Suv ostidagi isitgichdagi 316 zanglamaydigan po'latdan yasalgan qobiq qanday suyuqlik PH va harorat kombinatsiyasi ostida sulfat kislota eritmalarida passiv korroziyadan faol korroziyaga o'tadi

pH-Passiv plyonkaning qaytarilmas parchalanishining harorat maydoni

Sulfat kislota (H2SO4) eritmalaridagi 316 zanglamaydigan po'latdan o'ralgan elektr isitish quvurlarining korroziyaga qarshi harakati faqat kislota kontsentratsiyasi yoki pH ning oddiy funktsiyasi emas. Buning o'rniga, u yaxshi belgilangan chegaraga ega, bu erda himoya xrom oksidi qoplamasi barqaror passivatsiyadan tez va bir xil metall yo'qotilishi bilan faol eritmaga o'tadi. Bu o'tish eritma harorati va pH (yoki aniqroq erkin sulfat kislota konsentratsiyasi) ga juda bog'liq. Eshik chegarasidan pastroqda (odatda pH > 1,5 25 daraja, pH > 2,5 gacha ko'tariladi 80 daraja), 316 passiv harakatni namoyon qiladi, korroziya tezligi yiliga 0,1 mm dan kam. Eshik chegarasidan (ko'proq korroziv sharoitlar yoki yuqori haroratlar) passiv plyonka mahalliy darajada eriydi va korroziya tezligi yiliga 1-10 mm gacha ko'tarilib, oylar yoki haftalar ichida 1,5 mm qoplama devorini teshib qo'yadi. Ushbu maqola sulfat kislota xizmatidagi 316 ta qobiq uchun passiv{17}}faolga-o‘tish chegaralarini hisoblab chiqadi, kislotali muhitda isitgichlarning spetsifikatsiyasi bo‘yicha qarorlar asosini beradi va ishonchli uzoq muddatli ishlash uchun xavfsiz ishlash oynalarini belgilaydi.

Sulfat kislotada passivlikning parchalanishining elektrokimyoviy mexanizmi

Sulfat kislotadagi 316 zanglamaydigan po'latdan yasalgan passiv plyonka xrom bilan boyitilgan{1}}oksid plyonkasi (asosan Cr2O3, temir va molibdenning ba'zi oksidlari bilan). Etarli oksidlanish kuchiga ega bo'lgan eritmalarda ochiq kontaktlarning zanglashiga olib kelishida u o'z-o'zidan hosil bo'ladi. Suyultirilgan sulfat kislotada (pH > taxminan 2,0) erigan kislorod passiv diapazonda potentsialni saqlaydigan katod reaktsiyasini (kislorodni kamaytirish) beradi. Odatda plyonka qalinligi 2-5 nm bo'lib, uning barqarorligi plyonkaning erishi (past pH va yuqori harorat uchun qulay) va plyonkaning repasivatsiyasi (erigan kislorod yoki boshqa oksidlovchi moddalar mavjudligi tufayli) o'rtasidagi muvozanatga bog'liq. Agar pH ma'lum bir qiymatdan pastga tushirilsa yoki harorat ko'tarilsa, xrom oksidining erish tezligi eksponensial ravishda oshadi, chunki Cr 3+ turlarining kislotali eritmalarda eruvchanligi sezilarli darajada oshadi. Agar eritma tezligi repassivatsiya tezligidan oshsa, qatlam mahalliy ravishda yupqalashtiriladi va tez eriydigan yalang'och metall ochiladi (faol korroziya). Molibden kontsentratsiyasi (2,0-2,5%) 316 uchun oltingugurt kabi kislotalarni pasaytirishda passiv barqarorlik uchun zarurdir. Molibden passiv plyonkada to'planadi va faol erishga to'sqinlik qiladigan yanada barqaror molibdat qatlamining rivojlanishini qo'llab-quvvatlaydi. Ammo molibdenda ham aniq pH-harorat to'sig'i mavjud. 316 bu chegaradan past bo'lgan passiv korroziyaga chidamli qotishma. To'siqdan yuqorida u oddiy karbonli po'lat kabi harakat qiladi.

Sulfat kislotadagi 316 uchun passiv{0}}faolga-o‘tish chegaralarini miqdoriy aniqlash

Passive to active transition of 316 stainless steel in sulphuric acid has been established over the temperature range 25-100 °C by systematic corrosion testing employing weight loss measurements and electrochemical potentiodynamic polarisation. 316 is passive up to ~10 wt% H2SO4 (pH ~0.5) at 25 °C. At 50 °C the passive limit is reduced to 5 wt% H₂SO₄ (pH about 0.8). At 80 °C the limit is reduced to 1 wt% H2SO4 (pH ~1.2). The limit at 100 °C (boiling dilute acid) is around 0.5 wt % H2SO4 (pH about 1.5). Below these concentrations corrosion rates are less than 0.1 mm/year. Corrosion rates are very high above these concentrations, reaching >80 gradusda og'irligi 5% H2SO4 da yiliga 2 mm va 1,5 mm devorni teshiladi.<9 months. In high concentration sulphuric acid (over 90 wt%) 316 does indeed become passive again due to the production of a new layer. But such concentrations are rarely found in immersion heating applications. The most hostile situation for 316 is the intermediate concentration range (0.5-15 wt% depending on temperature) when the passive film is unstable. The detailed corrosion rates for 316 sheaths in sulphuric acid are shown in the table below as a function of concentration, temperature and time to perforation.

Concentration H2SO4 (wt%)Estimated pH Solution Temperature (°C) Corrosion Rate (mm/yr)Time to Perforation (1.5mm wall) Recommended for Continuous Service 0.1 1.5 25 0.02 >75 years Yes 0.1 1.5 80 0.05 >30 years Yes 0.1 1.5 100 0.15 10 years Marginal (monitor) 0.5 1.2 25 0.03 >50 years Yes 0.5 1.2 80 0.20 7-8 years Marginal, upgrade to 316L or Alloy 20 0.5 1.2 100 0.80 1.5-2 years Not recommended 1.0 1.0 25 0.05 >30 yil Ha 1.0 1.0 60 0.30 5 yil Tekshiruv bilan qabul qilinadi
1.0 1.0 80 2.0 9 Oylar Tavsiya etilmaydi 2.0 0.8 25 0.15 10 yil Vaqti-vaqti bilan foydalanish mumkin
2.0 0.8 50 1.0 1.5 yil Tavsiya etilmaydi 5.0 0.5 25 0.50 3 yil marginal (yangilash)
5.0 0.5 50 4.0 4-5 oy Qabul qilinmaydi
10.0 0.2 25 1.5 1 yil Sovuq va vaqti-vaqti bilan bo'lmasa, 316 uchun mos emas
15.0 0.0 25 3.0 6 oy qabul qilinishi mumkin emas
Oksidlovchi moddalar tomonidan passiv diapazonning kengayishi

Yuqoridagi passiv{0}}faol chegaralar gazlangan eritmalarga (ya'ni, eritmada erigan kislorod) nisbatan qo'llaniladi. Deaeratsiyalangan yoki kamaytiruvchi sharoitlarda (masalan, kislorodsiz sulfat kislota va korroziyadan vodorod mavjud bo'lgan holda) katod reaktsiyasining cheklanishi (kislorodni kamaytirish) tufayli passiv diapazon sezilarli darajada torayadi{6}} 80 gradusda emas, balki bir necha soat ichida faol ravishda 0,5 og'irlikdagi H2SO4 deaeratsiyasi bilan. Biroq, nitrat kislota, temir (Fe3 +) yoki kup (Cu2 +) ionlari kabi oksidlovchi kimyoviy moddalar qoʻshilishi passiv diapazonni yuqori konsentratsiyalar va yuqori haroratgacha kengaytiradi. Tarkibida 1000 ppm Fe{16}} boʻlgan sulfat kislotada 80 daraja haroratda ogʻirligi 10% gacha passiv qoladi -oʻn baravar yaxshilanadi. Texnologik eritma o'ziga xos komponent sifatida oksidlovchi turlarni o'z ichiga olgan isitgichlar uchun ilovalarda (masalan, temir sulfatni o'z ichiga olgan tuzlangan vannalar yoki metall pardozlashdan olingan chiqindi kislota oqimlari) 316 hatto sof kislotada faol korroziyaga olib keladigan sharoitlarda ham mos kelishi mumkin. Oksidlovchilarning mavjudligiga bog'liq muammo shundaki, jarayonning buzilishi ularning kontsentratsiyasini pasaytirishi va korroziyaning keskin tezlashishiga olib kelishi mumkin. Oldingi jadvaldagi passiv{26}}faol chegaralar sulfat kislota xizmati uchun 316 ni belgilashi uchun muhandislar uchun eng yomon-holatlar (minimal oksidlanish potentsiali) sharoitida bir ma'noda bajarilishi kerak.

Ishlayotgan isitgichlarda faol korroziyani haqiqiy aniqlash

Uchta maydon indikatori passiv{1}}faol chegaraga yaqin sulfat kislota eritmalarida ishlaydigan 316 ta qobiq uchun faol korroziya boshlanganligini ko‘rsatadi. Birinchisi, eritma rangining o'zgarishi: 316 ning kuchli erishi yashil Fe 2+ va Ni 2+ ionlarini hosil qiladi va odatda rangsiz yoki ozgina sariq kislotani och yashil yoki ko'k-yashil rangga aylantiradi. Ikkinchisi - vodorod gazining evolyutsiyasi. Kislotadagi zanglamaydigan po'latning faol korroziyasi g'ilof yuzasida vodorod pufakchalarini ishlab chiqarish bilan birga keladi, bu isitgichdan ko'tarilgan nozik pufakchalar oqimi sifatida kuzatilishi mumkin. Passiv holatda vodorod evolyutsiyasi bo'lmaydi, chunki katodik jarayon kislorodni kamaytirishdir. Uchinchi belgi - bir xil quvvat kiritish uchun isitgich qobig'i haroratining tez pasayishi. Ichki isitish simining elektr qarshiligi bir xil bo'lib qoladi. Qopqoq devori yupqaroq bo'lib bormoqda va kamroq issiqlik qarshiligiga ega. Quvvat zichligi doimiy bo'lsa, tashqi sirt harorati pasayadi. Devorning sezilarli darajada yupqalashishi 1-2 oy davomida o'lchangan sirt haroratining 5-10 darajaga pasayishi bilan tasdiqlanadi. Agar isitgichni tekshirish uchun olib tashlash mumkin bo'lsa, devor yo'qolishi vaqt o'tishi bilan miqdoriy monitoring uchun ultratovushli qalinligi o'lchagich bilan kuzatilishi mumkin. Korroziya darajasi yiliga 0,3 mm dan oshsa, almashtirishga tayyorgarlik ko'rishni boshlang.

316 passiv chegaradan oshib ketganda muqobil qotishmalar

For the sheathed heater, if the necessary sulphuric acid concentration and temperature are outside the passive range for 316, various more resistant alloys are available. Alloy 20 (Carpenter 20) comprises 32-38 % Ni, 19-21 % Cr and 2-3 % Mo plus copper and provides excellent resistance to dilute sulphuric acid up to 10-15 wt% at boiling. Similar performance with a little less nickel is Incoloy 825 (Alloy 825). Alloy C-276 (Hastelloy C-276) or Alloy B-3 (Hastelloy B-3) are required for larger concentrations (15-50 wt% at moderate temperatures), but are considerably more expensive. For very dilute acid (less than 1 wt%, pH>1.0) 80 gradusgacha adekvat xizmat muddati (5-10 yil) past uglerodli va to'g'ri sirt jilosi bilan 316L tomonidan ta'minlanadi. Harorat va kontsentratsiya kombinatsiyasi faol hududga yaqin bo'lgan har qanday dasturda korroziya xavfi o'zgarishi mumkin bo'lgan qoplamali isitgichni yoki tashqi isitish bilan qoplangan idishni tanlash orqali butunlay yo'q qilinadi, isitgichni kislota bilan bevosita aloqa qilishdan saqlaydi.

Xulosa: sulfat kislota xizmatlarida 316 uchun xavfsiz ishlash chegaralari

316 zanglamaydigan po'latdan o'ralgan suv isitgichlarining passiv korroziya tezligi yiliga 0,02-0,2 mm, ammo sulfat kislota eritmalarida faol tez erish tezligi yiliga 1-10 ​​mm. Passiv korroziyadan faol tez erishga o'tish uchun pH-harorat chegarasi ko'p jihatdan kislota kontsentratsiyasiga bog'liq . 316 atrof-muhit haroratida 10 wt% H2SO4 ga bardosh bera oladi. 80 C da qabul qilinadigan chegara og'irligi 0,5-1% gacha kamayadi. Hatto og'irligi 0,5% da korroziya tezligi 100 darajada kichikdir. Muhandislar kislotali ishlash uchun 316 ta qoplamali isitgichlarni belgilaganlarida, ular kislotaning haqiqiy kontsentratsiyasini va maksimal ish haroratini aniqlashlari kerak, keyin bu qiymatlarni yuqoridagi jadvalning miqdoriy chegaralari bilan solishtirishlari kerak. Agar kombinatsiya chekka yoki qabul qilinishi mumkin bo'lmagan diapazonga tushib qolsa, isitish moslamasini pastroq haroratga (quvvat zichligini kamaytirish orqali) tushirish kerak, standartni korroziyaga chidamliroq qotishmaga oshirish kerak yoki isitish texnologiyasini bilvosita yoki tashqi isitishga o'zgartirish kerak. Passiv-faol o'tishni miqdoriy kimyoviy va termal xususiyatlarga bog'lab, bu erda taklif qilingan metodologiya xaridorlarga sulfat kislotasi sharoitida 316 ta qobiqning xizmat qilish muddatini taxmin qilish va passiv plyonka ishlamay qolgandan keyin sodir bo'ladigan tez agressiv korroziyadan qochish imkonini beradi.