Nerūdijančio plieno marinavimo linija pakeitė trečią 316 l panardinamą šildytuvą per dvejus metus. Kiekvienas šildytuvas sugedo tokiu pat būdu-, kad išilgai suvirinimo siūlių ir skysčio linijos susidarytų korozija, o po to per-sieną prasisunkdavo nuotėkis, užteršęs vonią. Marinavimo tirpalas buvo azoto ir vandenilio fluorido rūgščių mišinys 55 laipsnių temperatūroje, chemija, kuriai nerūdijantis plienas 316L nėra pritaikytas. Techninės priežiūros komanda manė, kad nerūdijančio plieno pakanka, nes vonia buvo „tik rūgštis“. Nesėkmės įrodė kitaip.
Nerūdijantis plienas 316L yra numatytoji medžiaga daugeliui panardinamųjų šildytuvų. Jis yra nebrangus, lengvai prieinamas ir atsparus daugeliui švelnių cheminių medžiagų. Tačiau marinuojant mišriai rūgštimi,-ypač tuos, kuriuose yra vandenilio fluorido rūgšties, chloridų arba didelės koncentracijos redukuojančių rūgščių – 316L yra netinkamas pasirinkimas. PTFE, nepaisant mažesnio šilumos laidumo ir didesnių sąnaudų, užtikrina tarnavimo laiką, kurio nerūdijantis plienas negali prilygti.
Kodėl 316L nepavyksta marinuojant mišriomis rūgštimis
Nerūdijantis plienas 316L remiasi pasyvia chromo oksido plėvele, užtikrinančia atsparumą korozijai. Plėvelė yra stabili oksiduojančioje aplinkoje ir daugelyje švelnių rūgščių. Jis suyra esant konkrečioms agresyvioms rūšims.
Labiausiai kenkia fluoro rūgštis. Fluoro jonai tiesiogiai atakuoja pasyviąją plėvelę ir neleidžia jai atsinaujinti. Kai plėvelė pažeidžiama, apatinis metalas greitai korozuoja. Korozija yra lokalizuota-įdubimai, įtrūkimai ir suvirinimo-linijos ataka-, o ne vienoda. Šildytuvas gali prarasti sienelės storį mažame plote ir sugesti, o likusi apvalkalo dalis vis tiek atrodo nepažeista.
Chloridai daro panašią žalą, nors mechanizmas skiriasi. Chlorido jonai prasiskverbia į pasyviąją plėvelę silpnose vietose ir inicijuoja duobių susidarymą. Duobės gilėja ir gali prasiskverbti į sieną. Mišriose azoto-vandenilio fluorido marinavimo voniose yra abiejų rūšių, o derinys yra agresyvesnis nei bet kuris vienas.
| Chemija | 316L korozijos greitis | Pirminis atakos režimas | Numatomas tarnavimo laikas | PTFE tinkamumas |
|---|---|---|---|---|
| 10% azoto rūgšties, 50 laipsnių | <0.1 mm/year | Vienodos, švelnios | >10 metų | Gerai |
| 10 % azoto + 2 % HF, 50 laipsnių | 1,0–5,0 mm/metus | Įdubimas, suvirinimo ataka | 3-10 mėnesių | Puikiai |
| 15 % azoto + 3 % HF, 55 laipsniai | 3,0–10,0 mm/metus | Sunkus įdubimas | 1-4 mėn | Puikiai |
| 20% HCl, 60 laipsnių | 5,0–15,0 mm/metus | Įdubimas, plyšys | <2 months | Puikiai |
| 10 % sieros + 2 % HF, 60 laipsnių | 2,0–8,0 mm/metus | Suvirinimo{0}}ataka | 2-8 mėn | Puikiai |
316 l nerūdijančio plieno korozijos laipsnis mišrios rūgšties ėsdinimo metu, palyginti su tinkamumu PTFE
Suvirinimo{0}} linijos pažeidžiamumas
Nerūdijančio plieno panardinamieji šildytuvai gaminami su suvirintomis jungtimis-apvalkalu-su-flanšu, apvalkalu-su gnybtu, o kartais ir išilginėmis siūlėmis. Suvirinimo procesas pakeičia metalurgiją karščio paveiktoje zonoje, todėl susidaro vietos, kurios yra mažiau atsparios korozijai nei netaurieji metalai.
Mišriojo rūgštinio ėsdinimo metu suvirinimo linijos yra pirmosios sritys, kurios sugenda. Šilumos paveiktoje zonoje dėl karbido nusodinimo gali būti sumažėjęs chromo kiekis arba joje gali būti liekamųjų įtempių, skatinančių įtrūkimus. Fluoro ir chlorido jonai pirmiausia atakuoja šias susilpnėjusias vietas.
PTFE panardinamuose šildytuvuose nėra suvirinimo linijų drėgnoje vietoje. Apvalkalas yra nepertraukiamas polimero ekstruzija arba liejimas, o flanšinė jungtis yra mechaniškai sandari arba chemiškai surišta, o ne suvirinta. Tai pašalina suvirinimo- linijos pažeidžiamumą, kuris riboja nerūdijančio plieno tarnavimo laiką agresyviose ėsdinimo cheminėse medžiagose.
Šilumos perdavimo ir dydžio mainai{0}}
Nerūdijančio plieno 316L šilumos laidumas yra maždaug 16 W/m·K-, maždaug 64 kartus didesnis nei PTFE. Nerūdijančio plieno šildytuvas gali veikti 3–5 W/cm² be perkaitimo, o PTFE šildytuvas daugumoje marinavimo vonių ribojamas iki 1,0–1,5 W/cm².
Praktinė pasekmė yra dydis. 6 kW nerūdijančio plieno šildytuvui gali prireikti tik 1500 cm² apvalkalo paviršiaus, kuris tilptų į kompaktišką ryšulį. 6 kW galios PTFE šildytuvui, kurio galia yra 1,2 W/cm², reikia 5 000 cm²-daugiau nei tris kartus didesnio paviršiaus ploto. Cisternuose su ribota šildytuvo vieta nerūdijančio plieno variantas gali tikti ten, kur netinka PTFE.
| Šildytuvo medžiaga | Šilumos laidumas | Saugus vatų tankis mišrioje rūgštyje | Paviršiaus plotas 6 kW | Santykinis pėdsakas |
|---|---|---|---|---|
| 316L nerūdijančio plieno | 16 W/m·K | 3–5 W/cm² | 1200–2000 cm² | Kompaktiškas |
| PTFE | 0.25 W/m·K | 1,0–1,2 W/cm² | 5000–6000 cm² | 3–4× didesnis |
| Titanas | 22 W/m·K | 2–4 W/cm² (ribojama HF) | 1500–3000 cm² | Kompaktiškas |
| PVDF | 0.20 W/m·K | 0,8–1,2 W/cm² | 5000–7500 cm² | Didesnis |
Šilumos perdavimas ir dydžių palyginimas panardinamiems šildytuvams mišrios rūgšties marinavimo metu
Kai nerūdijantis plienas vis dar turi prasmę
Nerūdijantis plienas ne visada yra neteisingas pasirinkimas. Lengvuose marinavimo tirpaluose-atskiesta azoto rūgštis be fluoridų ar chloridų-316L veikia gerai ir kainuoja mažiau nei PTFE. Tokiais atvejais didesnis vatų tankis ir kompaktiškas nerūdijančio plieno dydis yra pranašumai.
Sprendimo taškas yra agresyvių rūšių buvimas. Jei vonioje yra vandenilio fluorido rūgšties, chloridų arba didelės koncentracijos redukuojančių rūgščių, nerūdijantis plienas yra trumpalaikis pasirinkimas. Jei vonia yra silpnai oksiduojanti rūgštis, gali pakakti nerūdijančio plieno.
Bendrų išlaidų palyginimas laikui bėgant
316 l šildytuvo pirkimo kaina paprastai yra 40–60 % mažesnė nei panašaus PTFE šildytuvo. Bet marinuojant mišriai rūgštimi, nerūdijančio plieno šildytuvas gali tarnauti tik 3–10 mėnesių, o PTFE šildytuvas – 3–5 metus.
Per penkerius -metus nerūdijančio plieno variantą reikia pakeisti 6–20, o PTFE – 1–2. Darbas ir prastovos laikas, skirtas kiekvienam pakeitimui-ištuštinant baką, pašalinant sugedusį šildytuvą, įrengiant naują ir iš naujo{6}}atitinkant vonią-, žymiai padidina nerūdijančio plieno pasirinkimą.
Kai standartiniai šildytuvai netelpa reikiamo paviršiaus ploto
Mišriose rūgštinio marinavimo talpyklose su ribota periferine erdve dažnai negalima pritaikyti standartinių PTFE panardinamųjų šildytuvų esant mažam vatų tankiui, kurio reikalauja chemija. 6 kW našumui esant 1,0 W/cm² reikia 6 000 cm² apvalkalo paviršiaus -daugiau nei vienas tiesus arba L- formos įrenginys atitinka tipinius bako matmenis.
Pasirinktinė PTFE panardinamojo šildytuvo konfigūracija su kelių{0}}praėjimų arba perimetro-konstrukcija paskirsto šildymo paviršių per visą baką, išlaikant mažą vatų tankį. Specifikacijos procesas reikalauja vonios chemijos, darbinės temperatūros, bako matmenų ir reikalingos galios. Įrenginiams, kuriuose naudojamos mišrios rūgštinės ėsdinimo linijos, šis taikymas{4}}specifinis metodas užtikrina PTFE cheminį atsparumą konfigūracija, atitinkančia turimą erdvę.
