อย่างไรก็ตาม อ่างดองหลายแห่งดำเนินการในเขตเปลี่ยนผ่านซึ่งสภาวะปริมาณมากเป็นแบบพาสซีฟ แต่อุณหภูมิพื้นผิวของเปลือกถูกผลักดันให้เข้าสู่โหมดแอคทีฟโดยการไหลของความร้อนสูง สำหรับความหนาของเปลือก 2.0 มม. ที่ 8 วัตต์/ซม.2 อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นจากมวลจนถึงพื้นผิวเปลือกจะอยู่ที่ประมาณ 20-25 องศา อ่างเทกองอยู่ที่ 40 องศา โดยมีกรด 15% (พาสซีฟ) ดังนั้นอุณหภูมิพื้นผิวของฝักจะอยู่ที่ 60-65 องศา ซึ่งสูงกว่า 45 องศา ดังนั้นการกัดกร่อนที่เกิดจากการเปลี่ยนผ่านจึงเกิดขึ้นที่พื้นผิวของฝัก แม้ว่าอ่างขนาดใหญ่จะเป็นแบบพาสซีฟก็ตาม

เกณฑ์การลดพิกัดวิกฤตของปลอก 2.0 มม
การทดสอบการกัดกร่อนของตัวอย่าง 316 ตัวอย่างที่อุณหภูมิและความเข้มข้นที่มีนัยสำคัญต่ออ่างดองได้ทำให้เกิดข้อกำหนดการลดพิกัดต่อไปนี้สำหรับเปลือกผนัง 2.0 มม. เพื่อป้องกันการกัดกร่อนโดยทั่วไปที่แทรกซึมภายในหกเดือน ค่าแสดงถึงความหนาแน่นวัตต์สูงสุดที่รักษาอุณหภูมิพื้นผิวของเปลือกให้ต่ำกว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านแบบพาสซีฟ-อย่างน้อย 5 องศาสำหรับความเข้มข้นจำนวนมากโดยเฉพาะ

ความเข้มข้นของกรดซัลฟิวริกปริมาณมาก อุณหภูมิอ่างปริมาณมาก แพสซีฟ-อุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านที่แอ็คทีฟที่ความเข้มข้นนี้ อุณหภูมิพื้นผิวของเปลือกสูงสุด (การเปลี่ยนผ่าน – ขอบความปลอดภัย 5 องศา) ความหนาแน่นวัตต์สูงสุดที่อนุญาตสำหรับเปลือก 2.0 มม. เวลาที่คาดว่าจะถึงการเจาะ 2.0 มม. ด้วยความหนาแน่นของวัตต์ที่สูงขึ้น
10% 35 องศา 55 องศา 50 องศา 12 วัตต์/ซม.2 8-12 เดือนที่ 12 วัตต์/ซม.2 10% 40 องศา 55 องศา 50 องศา 8 วัตต์/ซม.2 6-9 เดือนที่ 8 วัตต์/ซม.2
10% 45 องศา 55 องศา 50 องศา 4 วัตต์/ซม.2 4-6 เดือนที่ 8 วัตต์/ซม.2 10% 50 องศา 55 องศา 50 องศา 0 วัตต์/ซม.2 (เป็นไปไม่ได้) 2-4 เดือนที่ความหนาแน่นวัตต์ใดๆ ก็ตาม
30 องศา 45 องศา 40 องศา 15% 10 วัตต์/ซม.² 6-10 เดือนที่ 10 วัตต์/ซม.²
15% 35 องศา 45 องศา 40 องศา 6 วัตต์/ซม.² 4–6 เดือนที่ 8 วัตต์/ซม.²
15% 40 องศา 45 องศา 40 องศา 2 วัตต์/ซม.2 3-5 เดือน 6 ​​วัตต์/ซม.2
15% >42 องศา 45 องศา 40 องศา เป็นไปไม่ได้ 2-3 เดือน 20% 25 องศา 38 องศา 33 องศา 8 วัตต์/ซม.2 5-8 เดือนที่ 8 วัตต์/ซม.2
20% 30°C 38°C 33°C 4 วัตต์/ซม.2 3-5 เดือน ถึง 6 วัตต์/ซม.2
20% 35 องศา 38 องศา 33 องศา 0 วัตต์/ซม.² (เป็นไปไม่ได้) 2-3 เดือน 25%< 25°C < 32°C < 27°C < 4 W/cm2 2-4 months at 5 W/cm2
สำหรับอ่างดองทั่วไปที่อุณหภูมิรวม 40 องศาที่กรดซัลฟิวริก 15% ฝัก 316 ขนาด 2.0 มม. จะต้องทำงานที่หรือต่ำกว่า 2 วัตต์/ซม. 2 เพื่อรักษาพื้นผิวของฝักให้ต่ำกว่า 40 องศาและไม่โต้ตอบ ที่ 8 วัตต์/ซม.2 พื้นผิวของเปลือกจะอยู่ที่ประมาณ 60-65 องศาเซลเซียส ซึ่งอยู่ไกลจากสภาวะการใช้งาน และการกัดกร่อนโดยทั่วไปจะกินผ่านผนัง 2.0 มม. ในเวลาประมาณ 3-5 เดือน การลดขนาดลงเหลือ 6 วัตต์/ซม.² จะทำให้อายุการใช้งานยาวนานขึ้นเป็น 4–6 เดือน แต่ไม่เกิน 6 เดือน การลดขนาดลงเหลือ 4 W/cm2 ทำให้มีการทำงานแบบพาสซีฟและมีอายุการใช้งาน 5+ ปี แต่ความหนาแน่นของวัตต์ต่ำเช่นนี้ไม่ค่อยมีประโยชน์สำหรับอ่างดองแบบอุตสาหกรรม

ซองปฏิบัติการที่ปลอดภัย – อายุการใช้งานหกเดือน
ตารางด้านล่างแสดงรายการความเข้มข้นของกรดซัลฟิวริกจำนวนมากที่ปลอดภัยและการรวมกันของอุณหภูมิสำหรับปลอก 2.0 มม. 316 เพื่อให้อายุการใช้งานหกเดือนที่ความหนาแน่นวัตต์ต่างๆ โดยไม่มีการเจาะทะลุการกัดกร่อน

ความหนาแน่นวัตต์ อุณหภูมิสูงสุดรวมสำหรับ 10% H2SO4 อุณหภูมิรวมสูงสุดสำหรับ 15% H2SO4 อุณหภูมิรวมสูงสุดสำหรับ 20% H2SO4 อุณหภูมิรวมสูงสุดสำหรับ 25% H2SO4 4 W/cm2 48 องศา 38 องศา 30 องศา 25 องศา 6 W/cm2 46 องศา 35 องศา 28 องศา 22 องศา 8 W/cm2 43 องศา 32 องศา 25 องศา ไม่ปลอดภัย 10 W/cm2 40 องศา 28 องศา ไม่ปลอดภัย ไม่ปลอดภัย
12 วัตต์/ซม.2 36 องศา ไม่ปลอดภัย ไม่ปลอดภัย ไม่ปลอดภัย
ปลอก 316 ขนาด 2.0 มม. ที่ 8 วัตต์/ซม.2 จะมีอุณหภูมิพื้นผิวประมาณ 58 องศา เหนือการเปลี่ยนแปลง 45 องศา สำหรับอ่างดองที่ทำงานที่กรดซัลฟิวริก 15% และอุณหภูมิรวม 35 องศา คงจะไม่ถึงหกเดือนหรอก ความหนาแน่นของวัตต์ที่ 4 วัตต์/ซม.^2 ทำให้พื้นผิวอยู่ที่ประมาณ 48 องศา ซึ่งสูงกว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านที่ 45 องศา แต่อัตราการไหลของความร้อนที่ลดลงจะทำให้อัตราการกัดกร่อนช้าลงเพียงพอเพื่อให้ได้หกเดือนก่อนการเจาะ ที่ปริมาณ 45 องศาและกรดซัลฟิวริก 10% 4 วัตต์/ซม.² ให้อุณหภูมิพื้นผิวประมาณ 58 องศา ซึ่งสูงกว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านที่ 55 องศา และชีวิตในหก-เดือนนั้นถือว่าน้อย

การเปลี่ยนแปลงการออกแบบเพื่อให้บรรลุอายุการใช้งานหกเดือนโดยไม่ลดทอน
หากสภาวะของอ่างดองต้องการความหนาแน่นของวัตต์สูงกว่าที่อนุญาตสำหรับการทำงานที่ปลอดภัย การปรับเปลี่ยนการออกแบบสามรายการจะให้อายุการใช้งานหก{0}} เดือนด้วยปลอก 2.0 มม. 316 โดยไม่ลดพิกัดต่ำกว่า 8 W/cm2 ประการแรกคือการปรับปรุงการไหลเวียนของกรดผ่านพื้นผิวของเครื่องทำความร้อน กระแสน้ำเชี่ยวด้วยความเร็ว 1-2 เมตร/วินาที ลดการเติบโตของอุณหภูมิพื้นผิวเปลือกจาก 25 องศาเป็น 10-15 องศา โดยมีความหนาแน่นวัตต์เท่ากัน เครื่องทำความร้อนที่มีอุณหภูมิพื้นผิว 65 องศาภายใต้สภาวะนิ่งอาจทำงานที่ 50 องศาในกรดหมุนเวียนที่ดี และอาจลดลงต่ำกว่าเกณฑ์การเปลี่ยนผ่านจริงๆ การเปลี่ยนแปลงประการที่สองคือการใส่สารยับยั้งการกัดกร่อนลงในอ่างดอง สารยับยั้งเชิงพาณิชย์สามารถลดอัตราการกัดกร่อนที่แอคทีฟลงได้ 70–90% และสามารถขยายระบบการป้องกันแบบพาสซีฟไปสู่อุณหภูมิที่สูงขึ้นได้ การปรับเปลี่ยนขั้นสุดท้ายคือการใช้การออกแบบเครื่องทำความร้อนความหนาแน่นวัตต์คู่พร้อมความหนาแน่นของพลังงานที่ลดลงในส่วนล่างของอ่างซึ่งมีอุณหภูมิสูงขึ้นจากการแบ่งชั้น คำตอบทางวิศวกรรมที่ดีที่สุดคือการอัพเกรดจาก 316 เป็นโลหะผสมที่มีความทนทานมากขึ้น เช่น Alloy 20 หรือ Alloy 825 สำหรับการใช้งานในอ่างดองส่วนใหญ่ โดยปกติ ต้นทุนที่แตกต่างกันระหว่างปลอก 316 ขนาด 2.0 มม. และปลอกโลหะผสม 20 ที่มีขนาดเท่ากันคือ 30–50% แต่อายุการใช้งานของกรดซัลฟิวริก 15–20% ที่ 50–60 องศาจะเพิ่มขึ้นจาก 3–6 เดือนเป็น 3–5 ปี ในการเลือกเครื่องทำความร้อนสำหรับอ่างดอง วิศวกรควรแนะนำซัพพลายเออร์เกี่ยวกับองค์ประกอบที่แน่นอนของอ่าง ช่วงอุณหภูมิ และระดับความปั่นป่วนที่คาดหวัง หากผู้ผลิตแนะนำ 316 สำหรับกรดซัลฟิวริก 15% ที่ 50 องศา และไม่พูดถึงการลดพิกัดหรือความเป็นไปได้ที่จะเกิดการกัดกร่อน พวกเขาไม่ได้ให้คำแนะนำที่เชี่ยวชาญ การเปลี่ยนแปลงจากการกัดกร่อนแบบพาสซีฟไปเป็นการกัดกร่อนแบบแอคทีฟในกรดซัลฟิวริกนั้นรวดเร็วและไร้ความปราณี สำหรับการกัดกร่อนแบบแอคทีฟ ปลอกขนาด 2.0 มม. ที่มีการสูญเสีย 5 มม. ต่อปีจะเจาะได้ภายในเวลาไม่ถึงห้าเดือน โดยทั่วไปจำเป็นต้องมีการลดพิกัดที่ต่ำกว่า 8 วัตต์/ซม.² สำหรับอายุการใช้งานหกเดือน อย่างไรก็ตาม ในอ่างดองดองอุตสาหกรรมหลายๆ แห่งที่มีการลดพิกัดที่ต่ำกว่า 4 วัตต์/ซม.² หรือต่ำกว่านั้นทำไม่ได้ในทางปฏิบัติ และการอัพเกรดโลหะผสมเป็นทางเลือกเดียวที่เชื่อถือได้