Ved hvilken spesifikk kombinasjon av svovelsyrekonsentrasjon og temperatur krever en 1,2 millimeter 316 rustfri stålkappe utskifting hver tredje måned i titandioksidproduksjonsvarmerservice?
Legg igjen en beskjed
Prosessingeniører som arbeider med elektriske varmeovner i produksjonen av titandioksid via sulfatprosessen vet at gjennom fordøyelses- og hydrolysestadiene er svovelsyrekonsentrasjoner på 15 til 25 % ved temperaturer på 80 til 110 grader typiske. For plassbegrensede reaktorer er det noen ganger nødvendig med en 1,2 mm 316 rustfri stålkappe, selv om den høye konsentrasjonen, temperaturen og varmestrømmen fra watttettheten genererer eksepsjonelt aggressive korrosjonsforhold. Med noen terskler kan generell korrosjon trenge gjennom 1,2 mm veggen på tre måneder, og dette betyr at den må skiftes ut hver tredje måned. I denne studien identifiserer vi den nøyaktige konsentrasjonen-temperaturforholdene der en 1,2 mm 316 kappe oppnår en levetid på tre måneder.
Motstand på 316 mot korrosjon av konsentrert svovelsyre ved forhøyet temperatur
Ved temperaturer over 80 grader faller 316 rustfritt stål inn i det aktive korrosjonsdomenet i 15–25 % svovelsyre. Korrosjonshastigheter er ikke passive, men aktive høye, fra 2 mm til 10 mm per år avhengig av spesifikk konsentrasjon og temperatur. Det mest aggressive området er 90–100 grader med 18–22 % svovelsyre, hvor hastigheten kan overstige 15 mm/år. Den minste strukturelle tykkelsen for trykkdemping for en kappe på 1,2 mm er i størrelsesorden 0,4 mm. 3.2 mm/år korrosjonshastighet vil gi 0,8 mm penetrering (1,2 mm-0,4 mm) på 3 måneder. Den totale syrekonsentrasjonen og mantelens overflatetemperatur, når de kombineres, resulterer i at en korrosjonshastighet på ca. 3–5 mm per år når utskiftingsgrensen på tre måneder.
Kritiske terskler for tre-måneders levetid
Basert på nedsenkingstesting av 316 prøver i svovelsyre ved konsentrasjoner og temperaturer som er relevante for titandioksidproduksjon, gir følgende kombinasjoner maksimalt tre-måneders levetid for en 1,2 mm vegg.
Konsentrasjon av svovelsyre (vekt%) Temperatur på bulkløsning Temperatur på kappeoverflaten ved 6 W/cms (12 graders økning) Forventet korrosjonshastighet ved overflatetemperatur Tid for å redusere 1,2 mm til 0,4 mm Levetid til utskifting
15 % 80 grader 92 grader 1,5 – 2,5 mm/år 0,3 – 0,5 år 4 – 6 måneder
15 % 85 grader 97 grader 2,5 – 4,0 mm/år 0,2 – 0,3 år 2,5 – 4 måneder
15 % 90 grader 102 grader 4,0 – 6,0 mm/år 0,13 – 0,20 år 1,5 – 2,5 måneder
18 % 75 grader 87 grader 2,0 – 3,0 mm/år 0,27 – 0,40 år 3 – 5 måneder
18 % 80 grader 92 grader 3,0 – 5,0 mm/år 0,16 – 0,27 år 2 – 3,5 måneder
18 % 85 grader 97 grader 5,0 – 8,0 mm/år 0,10 – 0,16 år 1,2 – 2 måneder
20 % 70 grader 82 grader 2,5–4,0 mm/år 0,20–0,32 år 2,5–4 måneder
20 % 75 grader 87 grader 4,0 – 6,0 mm/år 0,13 – 0,20 år 1,5 – 2,5 måneder
20 % 80 grader 92 grader 6,0 – 10,0 mm/år 0,08 – 0,13 år 1 – 1,5 måneder
22 % 65 grader 77 grader 3,0 – 5,0 mm/år 0,16 – 0,27 år 2 – 3,5 måneder
22 % 70 grader 82 grader 5,0 – 8,0 mm/år 0,10 – 0,16 år 1,2 – 2 mnd
22 % 75 grader 87 grader 8,0 – 12,0 mm/år 0,07 – 0,10 år 0,8 – 1,2 måneder
25 % 60 grader 72 grader 3,0 ? 5,0 mm/år 0,16 ? 0,27 år 2 ? 3,5 måneder
25 % 65 grader 77 grader 5,0 – 8,0 mm/år 0,10 – 0,16 år 1,2 – 2 måneder
25 % 70 grader 82 grader 8,0 – 12,0 mm/år 0,07 – 0,10 år 0,8 – 1,2 mnd
For en titandioksid-nedbrytningsreaktor som bruker 20 % svovelsyre ved en bulktemperatur på 80 grader med en 1,2 mm kappe ved 6 W/cm², er mantelens overflatetemperatur ca. 92 grader. Den forventede korrosjonshastigheten er 6–10 mm per år, noe som resulterer i at veggen på 1,2 mm reduseres til 0,4 mm i løpet av 1–1,5 måneder{10}} måneders utskifting er optimistisk. Faktisk levetid er 1-2 måneder.
3-måneders utskiftingsplan for sikker driftskonvolutt
Følgende tabell viser den maksimale sikre bulktemperaturen for svovelsyre for en 1,2 mm 316 kappe ved forskjellige watttettheter for å gi en levetid på minst tre måneder før utskifting ved en veggreduksjon til 0,4 mm.
Watt tetthet (temperaturstigning) Maksimal bulktemperatur for 15 % H2SO4 Maksimal bulktemperatur for 18 % H2SO4 Maksimal bulktemperatur for 20 % H2SO4 Maksimal bulktemperatur for 22 % H2SO4 Maksimal bulktemperatur for 25 % H2SO{{14} grader W/cm2 7 grader (7 0 cm2) (7 grader) grader 72 grader 66 grader 6 W/cm2 (12 graders stigning) 82 grader 76 grader 72 grader 68 grader 62 grader 8 W/cm2 (16 graders stigning) 78 grader 72 grader 68 grader 64 grader 58 grader 10 W/cm2 (20 graders stigning) 74 grader 460 grader
Den sikre bulkgrensen for titandioksidprosessen er 76 grader (18 % svovelsyre, 80 grader bulktemperatur, 6 W/cm² (12 graders økning, 92 graders overflate)). Varmeren er over sikkerhetsgrensen ved 80 grader, og levetiden på tre måneder er ikke garantert. Sikker bulkgrense på 80 grader -marginal selv ved 4 W/cm2.
Designendringer for å forlenge levetiden utover tre måneder
Hvis titandioksidprosessforholdene tilsier en 1,2 mm 316 kappe og en levetid på tre måneder ikke er tilstrekkelig, kan to endringer hjelpe, men en legeringsoppgradering er sterkt anbefalt. Den første endringen er å maksimere den oppvarmede lengden for å minimere watt-tettheten så mye som mulig. Med 4 W/cm2 er korrosjonshastigheter på 2–4 mm/år i 18–20 % svovelsyre ved 80 grader oppnåelig, og dermed begrenses levetiden til 3–6 måneder. Den andre forbedringen ville være å bruke et dupleks rustfritt stål som 2205 eller et rustfritt stål med høy-silisiuminnhold som Alloy 20. I 20 % svovelsyre ved 80 grader reduserer Alloy 20 korrosjonshastigheten til mindre enn 0,5 mm per år, noe som forlenger levetiden til 2–3 år i løpet av 2–3 år i rustfritt stål. fordøyelse og hydrolyse stadier av titandioksid produksjon. Ingeniører bør spesifisere hylster av legering 20, legering 825 eller tantal-kledd for pålitelig service. Når du spesifiserer varmeovner for titandioksidproduksjon, må du alltid nevne riktig syreinnhold, bulktemperatur og anslått driftssyklus. Ansvarlig råd er ikke å foreslå 316 for 20 % svovelsyre ved 80 grader uten å snakke om rask korrosjon. For de fleste virksomheter er kvartalsvis utskifting ikke økonomisk lønnsomt. En forutsigbar, men kort levetid på tre måneder for utskifting. En legeringsforbedring er det rette tekniske svaret.
