สายการดองที่ทำจากสเตนเลสสตีลเข้ามาแทนที่เครื่องทำความร้อนแบบจุ่ม 316L เครื่องที่สามในรอบสองปี เครื่องทำความร้อนแต่ละเครื่องล้มเหลวในลักษณะเดียวกัน-การกัดกร่อนแบบรูเข็มตามตะเข็บเชื่อมและแนวของเหลว ตามมาด้วย-การรั่วไหลของผนังที่ปนเปื้อนอ่างอาบน้ำ สารละลายดองเป็นส่วนผสมของกรดไนตริกและกรดไฮโดรฟลูออริกที่อุณหภูมิ 55 องศา ซึ่งเป็นสารเคมีที่สแตนเลส 316L ไม่ได้ออกแบบมาให้รับมือ ทีมบำรุงรักษาสันนิษฐานว่าสแตนเลสก็เพียงพอแล้วเพราะอ่างอาบน้ำนั้นเป็น "แค่กรด" ความล้มเหลวได้รับการพิสูจน์เป็นอย่างอื่น
เหล็กกล้าไร้สนิม 316L เป็นวัสดุเริ่มต้นสำหรับการใช้งานเครื่องทำความร้อนแบบแช่หลายชนิด มีราคาไม่แพง หาซื้อได้ง่าย และทนทานต่อสารเคมีอ่อนหลายชนิด แต่ในการดองด้วยกรดผสม-โดยเฉพาะกรดไฮโดรฟลูออริก คลอไรด์ หรือมีความเข้มข้นสูงของกรดรีดิวซ์-316L ถือเป็นทางเลือกที่ผิด PTFE แม้จะมีการนำความร้อนต่ำกว่าและต้นทุนที่สูงขึ้น แต่ก็มีอายุการใช้งานที่สแตนเลสไม่สามารถเทียบได้
เหตุใด 316L จึงล้มเหลวในการดองกรดผสม
สแตนเลส 316L อาศัยฟิล์มพาสซีฟโครเมียมออกไซด์เพื่อต้านทานการกัดกร่อน ฟิล์มมีความเสถียรในสภาพแวดล้อมออกซิไดซ์และในกรดอ่อนหลายชนิด มันจะสลายตัวเมื่อมีสายพันธุ์ที่ก้าวร้าวโดยเฉพาะ
กรดไฮโดรฟลูออริกเป็นอันตรายที่สุด ไอออนของฟลูออไรด์จะโจมตีฟิล์มเฉื่อยโดยตรง เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดการปฏิรูป เมื่อฟิล์มแตกออก โลหะที่อยู่ด้านล่างจะเกิดการกัดกร่อนอย่างรวดเร็ว การกัดกร่อนเกิดขึ้นเฉพาะที่-การเกิดหลุม รอยแยก และ-การโจมตีด้วยแนวเชื่อม- แทนที่จะเป็นแบบเดียวกัน เครื่องทำความร้อนอาจสูญเสียความหนาของผนังในพื้นที่เล็กๆ และล้มเหลวในขณะที่ส่วนที่เหลือของฝักยังคงดูไม่เสียหาย
คลอไรด์ทำให้เกิดความเสียหายเช่นเดียวกัน แม้ว่ากลไกจะแตกต่างกันก็ตาม ไอออนของคลอไรด์จะทะลุผ่านฟิล์มเฉื่อยที่จุดอ่อนและเริ่มเกิดรูพรุน หลุมลึกและสามารถเจาะผนังได้ อ่างผสมไนตริก-แบบผสมไฮโดรฟลูออริกมีทั้งสองสายพันธุ์ และการรวมกันจะรุนแรงกว่าแบบใดแบบหนึ่ง
| เคมี | อัตราการกัดกร่อน 316 ลิตร | โหมดการโจมตีหลัก | อายุการใช้งานที่คาดหวัง | ความเหมาะสมของ PTFE |
|---|---|---|---|---|
| กรดไนตริก 10% 50 องศา | <0.1 mm/year | สม่ำเสมออ่อนโยน | >10 ปี | ดี |
| 10% ไนตริก + 2% HF, 50 องศา | 1.0–5.0 มม./ปี | การเจาะโจมตีการเชื่อม | 3–10 เดือน | ยอดเยี่ยม |
| ไนตริก 15% + 3% HF, 55 องศา | 3.0–10.0 มม./ปี | รูพรุนอย่างรุนแรง | 1–4 เดือน | ยอดเยี่ยม |
| 20% HCl, 60 องศา | 5.0–15.0 มม./ปี | รูพรุน, รอยแยก | <2 months | ยอดเยี่ยม |
| ซัลฟิวริก 10% + 2% HF, 60 องศา | 2.0–8.0 มม./ปี | การโจมตีแนวเชื่อม- | 2–8 เดือน | ยอดเยี่ยม |
อัตราการกัดกร่อนของสเตนเลส 316L ในการดองด้วยกรดผสม เทียบกับความเหมาะสมของ PTFE
ช่องโหว่ของการเชื่อม-
เครื่องทำความร้อนแบบแช่สแตนเลสถูกประดิษฐ์ขึ้นด้วยข้อต่อเชื่อม-ปลอก-ถึง-หน้าแปลน ปลอก-ถึง-ขั้วต่อ และบางครั้งก็เป็นรอยเชื่อมตามยาว กระบวนการเชื่อมจะเปลี่ยนโลหะวิทยาในบริเวณที่ได้รับความร้อน- ทำให้พื้นที่มีความทนทานต่อการกัดกร่อนน้อยกว่าโลหะฐาน
ในการดองด้วยกรดผสม เส้นเชื่อมถือเป็นบริเวณแรกที่ล้มเหลว บริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน-อาจมีปริมาณโครเมียมลดลงเนื่องจากการตกตะกอนของคาร์ไบด์ หรืออาจมีความเค้นตกค้างที่ทำให้เกิดการแตกร้าว ไอออนของฟลูออไรด์และคลอไรด์จะโจมตีบริเวณที่อ่อนแอเหล่านี้เป็นพิเศษ
เครื่องทำความร้อนแบบจุ่ม PTFE ไม่มีรอยเชื่อมในบริเวณที่เปียก เปลือกเป็นการอัดขึ้นรูปหรือการขึ้นรูปโพลีเมอร์อย่างต่อเนื่อง และข้อต่อหน้าแปลนจะถูกปิดผนึกด้วยกลไกหรือพันธะทางเคมีแทนที่จะเชื่อม ซึ่งช่วยขจัดช่องโหว่-ในแนวเชื่อมที่จำกัดอายุการใช้งานของเหล็กกล้าไร้สนิมในเคมีการดองที่รุนแรง
การถ่ายเทความร้อนและการแลกเปลี่ยนขนาด-ส่วนลด
สแตนเลส 316L มีค่าการนำความร้อนประมาณ 16 W/m·K- ซึ่งสูงกว่า PTFE ประมาณ 64 เท่า เครื่องทำความร้อนที่ทำจากสแตนเลสสามารถทำงานได้ที่ 3–5 วัตต์/ซม.² โดยไม่มีความร้อนสูงเกินไป ในขณะที่เครื่องทำความร้อน PTFE ถูกจำกัดไว้ที่ 1.0–1.5 วัตต์/ซม.² ในอ่างดองส่วนใหญ่
ผลที่ตามมาในทางปฏิบัติคือขนาด เครื่องทำความร้อนสแตนเลสขนาด 6 kW อาจต้องการพื้นผิวเปลือกเพียง 1,500 ซม.² เท่านั้น โดยประกอบเป็นมัดขนาดกะทัดรัด เครื่องทำความร้อน PTFE ขนาด 6 kW ที่ 1.2 วัตต์/ซม.² ต้องการพื้นที่ผิวมากกว่า 5,000 ซม.²- มากกว่าสามเท่า ในถังที่มีพื้นที่ทำความร้อนจำกัด ตัวเลือกสแตนเลสอาจพอดีกับที่ PTFE ไม่รองรับ
| วัสดุเครื่องทำความร้อน | การนำความร้อน | ความหนาแน่นวัตต์ที่ปลอดภัยในกรดผสม | พื้นที่ผิว 6 kW | รอยเท้าญาติ |
|---|---|---|---|---|
| สแตนเลส 316L | 16 W/m·K | 3–5 วัตต์/ซม.² | 1,200–2,000 ตร.ซม | กะทัดรัด |
| ไฟเบอร์ | 0.25 W/m·K | 1.0–1.2 วัตต์/ซม.² | 5,000–6,000 ซม.² | ใหญ่กว่า 3–4 เท่า |
| ไทเทเนียม | 22 W/m·K | 2–4 วัตต์/ซม.² (จำกัดโดย HF) | 1,500–3,000 ตร.ซม | กะทัดรัด |
| พีวีดีเอฟ | 0.20 W/m·K | 0.8–1.2 วัตต์/ซม.² | 5,000–7,500 ตร.ซม | ใหญ่กว่า |
การเปรียบเทียบการถ่ายเทความร้อนและขนาดสำหรับเครื่องทำความร้อนแบบแช่ในการดองด้วยกรดผสม
เมื่อสแตนเลสยังคงมีความหมาย
สแตนเลสไม่ใช่ตัวเลือกที่ผิดเสมอไป ในสารละลายสำหรับการดองแบบอ่อน-เจือจางกรดไนตริกโดยไม่มีฟลูออไรด์หรือคลอไรด์-316L ทำงานได้ดีและมีค่าใช้จ่ายน้อยกว่า PTFE ในการใช้งานเหล่านั้น ความหนาแน่นของวัตต์ที่สูงขึ้นและขนาดที่กะทัดรัดของสแตนเลสถือเป็นข้อดี
จุดตัดสินใจคือการมีอยู่ของสายพันธุ์ที่ก้าวร้าว ถ้าอ่างมีกรดไฮโดรฟลูออริก คลอไรด์ หรือมีกรดรีดิวซ์ที่มีความเข้มข้นสูง สแตนเลสก็เป็นทางเลือก-ที่มีอายุสั้น ถ้าอ่างเป็นกรดออกซิไดซ์อ่อนๆ สแตนเลสก็อาจจะเพียงพอแล้ว
การเปรียบเทียบต้นทุนรวมในช่วงเวลาหนึ่ง
โดยทั่วไปราคาซื้อเครื่องทำความร้อน 316L จะต่ำกว่าเครื่องทำความร้อน PTFE ที่เทียบเคียงได้ 40–60% แต่ในการดองด้วยกรดผสม เครื่องทำความร้อนสแตนเลสอาจมีอายุการใช้งานเพียง 3-10 เดือน ในขณะที่เครื่องทำความร้อน PTFE มีอายุการใช้งาน 3-5 ปี
ตลอดระยะเวลาห้า- ตัวเลือกสเตนเลสสตีลต้องมีการเปลี่ยน 6–20 ครั้ง ในขณะที่ตัวเลือก PTFE ต้องใช้ 1–2 ครั้ง ค่าแรงและเวลาหยุดทำงานสำหรับการเปลี่ยนแต่ละครั้ง-การระบายถัง การถอดเครื่องทำความร้อนที่เสีย การติดตั้งเครื่องใหม่ และ-การปรับคุณสมบัติการอาบน้ำใหม่-ทำให้ต้นทุนของตัวเลือกสแตนเลสเพิ่มขึ้นอย่างมาก
เมื่อเครื่องทำความร้อนมาตรฐานไม่พอดีกับพื้นที่ผิวที่ต้องการ
ถังดองกรดผสมที่มีพื้นที่จำกัดมักจะไม่สามารถรองรับเครื่องทำความร้อนแบบแช่ PTFE มาตรฐานที่มีความหนาแน่นวัตต์ต่ำตามที่เคมีต้องการ หน้าที่ 6 kW ที่ 1.0 วัตต์/ซม.² ต้องใช้พื้นผิวเปลือก 6,000 ตร.ซม.- มากกว่ายูนิตตรงหรือรูปตัว L- ที่ให้ไว้ภายในขนาดถังทั่วไป
การกำหนดค่าเครื่องทำความร้อนแบบจุ่ม PTFE แบบกำหนดเองที่มีการออกแบบหลาย-ผ่านหรือเส้นรอบวง- ตามการออกแบบ จะกระจายพื้นผิวทำความร้อนทั่วทั้งถังในขณะที่ยังคงความหนาแน่นของวัตต์ต่ำ กระบวนการกำหนดคุณสมบัติต้องใช้เคมีของอ่าง อุณหภูมิในการทำงาน ขนาดถัง และกำลังไฟที่ต้องการ สำหรับโรงงานที่ใช้สายการดองกรดแบบผสม วิธีการเฉพาะของแอปพลิเคชัน-นี้ให้ความทนทานต่อสารเคมีของ PTFE ในการกำหนดค่าที่เหมาะกับพื้นที่ที่มีอยู่
