При каком конкретном сочетании концентрации соляной кислоты и температуры поверхности оболочки оболочка из нержавеющей стали 316 толщиной 1,6 мм требует замены каждые 12 месяцев при обслуживании нагревателя регенерационного резервуара для ионообменных систем?

Соляная кислота является стандартным регенерантом для катионообменных смол. * * Для инженеров предприятий, ответственных за электрические погружные нагреватели в системах ионообменной очистки воды. Обычно регенерация проводится с использованием 5–10% HCl при температуре впрыска 20–40 градусов, однако для повышения эффективности резервуары регенерации часто нагреваются до 50–60 градусов. Эти нагреватели часто изготавливаются с оболочкой из нержавеющей стали 316 толщиной 1,6 мм из-за общей коррозионной стойкости в слабой HCl. Однако при определенной концентрации кислоты и высокой температуре поверхности оболочки по ваттной плотности питтинговая и общая коррозия ускоряются, что сокращает срок службы до 12 месяцев или менее. В этой статье рассказывается, где именно ежегодно заменять оболочку из стали 316 толщиной 1,6 мм при обслуживании нагревателя регенерационного бака.

Коррозионное поведение 316 в разбавленной соляной кислоте
Пассивная пленка нержавеющей стали 316 подвергается воздействию ионов хлора, а соляная кислота весьма агрессивна по отношению к нержавеющей стали 316. При содержании ниже 3% и температуре ниже 40 градусов 316 демонстрирует умеренную скорость коррозии 0,1-0,3 мм в год. При 5% HCl скорость увеличивается до 0,5-1,0 мм в год при 40 градусах. Скорость 1,0-2,0 мм/год наблюдалась при 8% HCl. При 10% HCl показатели выше 2-4 мм в год. Минимальная толщина конструкции для оболочки 1,6 мм составляет ~0,6 мм. При скорости коррозии 1,0 мм/год проникновение коррозии на 1,0 мм (от 1,6 мм до 0,6 мм) происходит за 12 месяцев. Порог замены через 12 месяцев определяется, когда совокупная концентрация HCl и температура поверхности оболочки приводят к скорости коррозии 0,8–1,2 мм в год.

Критические пороговые значения 12-месячного срока службы
Испытание погружением 316 образцов в соляную кислоту при температурах, соответствующих условиям эксплуатации регенерационного резервуара, показывает, что следующие комбинации концентрации кислоты и температуры поверхности оболочки обеспечат максимальный срок службы 12 месяцев для стенки толщиной 1,6 мм.

Концентрация соляной кислоты (вес %) Температура объемного раствора Температура поверхности оболочки при 6 Вт/см² (повышение на 12 градусов) Ожидаемая скорость коррозии при температуре поверхности Время уменьшения от 1,6 мм до 0,6 мм Срок службы до замены 3% 40 градусов 52 градусов 0,2–0,4 мм/год 2,5–5,0 лет 3–6 лет 3% 50 градусов 62 градусов 0,4 – 0,7 мм/год 1,4 – 2,5 года 1,8 – 3 года 3% 55 градус 67 градус 0,6 – 1,0 мм/год 1,0 – 1,7 года 1,2 – 2 года 5% 35 градус 47 градус 0,4 – 0,7 мм/год 1,4 – 2,5 года 1,8 – 3 года 5% 40 градус 52 степень 0,6 – 1,0 мм/год 1,0 – 1,7 года 1,2 – 2 года 5% 45 степень 57 степень 0,9 – 1,4 мм/год 0,7 – 1,1 года 0,9 – 1,3 года 5% 50 степень 62 степень 1,2 – 1,8 мм/год 0,6 – 0,8 года 0,7 – 1,0 года 8% 30 градус 42 градус 0,6 – 1,0 мм/год 1,0 – 1,7 года 1,2 – 2 года 8% 35 градус 47 градус 0,9 – 1,4 мм/год 0,7 – 1,1 года 0,9 – 1,3 года 8% 40 градус 52 градус 1,3 – 2,0 мм/год 0,5 – 0,8 года 0,6 – 1,0 года 10% 25 градус 37 градус 0,8 – 1,2 мм/год 0,8 – 1,3 года 1,0 – 1,5 года 10% 30 градус 42 градус 1,1 – 1,7 мм/год 0,6 – 0,9 года 0,7 – 1,1 года 10% 35 градус 47 градус 1,6 – 2,4 мм/год 0,4 – 0,6 года 0,5 – 0,8 года
Для оболочки толщиной 1,6 мм при мощности 6 Вт/см2 в резервуаре для ионообменной регенерации с 5% HCl при объемной температуре 45 градусов поверхность оболочки будет составлять около 57 градусов. Прогнозируется, что скорость коррозии составит 0,9-1,4 мм/год, при этом толщина стенки 1,6 мм уменьшится до 0,6 мм через 0,7-1,1 года. Подходит замена через 12 месяцев. Снижение объемной температуры до 40 градусов снижает температуру поверхности до 52 градусов, скорость коррозии до 0,6–1,0 мм в год, увеличивает срок службы до 1,2–2 лет.

Схема замены на 12 месяцев. Безопасный рабочий диапазон.
В прилагаемой таблице указана максимальная безопасная температура соляной кислоты в объеме при различной плотности ватт, обеспечивающая срок службы не менее 12 месяцев до разрушения стенки до толщины 0,6 мм, требующей замены оболочки из 316 толщиной 1,6 мм.

Плотность ватт (при повышении температуры) Макс. Массовая температура. для 3% HCl Макс. Массовая температура. для 5% HCl Макс. Массовая температура. для 8% HCl Макс. Массовая температура. для 10% HCl
4 Вт/см2 (подъем на 8 градусов) 60 градусов 52 градуса 44 градуса 38 градусов 6 Вт/см2 (подъем на 12 градусов) 56 градусов 48 градусов 40 градусов 34 градуса 8 Вт/см2 (подъем на 16 градусов) 52 градуса 44 градуса 36 градусов 30 градусов 10 Вт/см2 (подъем на 20 градусов) 48 градусов 40 градусов 32 градуса 26 градусов
Для резервуара регенерации с 5% HCl при температуре объема 45 градусов и 6 Вт/см2 (подъем 12 градусов, поверхность 57 градусов) безопасный предел объема составляет 48 градусов. Нагреватель находится в безопасной зоне при температуре 45 градусов и имеет срок службы 12 месяцев. При ежегодной замене безопасный предел для температуры 50 градусов превышается и не может быть гарантирован.

Модификации конструкции для повышения долговечности после 12 месяцев
Если условия регенерации требуют оболочки из 316 толщиной 1,6 мм, а срок службы 12 месяцев недостаточен, можно внести три модификации для увеличения срока службы. Первый — минимизировать плотность ватт, используя более длинный нагреватель. Снижение с 6 Вт/см2 до 4 Вт/см2 снижает повышение температуры поверхности с 12°С до 8°С, переходя от 12-месячного режима к 1,5-2-летнему режиму для 5% HCl при 45°С. Второе изменение заключается в сокращении продолжительности контакта с кислотой за счет нагрева резервуара регенерации только во время предварительного нагрева, а не во время этапа впрыска кислоты. Нагреватель, который работает 4 часа каждый цикл регенерации по сравнению с 12 часами, прослужит в 3 раза дольше по календарному времени. Последняя корректировка заключается в переходе на нержавеющую сталь с высоким содержанием кремния, такую ​​как сплав 20, или оболочку, обернутую танталом. Скорость коррозии сплава 20 составляет <0,1 мм/год в 5–10% HCl при температуре 60 градусов, что обеспечивает срок службы > 10 лет. На водоочистных станциях, где регенерация происходит ежедневно, трудозатраты на ежегодную замену нагревателя обычно превышают дополнительные затраты на нагреватель из сплава 20. При выборе нагревателей для ионообменной регенерации всегда указывайте правильное содержание HCl, объемную температуру и частоту регенерации. Производитель, который предлагает 316 для 8% HCl при 50 градусах без указания прогнозируемого срока службы, не дает разумного совета. Порог замены 12 месяцев для оболочки 316 диаметром 1,6 мм при работе с соляной кислотой предсказуем в зависимости от концентрации, объемной температуры и плотности мощности, что позволяет точно прогнозировать срок службы нагревателя при очистке воды.