อายุการใช้งานสูงสุดของปลอกสแตนเลส 316 ที่มีความหนาผนัง 1.2 มิลลิเมตรคือเท่าใด อายุการใช้งานสูงสุดของปลอกสแตนเลส 316 ที่มีความหนาของผนัง 1.2 มิลลิเมตรคือเท่าใดในการให้บริการกรดฟอสฟอริก 15% อย่างต่อเนื่องที่ 110 องศาเซลเซียส?kness ในการให้บริการกรดฟอสฟอริก 15% อย่างต่อเนื่องที่ 110 องศาเซลเซียส

ในการเลือกวัสดุเปลือกหุ้มสำหรับเครื่องทำความร้อนแบบจุ่มไฟฟ้าที่ใช้ในกระบวนการทางเคมี เช่น การผลิตปุ๋ยฟอสเฟต อ่างบำบัดโลหะ และอุปกรณ์แปรรูปอาหารที่เกี่ยวข้องกับกรดฟอสฟอริก จำเป็นต้องคำนึงถึงทั้งความต้านทานการกัดกร่อนและประสิทธิภาพเชิงความร้อน กรดฟอสฟอริกไม่รุนแรงเท่ากับกรดไฮโดรคลอริกหรือกรดซัลฟิวริก อย่างไรก็ตาม ที่อุณหภูมิสูงขึ้นกว่า 80oC และความเข้มข้นสูงเกิน 10% การเร่งปฏิกิริยากับเหล็กกล้าไร้สนิม 316 สามารถเกิดขึ้นได้โดยเฉพาะบริเวณรอยเชื่อมและบริเวณที่มีความเค้นตกค้างสูง ความหนาของผนังเปลือกจะตั้งค่าเผื่อการกัดกร่อนสำหรับเครื่องทำความร้อนตลอดอายุการใช้งาน อย่างไรก็ตาม การเชื่อมต่อไม่เป็นเชิงเส้นตรงที่อัตราการกัดกร่อนมีแนวโน้มที่จะเพิ่มขึ้นเมื่อผนังบางลงและเพิ่มความหนาแน่นกระแสในพื้นที่ บทความนี้นำเสนอการคาดการณ์อายุการใช้งานเชิงปริมาณสำหรับปลอก 316 ขนาด 1.2 มม. ในกรดฟอสฟอริก 15% ที่ 110 องศา โดยอิงตามข้อมูลการกัดกร่อนที่ทราบและประสบการณ์ภาคสนามในโรงงานเคมี

พฤติกรรมการกัดกร่อนของเหล็กกล้าไร้สนิม 316 ในกรดฟอสฟอริกร้อน
ในความเข้มข้นของกรดฟอสฟอริกระหว่าง 10% ถึง 30% ที่อุณหภูมิสูงกว่า 80 องศา สแตนเลส 316 มีอัตราการกัดกร่อนโดยทั่วไปตั้งแต่ 0.1 ถึง 0.5 มม./ปี ขึ้นอยู่กับความบริสุทธิ์ของกรด อุณหภูมิ และความเร็วการไหล กลไกการกัดกร่อนส่วนใหญ่จะมีความบางสม่ำเสมอมากกว่าการเกิดรูพรุน เนื่องจากกรดฟอสฟอริกไม่ใช่ตัวออกซิไดซ์ที่มีฤทธิ์รุนแรง และไม่มีคลอไรด์ที่ทำให้เกิดการโจมตีเฉพาะที่ กรดฟอสฟอริกเชิงพาณิชย์ประกอบด้วยสารปนเปื้อน เช่น ฟลูออไรด์ ซัลเฟต และคลอไรด์จากหินฟอสเฟต ซึ่งสามารถเร่งการโจมตีและทำให้เกิดเป็นรูพรุนได้ อัตราการกัดกร่อนโดยทั่วไป 316 ในกรดฟอสฟอริก 15% ที่ 110 องศา โดยมีความบริสุทธิ์ทางอุตสาหกรรมปกติอยู่ที่ประมาณ 0.25 มิลลิเมตร/ปี อัตรานี้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิพื้นผิวของเปลือกซึ่งอยู่ภายใน 5 องศาของอุณหภูมิกรดเทกอง ที่จริงแล้ว ฟลักซ์ความร้อนทำให้อุณหภูมิของปลอกฮีตเตอร์สูงขึ้น สำหรับเปลือก 316 ผนัง 1.2 มม. ที่ 6 วัตต์/ซม.² ในกรด 110 องศา อุณหภูมิพื้นผิวด้านนอกจะอยู่ที่ประมาณ 125 องศา ที่อุณหภูมินี้ อัตราการกัดกร่อนจะเพิ่มขึ้นเป็นประมาณ 0.35 มม./ปี อุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นตามฟลักซ์ความร้อน และอัตราการกัดกร่อนเพิ่มขึ้นอีก 40% เมื่อเทียบกับอุณหภูมิกรดเทกอง

1.2 การประมาณอายุการใช้งานสำหรับความหนาของผนังมิลลิเมตร
ปลอก 316 มีความหนาระบุ 1.2 มม. อย่างไรก็ตาม ความคลาดเคลื่อนในการผลิตคือ ±0.1 มม. ซึ่งหมายความว่าความหนาขั้นต่ำอาจเป็น 1.1 มม. การประมาณอายุการใช้งานแบบระมัดระวังจะขึ้นอยู่กับความหนาขั้นต่ำ อัตราการใช้ 0.35 มม./ปี อัตราการกัดกร่อน 0.35 มม./ปี แต่ความล้มเหลวจะเกิดขึ้นก่อนที่กำแพงจะถูกกลืนกินจนหมด ความหนาของโครงสร้างขั้นต่ำคือ 0.5 มม. เพื่อต้านทานแรงกดดันภายในเนื่องจากการขยายตัวของ MgO และแรงกดดันจากกระบวนการภายนอก ดังนั้น ค่าเผื่อการกัดกร่อนที่เป็นประโยชน์คือ 1.1 มม. – 0.5 มม.=0.6 มม. อายุการใช้งานที่คาดการณ์ไว้คือ 0.6/0.35=1.7 ปีที่ 0.35 มม. ต่อปี นี่คือช่วงเวลาที่ปลอกมีความหนาขั้นต่ำของโครงสร้าง ในความเป็นจริง เครื่องทำความร้อนมักจะถูกแทนที่โดยมีความหนาของผนังคงเหลือ 0.7–0.8 มม. เพื่อความปลอดภัย ที่เกณฑ์การเปลี่ยนทดแทนนี้ อายุการใช้งานจะลดลงเหลือประมาณ 1.2 ปี ความหนาของผนังเริ่มต้นสำหรับอายุการใช้งาน 5 ปีจะต้องอยู่ที่ 0.35 x 5 ปี + 0.5 (ระยะขอบของโครงสร้าง) + 0.1 (พิกัดความเผื่อ)=2.35 มม. หรือประมาณ 2.5 มม. ดังนั้น ปลอกผนัง 316 ขนาด 1.2 มม. ในบริการนี้จึงเหมาะสำหรับการใช้งานที่ยอมรับการเปลี่ยนรายปีได้เท่านั้น

ความหนาของผนังบริการกรดฟอสฟอริกที่แนะนำ
ตารางต่อไปนี้แสดงความหนาของผนังเปลือกที่ยอมรับได้สำหรับเครื่องทำความร้อนแบบจุ่มไฟฟ้าในการให้บริการกรดฟอสฟอริกตามฟังก์ชันของความเข้มข้น อุณหภูมิ และอายุการใช้งานที่ต้องการ ค่านี้ใช้สำหรับกรดเกรดอุตสาหกรรมที่มีสิ่งเจือปนปกติและมีความหนาแน่นของวัตต์ 4 ถึง 6 วัตต์/ซม.2

ความเข้มข้นของกรดฟอสฟอริก|อุณหภูมิกรดจำนวนมาก|เป้าหมายอายุการใช้งาน|ความหนาของผนังขั้นต่ำที่แนะนำ 316|อายุการใช้งานที่ความหนาที่แนะนำ อัตราการกัดกร่อนที่คาดการณ์ไว้ที่พื้นผิว
10 – 15 % 80 – 100 องศา 2 ปี 1.2 มม. 0.20 – 0.30 มม./ปี 1.5 – 2.5 ปี
10 – 15% 80 – 100 องศา 5 ปี 2.0 มม. 0.20 – 0.30 มม./ปี 4-6 ปี
10–15% 100–120 องศา 2 ปี 1.6 มม. 0.30–0.45 มม./ปี 2–3 ปี
10 – 15% 100 – 120 องศา 5 ปี 2.5 มม. 0.30 – 0.45 มม./ปี 5 – 7 ปี
15 – 25% 80 – 100 องศา 2 ปี 1.6 มม. 0.25 – 0.40 มม./ปี 2 – 3 ปี
15 – 25% 80 – 100 องศา 4 ปี 2.5 มม. 0.25 – 0.40 มม./ปี 4 – 6 ปี
15 – 25% 100 – 120 องศา 1 ปี 1.6 มม. 0.40 – 0.60 มม./ปี 1 – 2 ปี
15 – 25% 100 – 120 องศา 3 ปี 2.5 มม. 0.40 – 0.60 มม./ปี 3 – 4 ปี
>25% อุณหภูมิใดๆ ก็ตาม ใดๆ ไม่แนะนำ > 0.60 มม./ปี คาดเดาไม่ได้; ใช้โลหะผสมที่สูงขึ้น
โดยปกติแล้วสแตนเลส 316 จะไม่เหมาะกับความเข้มข้นของกรดฟอสฟอริกมากกว่า 25% ที่อุณหภูมิสูงกว่า 100 องศา โดยไม่คำนึงถึงความหนาของผนัง ในสถานการณ์นี้ วิศวกรอาจพิจารณาอัปเกรดเป็นโลหะผสมโมลิบดี-สูง เช่น ล้อแม็ก 20 (ช่างไม้ 20) หรือล้อแม็ก 625 ซึ่งมีอัตราการกัดกร่อนสองขนาดที่ต่ำกว่า 316 ในกรดฟอสฟอริกร้อน

การเปลี่ยนแปลงการออกแบบเพื่อยืดอายุการใช้งานโดยไม่เพิ่มความหนาของผนัง
เมื่อการพิจารณาถึงพื้นที่หรือการตอบสนองทางความร้อนกำหนดให้ใช้ปลอก 316 ขนาด 1.2 มม. สำหรับหน้าที่ของกรดฟอสฟอริกร้อน มีการปรับเปลี่ยนการออกแบบสามแบบเพื่อเพิ่มอายุการใช้งานให้เกินกว่า 1.7 ปีโดยประมาณ ประการแรกคือการลดความหนาแน่นของวัตต์ เมื่อระดับการทำงานลดลงจาก 6 วัตต์/ซม.² เป็น 3 วัตต์/ซม.² อุณหภูมิพื้นผิวของปลอกจะลดลงจาก 125 องศาเป็นประมาณ 116 องศา และอัตราการกัดกร่อนจาก 0.35 เป็นประมาณ 0.22 มม. ต่อปี ยืดอายุการใช้งานจาก 1.7 ปีเป็น 2.7 ปี การเปลี่ยนแปลงประการที่สองคือการผ่านพื้นผิวเปลือกด้วยกรดไนตริก 20% ที่ 50 องศาเป็นเวลา 60 นาทีก่อนการติดตั้ง การทำทู่จะกำจัดอนุภาคเหล็กที่ฝังอยู่และเพิ่มความหนาของชั้นโครเมียมออกไซด์ ซึ่งช่วยลดอัตราการกัดกร่อนเริ่มต้นได้ 20–30% ในช่วงสองสามเดือนแรกของการบริการ การเปลี่ยนแปลงประการที่สามคือการจัดการความบริสุทธิ์ของกรด หากสามารถเก็บฟลูออไรด์ไว้ต่ำกว่า 50 ppm และคลอไรด์ต่ำกว่า 100 ppm การกัดกร่อนจะถูกจำกัดไว้ที่ 0.15–0.20 มม. ต่อปี และอายุการใช้งานจะอยู่ที่ 3–4 ปี ในการใช้งานที่สำคัญซึ่งความล้มเหลวของเครื่องทำความร้อนโดยไม่คาดคิดจะส่งผลให้สูญเสียการผลิตอย่างมาก วิศวกรควรรวมเครื่องทำความร้อนสำรองหรือสร้างถังที่มีเครื่องทำความร้อนคู่เพื่อเปลี่ยนเครื่องหนึ่งและอีกเครื่องหนึ่งจะรักษาอุณหภูมิไว้ ต้นทุนของเครื่องทำความร้อนสำรองนั้นน้อยมากเมื่อเทียบกับต้นทุนของการหยุดการผลิตสารเคมีอย่างต่อเนื่องโดยไม่คาดคิด ระบุการทดสอบคูปองการกัดกร่อนด้วยกรดจริงในสตรีมกระบวนการเมื่อเลือกเครื่องทำความร้อนสำหรับบริการกรดฟอสฟอริก ความบริสุทธิ์ของกรดในโลกแห่งความเป็นจริงนั้นแตกต่างกันไปอย่างมากในแต่ละโรงงาน และแม้กระทั่งจากรุ่นการผลิตไปยังรุ่นการผลิต ดังนั้นข้อมูลที่เผยแพร่จึงเป็นค่าประมาณ การทดสอบคูปองเป็นเวลาสามเดือนของตัวอย่าง 1.2 มม. 316 ที่สัมผัสกับกรดในกระบวนการที่อุณหภูมิเปลือกที่คาดการณ์ไว้ถือเป็นตัวบ่งชี้อายุการใช้งานที่ดีที่สุด โดยทั่วไป ต้นทุนของการทดสอบนี้จะน้อยกว่าต้นทุนของฮีตเตอร์ที่ล้มเหลวตัวเดียว