Anba ki konbinezon PH likid ak tanperati 316 Nerjaveèi asye a nan yon aparèy chofaj submerged tranzisyon soti nan pasif kowozyon aktif nan solisyon asid silfirik.

pH-Domèn Tanperati dekonpozisyon irevokabl nan fim pasif

Konpòtman korozyon nan 316 asye pur vlope tib chofaj elektrik nan solisyon asid silfirik (H2SO4) se pa yon fonksyon senp nan konsantrasyon asid oswa pH pou kont li. Olye de sa, li gen yon papòt byen defini kote kouch pwoteksyon oksid chromium la chanje soti nan pasivasyon ki estab nan disolisyon aktif ak pèt metal rapid ak inifòm. Tranzisyon sa a depann anpil de tanperati solisyon an ak pH (oswa plis presizyon konsantrasyon asid silfirik gratis). Anba papòt la (jeneralman pH > 1.5 nan 25 degre, k ap monte nan pH > 2.5 nan 80 degre), 316 montre konpòtman pasif ak pousantaj korozyon ki mwens pase 0.1 mm pou chak ane. Pi wo pase papòt la (kondisyon ki pi korozivite oswa tanperati ki pi wo) fim pasif la fonn lokalman epi to korozyon an ogmante a 1-10 mm pa ane, pèfore yon miray djenn 1.5 mm nan mwa oswa semèn. Papye sa a kalkile fwontyè tranzisyon pasif-a-aktif pou 316 djenn nan sèvis asid silfirik, li bay yon kad desizyon pou spesifikasyon aparèy chofaj nan anviwònman asid epi li defini fennèt fonksyone ki an sekirite pou yon pèfòmans serye alontèm.

Mekanis elektwochimik nan pann pasivite nan asid silfirik

Fim nan pasif sou 316 Nerjaveèi nan asid silfirik se yon fim oksid kwòm -anrichi (sitou Cr2O3 ak kèk oksid nan fè ak molybdène). Li fòme espontaneman nan sikwi louvri nan solisyon ki gen ase pouvwa oksidan. Nan asid silfirik dilye (pH > apeprè 2.0) oksijèn ki fonn founi reyaksyon katodik (rediksyon oksijèn) ki kenbe potansyèl la nan seri pasif la. Fim nan anjeneral se 2-5 nm epè ak estabilite li depann de balans ki genyen ant disolisyon fim (favè pH ki ba ak tanperati ki wo) ak repasivasyon fim (favorize pa prezans nan oksijèn ki fonn oswa lòt oksidan). Si pH la bese pi ba pase yon sèten valè oswa tanperati a ogmante, to dissolve oksid chromium la ogmante eksponansyèlman, paske solubilite espès Cr 3+ nan solisyon asid ogmante anpil. Si to a dissolution depase to repassivation la, kouch la se lokalman eklèsi ak metal fè ekspoze ki fonn vit (kowozyon aktif). Molybdène konsantrasyon an (2.0-2.5%) esansyèl pou estabilite pasif nan diminye asid tankou silfirik pou 316. Molybdène konstwi nan fim nan pasif ak sipòte devlopman nan yon kouch molybdate ki pi estab ki anpeche disolisyon aktif. Men, menm ak molybdène gen yon baryè pH-tanperati diferan . 316 se yon alyaj pasif korozyon reziste anba papòt la. Pi wo pase baryè a li konpòte li tankou asye kabòn òdinè.

Kantifikasyon fwontyè tranzisyon pasif-a-aktif pou 316 nan asid silfirik

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 >2 mm/ane nan 5 wt% H2SO4 nan 80 degre ak pèfore yon miray 1.5 mm nan<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 ane Wi 1.0 1.0 60 0.30 5 ane Akseptab ak enspeksyon
1.0 1.0 80 2.0 9 MwaPa rekòmande 2.0 0.8 25 0.15 10 ane Akseptab pou itilize okazyonèl
2.0 0.8 50 1.0 1.5 anePa rekòmande 5.0 0.5 25 0.50 3 ane majinal (ajou)
5.0 0.5 50 4.0 4-5 mwa Pa akseptab
10.0 0.2 25 1.5 1 ane Pa apwopriye pou 316 sof si frèt ak tanzantan
15.0 0.0 25 3.0 6 mwa pa akseptab
Ekstansyon an nan seri pasif pa ajan oksidan

Limit pasif-aktif ki anwo yo aplikab pou solisyon aere (sètadi oksijèn ki fonn nan solisyon an). Anba sikonstans deaerated oswa diminye (egzanp asid silfirik gratis nan oksijèn ak idwojèn ki soti nan korozyon prezan) ranje pasif la etwat konsiderableman akòz limitasyon nan reyaksyon an katodik (rediksyon oksijèn) . 316 ka aktivman korode nan èdtan olye pou yo mwa nan 80 degre nan 0.5 wt% H2SO4 ak deaeration. Sepandan, adisyon nan pwodwi chimik oksidan, tankou asid nitrique, ferrik (Fe3 +) oswa iyon kuprik (Cu{2 +), elaji seri pasif la nan pi gwo konsantrasyon ak pi wo tanperati. Nan asid silfirik ki gen 1000 ppm Fe3+ 316 rete pasif jiska 10% wt nan 80 degre -yon amelyorasyon diz fwa. Nan aplikasyon pou aparèy chofaj kote solisyon pwosesis la enkòpore espès oksidasyon kòm yon eleman nannan (egzanp, beny marinated ki gen silfat ferrik, oswa koule asid dechè soti nan fini metal), 316 ka apwopriye menm nan kondisyon ki ta mennen nan korozyon aktif nan asid pi bon kalite. Pwoblèm nan ak depann sou egzistans la nan oksidan se ke latwoublay pwosesis ta ka diminye konsantrasyon yo ak pwovoke akselerasyon brid nan korozyon. Fwontyè pasif-aktif ki nan tablo anvan an ta dwe satisfè san anbigwite anba kondisyon ki pi move-ka (potansyèl oksidasyon minimòm) pou enjenyè yo presize 316 pou sèvis asid silfirik.

Deteksyon aktyèl korozyon aktif nan aparèy chofaj kouri

Twa endikatè jaden yo montre ke korozyon aktif te kòmanse pou 316 djenn k ap travay nan solisyon asid silfirik tou pre fwontyè pasif-aktif la. Premye a se yon chanjman koulè nan solisyon an: disolisyon wòdpòte nan 316 kreye iyon vèt Fe 2+ ak Ni 2+, konvèti asid nòmalman san koulè oswa yon ti kras jòn nan yon koulè vèt pal oswa ble-vèt. Dezyèm lan se evolisyon gaz idwojèn. Kowozyon aktif nan asye pur nan asid akonpaye pa pwodiksyon an nan bul idwojèn sou sifas la djenn, ki ka obsève kòm yon kouran bul amann k ap monte soti nan aparèy chofaj la. Nan eta pasif, pa gen okenn evolisyon idwojèn, paske pwosesis katodik la se rediksyon oksijèn. Twazyèm siy la se yon bès rapid nan tanperati djenn aparèy chofaj pou menm opinyon pouvwa a. Rezistans elektrik fil chofaj entèn la rete menm jan an. Miray la djenn ap vin pi mens epi li gen mwens rezistans tèmik. Si dansite pouvwa a konstan tanperati sifas deyò a ap redwi. Se konsiderab eklèsi miray la pwouve pa yon rediksyon tanperati sifas mezire nan 5-10 degre pandan 1-2 mwa. Si aparèy chofaj la ka retire pou enspeksyon, pèt miray la ka swiv sou tan ak yon kalib epesè ultrasons pou siveyans quantitative. Kòmanse prepare pou ranplasman si to korozyon an depase 0.3 mm pa ane.

Alyaj altènatif lè 316 ale pi lwen pase limit pasif la

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) jiska 80 degre lavi adekwat (5-10 ane) bay pa 316L ak kabòn ki ba ak poli sifas apwopriye. Nan nenpòt aplikasyon kote tanperati a ak konbinezon konsantrasyon tou pre rejyon aktif la, risk korozyon elimine konplètman lè w chwazi yon aparèy chofaj ki gen yon djenn ki ka ranplase oswa yon veso aliyen ak chofaj ekstèn, elimine aparèy chofaj la soti nan kontak dirèk ak asid la.

Konklizyon: Limit operasyon an sekirite pou 316 nan sèvis asid silfirik

Pousantaj kowozyon pasif nan aparèy chofaj imèsyon an asye pur 316 yo se 0.02-0.2 mm/ane, men pousantaj disolisyon rapid aktif yo se 1-10 ​​mm/ane nan solisyon asid silfirik. Papòt pH-tanperati a pou tranzisyon soti nan korozyon pasif nan disolisyon aktif rapid depann lajman sou konsantrasyon asid . 316 ka tolere jiska 10% wt H2SO4 nan tanperati anbyen. Nan 80 C limit la akseptab redwi a 0.5-1 wt%. Menm nan 0.5 wt% pousantaj korozyon yo minè nan 100 degre. Lè enjenyè yo presize 316 aparèy chofaj kouvri pou operasyon asid, yo dwe detèmine aktyèl konsantrasyon asid pwosesis la ak tanperati maksimòm opere, Lè sa a, konpare valè sa yo ak limit quantitative nan tablo ki anwo a. Si konbinezon an tonbe nan seri majinal oswa akseptab Lè sa a, swa aparèy chofaj la dwe derated nan yon tanperati ki pi ba (pa diminye dansite pouvwa), estanda a dwe modènize nan yon alyaj ki pi reziste korozyon, oswa teknik la chofaj dwe chanje nan chofaj endirèk oswa ekstèn. Lè yo mare tranzisyon pasif-aktif la ak karakteristik chimik ak tèmik quantifiabl, metodoloji yo pwopoze isit la pèmèt achtè yo antisipe lavi sèvis 316 djenn nan anviwònman asid silfirik epi evite rapid korozyon agresif ki rive apre fim pasif la echwe.