Лінія травлення з нержавіючої сталі замінила третій нагрівач 316L за два роки. Кожен нагрівач вийшов з ладу однаково-точковою корозією вздовж зварних швів і на лінії рідини, а потім через-протікання стінок, які забруднили ванну. Розчин для травлення був сумішшю азотної та фтористоводневої кислот при 55 градусах, хімії, для роботи з якою нержавіюча сталь 316L не призначена. Команда технічного обслуговування припустила, що нержавіюча сталь підходить, оскільки ванна була «просто кислотою». Невдачі довели протилежне.
Нержавіюча сталь 316L є матеріалом за замовчуванням для багатьох занурювальних нагрівачів. Він недорогий, легкодоступний і стійкий до широкого спектру слабких хімічних речовин. Але для змішаного кислотного травлення-особливо тих, що містять плавикову кислоту, хлориди або високі концентрації відновлюючих кислот, 316L є неправильним вибором. PTFE, незважаючи на його нижчу теплопровідність і високу вартість, забезпечує термін служби, який не може зрівнятися з нержавіючої сталі.
Чому 316L зазнає невдачі при травленні змішаною кислотою
Нержавіюча сталь 316L покладається на пасивну плівку з оксиду хрому для стійкості до корозії. Плівка стійка в окисних середовищах і в багатьох слабких кислотах. Він руйнується при наявності специфічних агресивних видів.
Плавикова кислота є найбільш шкідливою. Іони фтору безпосередньо атакують пасивну плівку, запобігаючи її реформуванню. Як тільки плівка порушується, метал під нею швидко кородує. Корозія є локальною-точковою, тріщинною та -зварною лініями-а не рівномірною. Утеплювач може втратити товщину стінки на невеликій ділянці і вийти з ладу, а решта оболонки виглядає цілою.
Хлориди спричиняють подібну шкоду, але механізм інший. Іони хлориду проникають через пасивну плівку в слабких місцях і ініціюють пітінг. Ями поглиблюються і можуть проникати в стіну. Змішані азотні-фтористо-водневі травильні ванни містять обидва види, і їх поєднання є більш агресивним, ніж кожен окремо.
| Хімія | 316L Швидкість корозії | Режим основної атаки | Очікуваний термін служби | Придатність PTFE |
|---|---|---|---|---|
| 10% азотна кислота, 50 град | <0.1 mm/year | Однорідний, м'який | >10 років | добре |
| 10% азотна + 2% HF, 50 градусів | 1,0–5,0 мм/рік | Пітінг, зварювання | 3–10 місяців | Чудово |
| 15% азотна + 3% HF, 55 градусів | 3,0–10,0 мм/рік | Сильна ямка | 1–4 місяці | Чудово |
| 20% HCl, 60 градусів | 5,0–15,0 мм/рік | Ямки, щілини | <2 months | Чудово |
| 10% сірчаної + 2% HF, 60 градусів | 2,0–8,0 мм/рік | Напад -лінії зварювання | 2–8 місяців | Чудово |
Швидкість корозії для нержавіючої сталі 316L при травленні змішаною кислотою порівняно з придатністю PTFE
Уразливість Weld{0}}Line
Занурювальні нагрівачі з нержавіючої сталі виготовляються зі зварними з’єднаннями-оболонки-до-фланця, оболонки-до-термінал, а іноді й поздовжніх зварних швів. Процес зварювання змінює металургію в зоні термічного-впливу, створюючи ділянки, менш стійкі до корозії, ніж основний метал.
У змішаному кислотному травленні зварні лінії є першими ділянками, які виходять з ладу. У зоні термічного-впливу може бути знижений вміст хрому через випадання карбіду, або в ній можуть бути залишкові напруги, які сприяють розтріскуванню. Іони фтору та хлориду переважно атакують ці ослаблені ділянки.
PTFE занурювальні нагрівачі не мають зварювальних ліній у зволоженій зоні. Оболонка — це безперервна полімерна екструзія або формування, а фланцеве з’єднання механічно ущільнене або хімічно з’єднане, а не зварене. Це усуває вразливість-лінії зварювання, яка обмежує термін служби нержавіючої сталі в агресивних хімікатах травлення.
Теплопередача та компроміс-розміру
Теплопровідність нержавіючої сталі 316L становить приблизно 16 Вт/м·K-, що приблизно в 64 рази вище, ніж PTFE. Нагрівач з нержавіючої сталі може працювати на рівні 3–5 Вт/см² без перегріву, тоді як нагрівач із фторопласту обмежений 1,0–1,5 Вт/см² у більшості травильних ванн.
Практичним наслідком є розмір. Обігрівач з нержавіючої сталі потужністю 6 кВт може вимагати лише 1500 см² поверхні оболонки, що вміщується в компактний комплект. ПТФЕ-нагрівач потужністю 6 кВт із потужністю 1,2 Вт/см² потребує 5000 см²-більш ніж у три рази більше площі поверхні. У резервуарах з обмеженим простором нагрівача варіант з нержавіючої сталі може підійти там, де PTFE не підходить.
| Матеріал утеплювача | Теплопровідність | Безпечна щільність у змішаній кислоті | Площа поверхні для 6 кВт | Відносний слід |
|---|---|---|---|---|
| Нержавіюча сталь 316L | 16 W/m·K | 3–5 Вт/см² | 1200–2000 см² | Компактний |
| PTFE | 0.25 W/m·K | 1,0–1,2 Вт/см² | 5000–6000 см² | в 3–4 рази більше |
| Титан | 22 W/m·K | 2–4 Вт/см² (обмежено ВЧ) | 1500–3000 см² | Компактний |
| PVDF | 0.20 W/m·K | 0,8–1,2 Вт/см² | 5000–7500 см² | Більший |
Теплопередача та порівняння розмірів для занурювальних нагрівачів у змішаному кислотному травленні
Коли нержавіюча сталь все ще має сенс
Нержавіюча сталь не завжди є неправильним вибором. У м’яких травильних розчинах-розведена азотна кислота без фторидів або хлоридів-316L добре працює та коштує дешевше, ніж PTFE. У цих сферах застосування більш висока щільність ват і компактний розмір нержавіючої сталі є перевагами.
Точкою прийняття рішення є наявність агресивних видів. Якщо ванна містить фтористоводневу кислоту, хлориди або високі концентрації відновних кислот, нержавіюча сталь є недовговічним варіантом. Якщо ванна являє собою слабку окислювальну кислоту, нержавіюча сталь може бути достатньою.
Порівняння загальної вартості за час
Закупівельна ціна нагрівача 316L зазвичай на 40–60% нижча, ніж на аналогічний нагрівач з PTFE. Але при змішаному травленні кислотою нагрівач з нержавіючої сталі може прослужити лише 3–10 місяців, тоді як нагрівач з PTFE служить 3–5 років.
Протягом п’яти-річного періоду варіант із нержавіючої сталі потребує 6–20 замін, а варіант із PTFE — 1–2. Робота та час простою для кожної заміни-зливання бака, видалення несправного нагрівача, встановлення нового та-повторної кваліфікації ванни-значно додають до вартості вибору з нержавіючої сталі.
Коли стандартні обігрівачі не можуть замістити необхідну площу поверхні
Резервуари для змішаного кислотного травлення з обмеженим периферійним простором часто не можуть вмістити стандартні занурювальні нагрівачі PTFE з низькою щільністю ват, що вимагає хімія. Навантаження 6 кВт при 1,0 Вт/см² потребує 6000 см² поверхні оболонки-більше, ніж один прямий або L-подібний блок у типових розмірах бака.
Спеціальна конфігурація занурювального нагрівача з PTFE з -багатопрохідною або периметральною-конструкцією розподіляє поверхню нагріву по баку, зберігаючи при цьому низьку щільність ват. Процес специфікації вимагає хімічного складу ванни, робочої температури, розмірів бака та необхідної потужності. На підприємствах, на яких працюють лінії травлення змішаною кислотою, цей-спеціальний підхід забезпечує хімічну стійкість PTFE у конфігурації, яка відповідає наявному простору.
