עבור מהנדסי תהליך המתכננים מחממי טבילה חשמליים לכורים פרמצבטיים ולכלי עיבוד מזון, חומצה אצטית היא ממס ותווך תגובה נפוץ. בניגוד לחומצות מינרליות, חומצות אורגניות כמו אצטית מפגינות התנהגות קורוזיה מורכבת על פלדת אל חלד 316, עם אזורים פסיביים בריכוזים נמוכים וקורוזיה אקטיבית בריכוזי ביניים. נוכחותם של עקבות כלורידים או חמצן יכולה לשנות באופן דרמטי את המעבר הפעיל הפסיבי-. עובי דופן של 1.6 מ"מ אופייני לשירותים פרמצבטיים, מספק קצבת קורוזיה ועמידה בדרישות הניקוי. מאמר זה מזהה את השילוב הספציפי של ריכוז חומצה אצטית וטמפרטורת פני המעטפת שבה מעטפת 1.6 מ"מ 316 עוברת מקורוזיה פסיבית לאקטיבית בשירות כור פרמצבטי.
התנהגות קורוזיה של 316 בחומצה אצטית
קורוזיה חומצה אצטית של נירוסטה 316 עוקבת אחר דפוס ייחודי. בתמיסות מדוללות מתחת לריכוז של 10% בטמפרטורות מתחת ל-80 מעלות, 316 נשאר פסיבי עם שיעורי קורוזיה מתחת ל-0.05 מ"מ בשנה. בין 10% ל-50% ריכוז, הסרט הפסיבי הופך לבלתי יציב, ושיעורי הקורוזיה יכולים להגיע ל-0.5-2.0 מ"מ בשנה בהתאם לטמפרטורה ותכולת החמצן. מעל 50% ריכוז, חומצה אצטית הופכת לצמצום, ו-316 מפסיקות עם שיעורים יורדים מתחת ל-0.1 מ"מ בשנה. נוכחות חמצן או אוויר במערכת מסיטה את המעבר לריכוזים גבוהים יותר על ידי שמירה על תנאי חמצון. עבור כורים פרמצבטיים, ריכוזי חומצה אצטית משתנים מאוד-מתמיסות שטיפה מדוללות ועד לחומר תגובה מרוכז. טמפרטורת פני המעטפת, בדרך כלל 10-25 מעלות מעל טמפרטורת החומצה בתפזורת עקב צפיפות הוואטים, קובעת אם המחמם פועל במשטר פסיבי או אקטיבי.
ספי מעבר קריטיים עבור נדן של 1.6 מילימטר
בהתבסס על בדיקת טבילה של 316 דגימות בחומצה אצטית עם תכולת חמצן מבוקרת (אופייני לכורים פרמצבטיים עם מרווח אוויר), השילובים הבאים של ריכוז וטמפרטורת פני המעטפת מפעילים את המעבר הפסיבי-ל-הפעיל.
| ריכוז חומצה אצטית (משקל%) | טמפרטורת מעבר פסיבי-ל-פעיל (עם אוויר) | טמפרטורת מעבר פסיבית-ל-פעילה (מנוקת אוויר) | טמפרטורת פני שטח נדן בטוחה מרבית לפעולה פסיבית | קצב קורוזיה צפוי במשטר אקטיבי |
|---|---|---|---|---|
| מתחת ל-5% | מעל 100 מעלות | מעל 90 מעלות | 95 מעלות | 0.3 - 0.6 מ"מ לשנה |
| 5 – 10% | 90 - 100 מעלות | 80 - 90 מעלות | 85 מעלות | 0.5 - 1.0 מ"מ לשנה |
| 10 – 15% | 80 - 90 מעלות | 65 - 75 מעלות | 75 מעלות | 0.8 - 1.5 מ"מ לשנה |
| 15 – 20% | 70 - 80 מעלות | 55 - 65 מעלות | 65 מעלות | 1.0 - 2.0 מ"מ לשנה |
| 20 – 30% | 60 - 70 מעלות | 45 - 55 מעלות | 55 מעלות | 1.5 - 2.5 מ"מ לשנה |
| 30 – 40% | 50 - 60 מעלות | 35 - 45 מעלות | 45 מעלות | 1.5 - 2.5 מ"מ לשנה |
| 40 – 50% | 45 - 55 מעלות | 30 - 40 מעלות | 40 מעלות | 1.0 - 2.0 מ"מ לשנה |
| 50 – 60% | 55 - 65 מעלות | 40-50 מעלות | 50 מעלות | 0.5 - 1.0 מ"מ לשנה |
| מעל 60% | מעל 80 מעלות | מעל 65 מעלות | 75 מעלות | 0.2 - 0.5 מ"מ לשנה |
עבור כור פרמצבטי המשתמש בחומצה אצטית של 15% בטמפרטורת כמות גדולה של 60 מעלות עם מעטה של 1.6 מ"מ ב-8 W/cm² (עלייה של 20 מעלות), טמפרטורת פני המעטפת מגיעה ל-80 מעלות. זה חורג מהמגבלה הבטיחותית של 75 מעלות עבור 15% חומצה, והמחמם יפעל במשטר הקורוזיה הפעיל עם שיעורים צפויים של 1-2 מ"מ בשנה. נדן בגודל 1.6 מ"מ יחורר תוך 1-2 שנים. הפחתת צפיפות הוואט ל-4 W/cm² (עלייה של 10 מעלות) שומר על פני המעטפת ב-70 מעלות -מתחת לסף של 75 מעלות-משחזר פעולה פסיבית ומאריך את החיים ל-10+ שנים.
מעטפת הפעלה בטוחה עבור נדן 1.6 מילימטר בשירות חומצה אצטית
הטבלה הבאה מספקת את הטמפרטורה המקסימלית הבטוחה של חומצה אצטית בתפזורת עבור מעטפת של 1.6 מ"מ 316 בצפיפויות וואט שונות, בהנחה של תנאים מאווררים אופייניים לכורים פרמצבטיים עם מרווח אוויר.
| ריכוז חומצה אצטית | צפיפות וואט 4 W/cm² (עלייה של 10 מעלות) | צפיפות וואט 6 W/cm² (עלייה של 15 מעלות) | צפיפות וואט 8 W/cm² (עלייה של 20 מעלות) | צפיפות וואט 10 W/cm² (עלייה של 25 מעלות) |
|---|---|---|---|---|
| מתחת ל-5% | בטוח עד 85 מעלות | בטוח עד 80 מעלות | בטוח עד 75 מעלות | בטוח עד 70 מעלות |
| 5 – 10% | בטוח עד 80 מעלות | בטוח עד 75 מעלות | בטוח עד 70 מעלות | בטוח עד 65 מעלות |
| 10 – 15% | בטוח עד 75 מעלות | בטוח עד 70 מעלות | בטוח עד 65 מעלות | בטוח עד 60 מעלות |
| 15 – 20% | בטוח עד 65 מעלות | בטוח עד 60 מעלות | בטוח עד 55 מעלות | בטוח עד 50 מעלות |
| 20 – 30% | בטוח עד 55 מעלות | בטוח עד 50 מעלות | בטוח עד 45 מעלות | בטוח עד 40 מעלות |
| 30 – 40% | בטוח עד 45 מעלות | בטוח עד 40 מעלות | בטוח עד 35 מעלות | בטוח עד 30 מעלות |
| 40 – 50% | בטוח עד 40 מעלות | בטוח עד 35 מעלות | בטוח עד 30 מעלות | בטוח עד 25 מעלות |
| 50 – 60% | בטוח עד 50 מעלות | בטוח עד 45 מעלות | בטוח עד 40 מעלות | בטוח עד 35 מעלות |
| מעל 60% | בטוח עד 70 מעלות | בטוח עד 65 מעלות | בטוח עד 60 מעלות | בטוח עד 55 מעלות |
עבור כור פרמצבטי המשתמש בחומצה אצטית של 20% בטמפרטורת כמות גדולה של 55 מעלות, נדן של 1.6 מ"מ ב-6 W/cm² (משטח 70 מעלות) חורג מהמגבלה הבטיחותית של 55 מעלות. המחמם דורש הורדה ל-4 W/cm² (משטח 65 מעלות) או פחות. ב-10 W/cm², אפילו 10% חומצה אצטית בתפזורת של 60 מעלות מייצרת טמפרטורת פני השטח של 85 מעלות, החורגת מגבול הבטיחות של 70 מעלות לאותו ריכוז.
שינויי עיצוב לשמירה על פעולה פסיבית
כאשר תנאי תהליך של חומצה אצטית דורשים ריכוזים וטמפרטורות ליד הגבול הפעיל הפסיבי-, שלושה שינויי עיצוב יכולים לשמור על פעולה פסיבית מבלי לשנות את חומר המעטפת. הראשון הוא להבטיח אוורור נאות. חמצן מאוויר או מזריחה מעביר את המעבר הפסיבי-האקטיבי לטמפרטורות גבוהות יותר ב-10-15 מעלות. לכור המופעל תחת שמיכת חנקן (מנוחה) תהיה עמידות בפני קורוזיה נמוכה משמעותית מאשר לכור עם רווח אוויר. השינוי השני הוא להפחית את צפיפות הוואטים על ידי הגדלת האורך המחומם או שימוש במספר מחממים. הפחתה של 20% בצפיפות הוואט יכולה להוריד את טמפרטורת פני המעטפת ב-8-12 מעלות, מעבר מאקטיבי לפסיבי. השינוי השלישי הוא הוספת מעכב קורוזיה. ריכוזים קטנים (50-200 ppm) של חומרי חמצון כגון מי חמצן או חומצה חנקתית יכולים לייצב את הסרט הפסיבי בחומצה אצטית, ולהעלות את טמפרטורת המעבר ב-10-20 מעלות. עבור כורים פרמצבטיים הדורשים ריכוזי חומצה אצטית מעל 30% בטמפרטורות מעל 50 מעלות, 316 היא בחירה שולית ללא קשר לצפיפות וואט. בתנאים אלה, על המהנדסים לשדרג לסגסוגת גבוהה יותר כגון Alloy 20 או Alloy 825, השומרות על התנהגות פסיבית בחומצה אצטית עד לטמפרטורות רתיחה בכל הריכוזים. ההבדל בעלויות הוא בדרך כלל 30-50% מעל 316, אך חיי השירות נמשכים בין 1-2 שנים ל-10-15 שנים. בעת ציון תנורי חימום לשירות חומצה אצטית, ספק לספק תמיד את הריכוז המדויק, טמפרטורת הכמות, תנאי האוורור וצפיפות הוואטים הצפויה. יצרן שממליץ על 316 עבור 25% חומצה אצטית ב-65 מעלות מבלי לדון במעבר הפסיבי-הפעיל אינו מספק הדרכה הנדסית מלאה. המעבר מקורוזיה פסיבית לאקטיבית בחומצה אצטית הוא חד ותלוי בריכוז. מעטפת 1.6 מ"מ 316 הפועלת ממש מתחת לסף עשויה להחזיק מעמד עשור; אחד הפועל ממש מעל עשוי לחורר תוך 18 חודשים. חישוב מדויק של טמפרטורת פני המעטפת מצפיפות וואט ותנאי תפזורת חיוני למפרט אמין.
