Għaliex 316 Tubi tat-Tisħin Elettriku ta 'Stainless Steel Sheath f'Fwar ta' Aċidu Formiku 'l fuq minn 10% Konċentrazzjoni f'110-130 grad Jfallu minn Attakk Intergranulari fi Truf Kesħin Waqt li Jibqgħu Intatti fil-Fażi Likwida?

Tubi elettriċi tat-tisħin użati f'kolonni ta' distillazzjoni ta' aċidu formiku, sistemi ta' tnixxif tal-fwar-fażijiet, u ċerti reatturi ta' sinteżi kimika jesperjenzaw ambjent uniku ta'-fażijiet: il-porzjon t'isfel tal-għant huwa mgħaddas f'aċidu formiku likwidu (tipikament 50–90% konċentrazzjoni), filwaqt li l-porzjon ta' fuq huwa espost għal pressjoni ta' aċidu formiku, grad 1–130 fl-istess temperatura ogħla taħt pressjoni). Il-ħsarat fil-qasam minn impjanti kimiċi multipli juru mudell li jħawwad: is-sezzjoni tal-fażi likwida mgħaddsa tal-kisja tal-istainless steel 316 tibqa' intatta għal snin, filwaqt li s-sezzjoni tal-fażi tal-fwar - b'mod partikolari fl-interface tal-fwar likwidu- u fi truf kesħin fejn it-temperatura tal-għant tinżel taħt il-punt tat-togħlija u l-intergranul aċidu tal-perforazzjoni xhur. Din l-imġieba paradossali tirriżulta mill-kondensazzjoni tal-fwar tal-aċidu formiku fuq uċuħ tal-kisi li jkessaħ. Fil-fażi likwida, il-kontenut għoli ta 'ilma (l-aċidu formiku huwa igroskopiku u tipikament fih 5-15% ilma f'ekwilibriju) u l-preżenza ta' joni tal-metall maħlul jippromwovu l-formazzjoni ta 'film passiv protettiv. Fil-fażi tal-fwar, l-aċidu formiku li jikkondensa huwa aktar ikkonċentrat (sa 99% fil-kondensat inizjali) u ħieles mill-ispeċi buffering u passivating preżenti fil-likwidu tal-massa. Barra minn hekk, is-saff tal-kondensat huwa rqiq u jimtela kontinwament bil-fwar frisk, u jipprevjeni l-akkumulazzjoni ta 'speċi li jinibixxu. Il-kondensat ta 'aċidu formiku pur u kkonċentrat jattakka l-istainless steel 316 permezz ta' mekkaniżmu intergranulari, iħoll il-kromju mill-konfini tal-qamħ u jħalli skeletru ta 'ħbub ta' austenite li jinqalgħu mill-wiċċ. Dan l-artikolu jikkwantifika r-rati ta' korrużjoni intergranulari ta' 316 f'kondensat tal-fwar tal-aċidu formiku kontra likwidu tal-massa u jipprovdi gwida tal-għażla tal-materjal għas-servizz tal-aċidu formiku tal-fażi tal-fwar-.

Kimika tal-Kondensazzjoni u Tkissir tal-Passività fil-Fwar-Aċidu Formiku tal-Fażi

L-aċidu formiku (HCOOH) huwa aċidu organiku dgħajjef b'pKa ta '3.75. Fil-fażi likwida f'110-130 grad, il-kontenut ta 'ilma ta' ekwilibriju huwa tipikament 5-15% skont l-espożizzjoni u l-konċentrazzjoni atmosferika. Dan il-kontenut ta 'ilma, flimkien ma' traċċi ta 'jonji tal-metall mill-korrużjoni ta' tagħmir upstream, jipprovdi konduttività jonika suffiċjenti u kapaċità ta 'buffering biex iżżomm il-film passiv fuq 316 stainless steel. Ir-rata ta 'korrużjoni ta' 316 f'85% aċidu formiku f'120 grad hija tipikament 0.05–0.15 mm/sena - aċċettabbli għall-biċċa l-kbira tal-applikazzjonijiet industrijali.

Meta l-fwar tal-aċidu formiku jikkondensa fuq wiċċ li jkessaħ – bħat-tarf kiesaħ ta’ tubu tat-tisħin elettriku li jestendi 'l fuq mil-livell tal-likwidu, jew ir-reġjun tal-interface tal-fwar likwidu- fejn il-bżieżaq tal-fwar jiġġarfu – il-kompożizzjoni tal-kondensat tvarja mill-likwidu tal-massa. L-aċidu formiku jifforma ażeotropu minimu ta' togħlija bl-ilma f'madwar 77% aċidu formiku (punt tat-togħlija 107 grad). Madankollu, f'sistema bi gradjent ta 'temperatura, l-ewwel kondensat li jifforma huwa arrikkit fil-komponent aktar baxx ta' -togħlija: aċidu formiku pur (punt ta 'togħlija 101 grad) jikkondensa preferenzjali fuq l-ilma (punt ta' togħlija 100 grad huwa aktar baxx, iżda l-imġieba tal-pressjoni tal-fwar ta 'aċidu formiku hija kumplessa). Ir-riżultat huwa li l-kondensat jista 'jilħaq 98-99% aċidu formiku b'kontenut ta' ilma negliġibbli. Dan l-aċidu formiku ikkonċentrat ħafna,-ħieles mill-ilma huwa aġent aggressiv ta' deidrazzjoni li jfixkel il-film passiv tal-ossidu tal-kromju u jippromwovi attakk intergranulari.

Barra minn hekk, il-film rqiq tal-kondensat (tipikament 10–100 µm ħxuna) jimtela kontinwament b'fwar frisk, li jipprevjeni l-akkumulazzjoni ta' speċijiet li jinibixxu l-korrużjoni- (bħal ħadid maħlul jew joni tal-kromju) li kieku jnaqqas ir-reazzjoni. Fil-likwidu tal-massa, il-prodotti tal-korrużjoni jakkumulaw u eventwalment jiffurmaw barriera protettiva, u tnaqqas ir-rata tal-korrużjoni maż-żmien.

Rati ta' Korrużjoni Intergranulari Kwantifikati f'Aċidu Formiku Likwidu vs Fwar

Twettqu testijiet ta' korrużjoni kkontrollati fuq 316-il kampjun ta' l-istainless steel (ħxuna ta' 1.5 mm, soluzzjoni-ittemprat) esposti kemm għal fażijiet likwidi kif ukoll ta' fwar ta' aċidu formiku f'120 grad taħt kundizzjonijiet ta' rifluss. Il-kampjuni tal-fażi likwida ġew mgħaddsa għal kollox f'85% aċidu formiku. Kampjuni tal-fażi tal-fwar-kienu sospiżi 'l fuq mill-wiċċ tal-likwidu, esposti għall-fwar tal-kondensazzjoni fl-istess temperatura (temperatura tal-għant ikkontrollata minn tisħin estern għal 115-120 grad). It-tul ta 'l-espożizzjoni kien ta' 1000 siegħa, b'rati ta 'korrużjoni determinati minn telf ta' piż u fond ta 'attakk intergranulari mkejla b'mod metallografiku.

Ir-rata ta' korrużjoni tal--fażi tal-fwar kienet bejn wieħed u ieħor 10 darbiet ogħla mill--fażi likwida f'konċentrazzjoni tal-massa ekwivalenti. Il-fond tal-attakk intergranulari f'1000 siegħa fil-fwar (120 µm) jirrappreżenta 8% ta 'ħxuna tal-ħajt ta' 1.5 mm; estrapolat b'mod lineari, perforazzjoni sħiħa sseħħ f'madwar 12,500 siegħa (17-il xahar). Il-kundizzjoni tat-tmiem kiesaħ-(għant f'95 grad , taħt il-punt tat-togħlija tal-aċidu formiku) ipproduċiet l-aktar attakk sever, b'ħin ikkalkulat għall-perforazzjoni ta' 8-10 xhur biss - li jaqblu ma' rapporti ta 'falliment fil-qasam.

Rwol tal-Kontenut tal-Ilma u Gradjent tat-Temperatura

Il-parametru kritiku li jikkontrolla l-korrużjoni 316 fil-fwar tal-aċidu formiku huwa l-kontenut tal-ilma tal-kondensat. Żieda żgħira ta 'ilma mal-fażi tal-fwar tnaqqas b'mod drammatiku l-korrużività. F'testijiet fejn is-soluzzjoni ta 'aċidu formiku ġiet dilwita għal 85% (li jirriżulta f'kondensat tal-fwar ukoll f'madwar 85%), ir-rata ta' korrużjoni tal-fażi tal-fwar-waqgħet għal 0.12 mm/sena - komparabbli mal-fażi likwida. Dan jenfasizza l-importanza li jinżamm kontenut minimu ta 'ilma fis-sistema. Madankollu, f'ħafna proċessi industrijali, l-ilma jitneħħa intenzjonalment biex jikkonċentra l-aċidu formiku, u joħloq il-kundizzjonijiet aggressivi anidrużi jew qrib-anidrużi.

Il-gradjent tat-temperatura tul il-għant jinfluwenza wkoll il-mudell tal-korrużjoni. L-iktar reġjuni kesħin - tipikament it-tarf terminali 'l fuq mil-livell tal-likwidu, fejn l-għant jitkessaħ bl-arja ambjentali jew mill-blokka terminali - jesperjenzaw l-ogħla rati ta' korrużjoni. F'temperaturi taħt il-punt tat-togħlija, il-kondensat jakkumula u ma jevaporax u jġedded kontinwament, li jwassal għal pools staġnati ta 'aċidu formiku konċentrat li jistgħu jilħqu konċentrazzjonijiet saħansitra ogħla minħabba l-evaporazzjoni selettiva tal-komponenti l-aktar volatili. Dan jispjega għaliex ħafna drabi l-fallimenti jiġu osservati fit-tarf kiesaħ tas-sezzjoni tal-fażi tal-fwar-, immedjatament taħt il-blokka terminali, aktar milli b'mod uniformi tul it-tul espost tal-fwar-.

Eżempji ta' Falliment tal-Qasam mid-Distillazzjoni tal-Aċidu Formiku

Stħarriġ ta 'erba' impjanti kimiċi li joperaw kolonni ta 'distillazzjoni ta' aċidu formiku b'316 ħiters elettriċi interni ta 'l-istainless steel wera mudelli konsistenti ta' falliment:

Impjant A - 85% distillazzjoni ta 'aċidu formiku f'110 grad, b'għata tal-heater mgħaddsa kompletament. Il-ħajja tal-heater qabżet it-48 xahar; insuffiċjenza seħħet permezz ta 'traqqiq ġenerali ta' 0.08 mm/sena.

Impjant B - 95% servizz ta 'konċentrazzjoni ta' aċidu formiku, b'heater pożizzjonat b'tali mod li l-200 mm ta 'fuq tal-għant ta' 1.2 m kien 'il fuq mil-livell tal-likwidu. Is-sezzjoni tal-fażi-fwar falliet fit-tarf kiesaħ wara 9 xhur. Il-metallografija wriet attakk intergranulari li jippenetra 0.6 mm tal-ħajt ta '1.5 mm.

Impjant C - 99% produzzjoni ta 'aċidu formiku anidru, heater mgħaddas kompletament (sistema taħt pressjoni, l-ebda vojt tal-fwar). Il-ħajja tal-heater kienet ta '24 xahar - imnaqqsa mill-każ ta' 85% iżda xorta aċċettabbli. L-impjant aktar tard installa heater b'livell ta 'likwidu estiż biex iżomm il-għant kollu mgħaddas, eliminat is-sezzjoni tal-fażi tal-fwar-, u kiseb 36 xahar ta' servizz.

Impjant D – 90% aċidu formiku b'sezzjoni tal-fażi tal-fwar-f'115 grad . L-impjant żied taqtir ta 'ilma żgħir (madwar 0.5 L/siegħa) mal-parti ta' fuq tal-qatta tal-heater, u żamm kontenut ta 'ilma kondensat 'il fuq minn 10%. Il-ħajja tal-heater żdiedet minn 8 xhur għal aktar minn 24 xahar.

Materjali Alternattivi għas-Servizz tal-Fwar-Fażi tal-Aċidu Formiku

Meta l-proċess jeħtieġ tħaddim b'sezzjoni tal-fażi tal-fwar-u l-konċentrazzjoni tal-aċidu formiku taqbeż id-90%, għandhom jiġu kkunsidrati materjali tal-kisi alternattivi. It-tabella li ġejja tqabbel materjali kandidati għal servizz tal-fażi tal-fwar f'120 grad b'kondensazzjoni ta' 95–99% aċidu formiku.

Alloy 825 joffri l-aħjar bilanċ ta 'spiża u reżistenza għall-korrużjoni għas-servizz ta' aċidu formiku tal-fwar-fażi f'konċentrazzjonijiet sa 95%. Għal 98–99% servizz anidruż, Alloy C-276 hija rakkomandata. It-titanju Grad 2 ġeneralment mhuwiex rakkomandat 'il fuq minn 80 grad f'aċidu formiku minħabba r-riskju ta' assorbiment ta 'idroġenu u embrittlement sussegwenti ta' l-idrur, għalkemm xi installazzjonijiet jirrappurtaw suċċess f'temperaturi ogħla taħt kondizzjonijiet ikkontrollati bir-reqqa.

Lingwa tal-Ispeċifikazzjoni għas-Servizz tal-Fwar tal-Aċidu Formiku

Meta takkwista tubi ta 'tisħin elettriku għal servizz ta' aċidu formiku fejn kwalunkwe porzjon tal-għant ikun espost għall-fwar f'konċentrazzjonijiet 'il fuq minn 85% u temperaturi ogħla minn 100 grad, l-inġiniera għandhom jinkludu l-ispeċifikazzjonijiet li ġejjin. Il-heater għandu jkun iddisinjat b'tali mod li l-għant kollu jibqa' mgħaddas taħt il-livell tal-likwidu fil-kundizzjonijiet kollha tat-tħaddim; jekk dan ma jkunx possibbli, is-sezzjoni tal-fażi-fwar għandha tkun mibnija minn Liga 825 (UNS N08825) jew liga ogħla. L-użu ta' azzar li ma jissaddadx 316 għal kull fwar-wiċċ espost huwa pprojbit meta l-konċentrazzjoni ta' aċidu formiku taqbeż id-90%. Għal sistemi fejn il-konċentrazzjoni tal-aċidu formiku tvarja, installa drenaġġ tal-kondensat jew sistema ta 'żieda tal-ilma biex iżżomm il-kontenut tal-ilma tal-kondensat 'il fuq minn 10%. Jekk 316 għandu jintuża fis-servizz tal-fażi tal-fwar għal kwalunkwe porzjon, jeħtieġ kupun tat-test tal-korrużjoni fl-ambjent attwali tal-fwar għal 1000 siegħa qabel l-installazzjoni tal-heater, b'fond aċċettabbli ta' attakk intergranulari li ma jaqbiżx il-25 µm. Barra minn hekk, speċifika li l-wiċċ tal-kisi tal-heater fl-interface tal-fwar likwidu-jiġi spezzjonat kull sena permezz ta' tekniki ta' replikazzjoni jew ultrasoniku biex jinstab attakk intergranulari qabel ma sseħħ il-perforazzjoni. Billi jirrikonoxxu li l-kondensat tal-fwar tal-aċidu formiku huwa sinifikament aktar aggressiv mill-likwidu tal-massa - mhux inqas aggressiv, kif tista 'tissuġġerixxi l-intuwizzjoni - l-inġiniera jistgħu jagħżlu materjali u konfigurazzjonijiet tad-disinn li jipprevjenu falliment intergranulari prematur.