Pri kojoj specifičnoj koncentraciji klorovodične kiseline na 50 Celzijevih stupnjeva 1,2 milimetarski omotač od nehrđajućeg čelika 316 doživljava prodiranje udubljenja unutar 500 sati neprekidnog zagrijavanja uranjanjem?

Nehrđajući čelik 316 općenito se smatra marginalnim materijalom za električne uronjene grijače koje su odredili inženjeri kemijskih procesa za klorovodičnu kiselinu u sustavima za dekapiranje metala, korekciju pH i regeneraciju. Klorovodična kiselina je vrlo agresivna redukcijska kiselina. Kloridni ioni ciljaju pasivni sloj nehrđajućeg čelika. Za razliku od sumporne ili dušične kiseline, ne postoji raspon koncentracija u kojem ima stvarno dobru otpornost na 316. Međutim, na blagim temperaturama u vrlo razrijeđenim otopinama, 316 može dati prihvatljiv vijek trajanja za ne-kritične primjene. Vrijeme potrebno da se piting proširi s vanjske površine na unutarnju stijenku ovisi o debljini stijenke plašta. Ovaj članak izvješćuje o mjerenju specifične koncentracije klorovodične kiseline na 50 stupnjeva koja uzrokuje probijanje rupica u omotaču od 1,2 mm 316 u 500 sati neprekidnog rada pri prosječnoj industrijskoj gustoći vata.

Jamičasta korozija nehrđajućeg čelika 316 u razrijeđenom HCl.
Korozija 316 u klorovodičnoj kiselini javlja se kao rupičasta, a ne jednoliko stanjivanje. Ako se udubina formira na površinskoj grešci, inkluziji ili slabosti u pasivnom filmu, ona će se brzo širiti zbog autokatalitičke prirode napada klorida. Kritični potencijal pitinga 316 u otopinama klorida smanjuje se s povećanjem temperature i koncentracije klorida. Prag koncentracije klorida za pit start je oko 50-100 ppm (0,005-0,01% HCl) na 50 stupnjeva. Ispod ovog praga rupičasta korozija je rijetka i tipične stope korozije su manje od 0,05 mm/godišnje. Izvan ovog praga vjerojatno je pojava jamica i brzina širenja jamica se brzo povećava sa sadržajem klorida. Vrijeme do prodiranja za plašt stijenke od 1,2 mm kontrolira se brzinom širenja jamice nakon inicijacije. Brzine širenja pri 50 stupnjeva kreću se od 0,01 mm/h u 0,1% HCl do 0,10 mm/h u 1% HCl. Brzina širenja je ~0,03–0,05 mm/sat za 0,5% HCl, što znači da bi stijenka od 1,2 mm bila probijena 24–40 sati nakon početka rupe. Ovisno o kvaliteti površine i zaostalom opterećenju, cjelokupni životni vijek je 120-540 sati, uključujući indukcijsko vrijeme od 100-500 sati za start u jami.

Kritična koncentracija za 500-satni život
Sljedeći životni vijek predviđen je na temelju ispitivanja uranjanjem uzoraka omotača od 316 omotača na 50 stupnjeva i površinskog poliranja tipičnog za komercijalne grijače. Pri 0,05% HCl (500 ppm klorida), početak pitinga je oko 800-1200 sati, a širenje je sporo pri 0,005 mm na sat. 1.2 mm omotač bi trajao ukupno 1000-1500 sati. Na 0,10% HCl, vrijeme inicijacije se smanjuje na 400-600 h sa širenjem na 0,010-0,015 mm/h, za ukupno vrijeme od 500-800 h. Na 0,15% HCl počinje unutar 200-300 sati Širenje 0,020-0,025 mm na sat Ukupni životni vijek 300-500 sati. Početak 100-200 h pri 0,20% HCl Širenje 0,030-0,040 mm/h Ukupni vijek trajanja 150-300 h Osnovna koncentracija HCl za 500-satni vijek trajanja je oko 0,12 do 0,14%. Pri ovoj koncentraciji ili ispod nje postoji velika vjerojatnost da će omotač od 1,2 mm 316 preživjeti 500 sati kontinuiranog rada. Iznad ove koncentracije očekivani životni vijek je ispod 500 sati. Ove vrijednosti su za gustoću vata od 5–8 W/cm² što povećava temperaturu površine omotača na oko 55–60 stupnjeva. Pri većim gustoćama vata, viša površinska temperatura još više smanjuje kritičnu koncentraciju.

Servisna koncentracija klorovodične kiseline i matrica debljine stijenke
Tablica u nastavku daje preporučenu debljinu stijenke plašta od 316 za klorovodičnu kiselinu na 50 stupnjeva za predviđeni vijek trajanja. Vrijednosti pretpostavljaju gustoću vata od 5 do 8 W/cm2 i normalnu završnu obradu površine

Koncentracija HCl Koncentracija klorida (ppm) Predviđena stopa rasta jame na 50 stupnjeva Minimalna debljina stijenke 316 za životni vijek od 500 sati Minimalna debljina stijenke za životni vijek od 1000 sati Preporuka
Ispod 0,05%< 500 ppmBelow 0.005 mm/hour 0.8 mm 1.0 mm 316 acceptable for intermittent service 
0,05 – 0,10% 500 – 1.000 ppm 0,005 – 0,015 mm/sat 1,0 mm 1,6 mm 316 marginalno; Očekujte kratak život
0,10 – 0,15% 1.000 – 1.500 ppm 0.015 – 0.025 mm/sat 1.2 mm 2.0 mm 316 ne preporučuje se za stalnu upotrebu
0,15 – 0,20 % 1500 – 2000 ppm 0,025 – 0,040 mm/sat 1,6 mm 2,5 mm Titan ili tantal
0,20 – 0,50% 2000 – 5000 ppm 0,040 – 0,100 mm/h Nije praktično Ne mogu Potreban titan
Preko 0,50% Preko 5000 ppm Više od 0,100 mm/sat Nije prihvatljivo Nije kompatibilno Koristite ne-metalno grijanje
Ako je koncentracija klorovodične kiseline iznad 0,15% na 50 stupnjeva, nehrđajući čelik 316 nije dobar materijal za korištenje bez obzira na debljinu stijenke. Zabrinjavajući su brzina brzine širenja jama i značajan rizik od naglog probijanja bez obavijesti. Titan (razred 2 ili stupanj 7) ima dobru otpornost na razrijeđenu solnu kiselinu do koncentracije od 1% na 50 stupnjeva C, sa stopama korozije < 0,01 mm godišnje. Za veće koncentracije ili temperature potreban vam je tantal. Prilikom odabira grijača za klorovodičnu kiselinu gdje se razmatra 316, inženjeri bi trebali specificirati ispitivanje kupona korozije koristeći stvarnu procesnu kiselinu i uzorak materijala plašta na očekivanoj površinskoj temperaturi. Objavljeni podaci daju procjene, ali na ponašanje pitinga snažno utječu stvarna čistoća kiseline i kontrola temperature. Trošak kvara jednog grijača u klorovodičnoj kiselini – uključujući kontaminaciju procesne otopine metalnim ionima – često je veći od troška nadogradnje na titan. Razboriti inženjerski savjet pri 50 stupnjeva i iznad 0,1% je izbjegavanje 316 u potpunosti.