Tuổi thọ sử dụng tối đa của vỏ bọc bằng thép không gỉ 316 với thành dày 1,2 mm là bao lâu Tuổi thọ sử dụng tối đa của vỏ bọc bằng thép không gỉ 316 với độ dày thành 1,2 mm khi sử dụng axit photphoric 15% liên tục ở 110 độ C? Độ ẩm trong dịch vụ axit photphoric 15% liên tục ở 110 độ C là bao nhiêu?

Khi lựa chọn vật liệu vỏ bọc cho lò sưởi ngâm điện được sử dụng trong các ứng dụng quy trình hóa học như sản xuất phân lân, bể xử lý kim loại và thiết bị chế biến thực phẩm xử lý axit photphoric, cần phải xem xét cả khả năng chống ăn mòn và hiệu suất nhiệt. Axit photphoric không mạnh như axit clohydric hoặc axit sunfuric, tuy nhiên ở nhiệt độ tăng trên 80oC và nồng độ cao trên 10%, sự tấn công tăng tốc lên thép không gỉ 316 có thể xảy ra đáng kể ở các vùng hàn và những nơi có ứng suất dư cao. Độ dày thành vỏ bọc đặt ra giới hạn ăn mòn cho thiết bị sưởi trong suốt thời gian sử dụng của nó, tuy nhiên, mối liên hệ này không tuyến tính ở chỗ tốc độ ăn mòn có xu hướng tăng khi thành mỏng đi và mật độ dòng điện cục bộ tăng lên. Bài viết này trình bày dự báo định lượng về tuổi thọ sử dụng cho vỏ bọc 1,2 mm 316 trong axit photphoric 15% ở 110 độ, dựa trên dữ liệu ăn mòn đã biết và kinh nghiệm thực tế tại các cơ sở hóa chất.

Hành vi ăn mòn của thép không gỉ 316 trong axit photphoric nóng
Ở nồng độ axit photphoric từ 10% đến 30% ở nhiệt độ trên 80 độ, thép không gỉ 316 có tốc độ ăn mòn chung từ 0,1 đến 0,5 mm/năm tùy thuộc vào độ tinh khiết của axit, nhiệt độ và tốc độ dòng chảy. Cơ chế ăn mòn chủ yếu là làm mỏng đồng đều chứ không phải là rỗ vì axit photphoric không phải là chất oxy hóa mạnh và không chứa clorua gây ra sự tấn công cục bộ. Axit photphoric thương mại có chứa các chất gây ô nhiễm như florua, sunfat và clorua từ đá photphat có thể đẩy nhanh quá trình tấn công và gây ra hiện tượng rỗ. Tốc độ ăn mòn chung của 316 trong axit photphoric 15% ở 110 độ với độ tinh khiết công nghiệp thông thường là khoảng 0,25 mm/năm. Tỷ lệ này dựa trên nhiệt độ bề mặt vỏ bọc nằm trong khoảng 5 độ so với nhiệt độ axit khối. Trên thực tế, dòng nhiệt làm tăng nhiệt độ của vỏ lò sưởi. Đối với vỏ bọc tường 316 dày 1,2 mm ở mức 6 W/cm2 trong axit 110 độ, nhiệt độ bề mặt bên ngoài là khoảng 125 độ. Ở nhiệt độ này, tốc độ ăn mòn tăng lên khoảng 0,35 mm/năm. Nhiệt độ tăng lên do dòng nhiệt và tốc độ ăn mòn tăng thêm 40% so với nhiệt độ khối axit.

1.2 Ước tính tuổi thọ sử dụng cho tường dày milimet
Vỏ bọc 316 có độ dày danh nghĩa là 1,2 mm. Tuy nhiên, dung sai sản xuất là ±0,1 mm. Điều này có nghĩa là độ dày tối thiểu có thể là 1,1 mm. Ước tính tuổi thọ sử dụng thận trọng dựa trên độ dày tối thiểu. Nó sử dụng 0,35 mm/năm và tốc độ ăn mòn là 0,35 mm/năm. Nhưng thất bại sẽ xảy ra trước khi bức tường có thể bị ăn xuyên hoàn toàn. Độ dày kết cấu tối thiểu là 0,5 mm để chống lại áp suất bên trong do sự giãn nở của MgO và áp suất quá trình bên ngoài. Do đó, lượng ăn mòn hữu ích là 1,1 mm – 0,5 mm=0.6 mm. Tuổi thọ sử dụng dự đoán là 0,6/0.35=1.7 năm ở mức 0,35 mm mỗi năm . Đây là thời điểm để vỏ bọc đạt được độ dày kết cấu tối thiểu. Trên thực tế, máy sưởi thường được thay thế ở độ dày thành còn lại là 0,7–0,8 mm, để có giới hạn an toàn. Ở ngưỡng thay thế này, tuổi thọ sử dụng giảm xuống còn khoảng 1,2 năm. Độ dày thành ban đầu để có tuổi thọ sử dụng 5 năm sẽ là 0,35 x 5 năm + 0.5 (lề kết cấu) + 0.1 (dung sai)=2.35 mm hoặc khoảng 2,5 mm. Do đó, vỏ bọc tường 316 1,2 mm trong dịch vụ này chỉ phù hợp cho các ứng dụng có thể chấp nhận thay thế hàng năm.

Độ dày của tường dịch vụ axit photphoric được đề xuất
Bảng dưới đây liệt kê độ dày thành vỏ bọc có thể chấp nhận được đối với thiết bị sưởi ngâm điện trong dịch vụ axit photphoric như một hàm số của nồng độ, nhiệt độ và tuổi thọ sử dụng mong muốn. Các giá trị dành cho axit cấp công nghiệp có tạp chất thông thường và mật độ watt từ 4 đến 6 W/cm2.

Nồng độ axit photphoric|Nhiệt độ axit số lượng lớn|Mục tiêu phục vụ cuộc sống|Độ dày thành tối thiểu được khuyến nghị là 316|Tuổi thọ sử dụng ở độ dày được đề xuất Tỷ lệ ăn mòn dự kiến ​​trên bề mặt
10 – 15 % 80 – 100 độ 2 năm 1,2 mm 0,20 – 0,30 mm/năm 1,5 – 2,5 năm
10 – 15% 80 – 100 độ 5 năm 2,0 mm 0,20 – 0,30 mm/năm 4-6 năm
10–15% 100–120 độ 2 năm 1,6 mm 0,30–0,45 mm/năm 2–3 năm
10 – 15% 100 – 120 độ 5 năm 2,5 mm 0,30 – 0,45 mm/năm 5 – 7 năm
15 – 25% 80 – 100 độ 2 năm 1,6 mm 0,25 – 0,40 mm/năm 2 – 3 năm
15 – 25% 80 – 100 độ 4 năm 2,5 mm 0,25 – 0,40 mm/năm 4 – 6 năm
15 – 25% 100 – 120 độ 1 năm 1,6 mm 0,40 – 0,60 mm/năm 1 – 2 năm
15 – 25% 100 – 120 độ 3 năm 2,5 mm 0,40 – 0,60 mm/năm 3 – 4 năm
>25% Bất kỳ Nhiệt độ nào Bất kỳ Không khuyến nghị > 0,60 mm/năm Không thể đoán trước; sử dụng hợp kim cao hơn
Thép không gỉ 316 thường không phù hợp với nồng độ axit photphoric lớn hơn 25% ở nhiệt độ trên 100 độ, bất kể độ dày của thành. Trong trường hợp này, các kỹ sư có thể cân nhắc nâng cấp lên hợp kim có hàm lượng moly cao chẳng hạn như Hợp kim 20 (Thợ mộc 20) hoặc Hợp kim 625, có tốc độ ăn mòn thấp hơn hai bậc độ lớn so với 316 trong axit photphoric nóng.

Thay đổi thiết kế để kéo dài tuổi thọ mà không làm tăng độ dày của tường
Khi cân nhắc về không gian hoặc phản ứng nhiệt đòi hỏi phải sử dụng vỏ bọc 1,2 mm 316 để làm nhiệm vụ axit photphoric nóng, có sẵn ba điều chỉnh thiết kế để nâng cao tuổi thọ sử dụng hơn nhiều so với ước tính là 1,7 năm. Đầu tiên là giảm mật độ watt. Khi mức vận hành giảm từ 6 W/cm2 xuống 3 W/cm2, nhiệt độ bề mặt vỏ bọc giảm từ 125 độ xuống còn khoảng 116 độ và tốc độ ăn mòn từ 0,35 xuống khoảng 0,22 mm mỗi năm. Điều này kéo dài thời gian sử dụng từ 1,7 năm lên 2,7 năm. Thay đổi thứ hai là làm thụ động bề mặt vỏ bọc bằng axit nitric 20% ở 50 độ trong 60 phút trước khi lắp đặt. Thụ động hóa giúp loại bỏ các hạt sắt bám vào và tăng độ dày của lớp oxit crom, giảm tốc độ ăn mòn ban đầu từ 20–30% trong vài tháng sử dụng đầu tiên. Thay đổi thứ ba là quản lý độ tinh khiết của axit. Nếu florua có thể được giữ dưới 50 ppm và clorua dưới 100 ppm, thì sự ăn mòn có thể được giới hạn ở mức 0,15–0,20 mm mỗi năm và tuổi thọ sử dụng sẽ là 3–4 năm. Trong các ứng dụng quan trọng mà sự cố bộ sưởi không lường trước sẽ dẫn đến tổn thất sản xuất đáng kể, các kỹ sư nên kết hợp một bộ sưởi dự phòng hoặc chế tạo bình chứa với bộ sưởi đôi để có thể thay thế một bộ và bộ kia duy trì nhiệt độ. Chi phí của một lò sưởi dự phòng là không đáng kể so với chi phí của việc ngừng sản xuất hóa chất liên tục không lường trước được. Chỉ định thử nghiệm phiếu giảm giá ăn mòn với axit thực trong dòng quy trình khi chọn thiết bị gia nhiệt cho dịch vụ axit photphoric. Độ tinh khiết của axit trong thế giới thực rất khác nhau giữa các nhà máy và thậm chí từ lô sản xuất này sang lô sản xuất khác, vì vậy dữ liệu được công bố cung cấp các ước tính. Thử nghiệm phiếu giảm giá trong ba tháng đối với mẫu 316 1,2 mm tiếp xúc với axit xử lý ở nhiệt độ vỏ bọc dự kiến ​​là chỉ số tốt nhất về tuổi thọ sử dụng. Thông thường, chi phí của thử nghiệm này thấp hơn chi phí của một lò sưởi bị hỏng.