Við hvaða mikilvæga þröskuld brennisteinssýrustyrks og hitastigs verður 1,6 millimetra 316 ryðfrítt stálslíður óöruggt fyrir stöðuga upphitun í dýpi yfir 15 vött á fersentímetra?

Efnafræðilegir ferliverkfræðingar sem hanna rafmagnsdýfingarhitara fyrir brennisteinssýruþjónustu í málmsúrsleiðslur, rafhlöðuframleiðslu og efnafræðilega kjarnakljúfa þurfa að vita nákvæmlega við hvaða styrkleika-hitastig niðurbrot á sér stað, ef þeir ætla að velja 316 ryðfrítt stál sem slíðurefni. Af steinefnasýrunum er einungis sýnt fram á að brennisteinssýra er hámarks ætandi fyrir 316 ryðfríu stáli í millistyrk (40–60%) og minnkar við lægri og hærri styrk. Dæmigerð staðall um 1,6 mm veggþykkt veitir málamiðlun á milli hagnýtrar hitaflutnings og vélrænni styrkleika. En að vinna yfir mikilvægu blöndunni af styrkleika, hitastigi og wattaþéttleika getur leitt til hraðrar virkrar tæringar, sem dregur úr endingu slíðunnar frá árum í vikur. Í þessari grein eru nákvæm mörk 1,6 mm 316 slíðunnar, sem er ekki öruggt fyrir samfellda hitaupphitun við aflþéttleika sem er meiri en 15 W/cm2 .

Breytingin frá aðgerðaleysi í virkni í 316 útsett fyrir brennisteinssýru
Tæringarþol 316 ryðfríu stáli í brennisteinssýru er háð stöðugleika óvirku krómoxíðhúðarinnar. Óvirka kvikmyndin er stöðug í þynntri brennisteinssýru við styrk undir 15% upp í 60 gráður og tæringarhraði er minna en 0,1 mm á ári. Þegar styrkurinn er aukin í 40-60% ræður afoxandi tilhneiging sýrunnar aðgerðalausu filmuna og það er breyting á virka tæringu með hraða upp á 5-20 mm á ári. Í styrk yfir 70% er brennisteinssýran aftur að oxast, endurgerir yfirborð 316 og dregur úr tæringarhraða niður fyrir 0,5 mm/ári. Yfirborðshiti slíðunnar er venjulega 20–50 gráður yfir magnsýruhitastiginu vegna varmaflæðis fyrir dýfahitara. Yfirborðshiti slíðunnar á 15 W/cm^2 hitara í 50 gráðu magnsýru getur verið 80–90 gráður. Þetta hefur í för með sér hærra yfirborðshitastig og breyting á óvirku-í-virku umskipti í lægri styrk. 30% magn sýrustyrkur sem er öruggur við 50C getur verið árásargjarn á slíðaryfirborðinu ef staðbundið hitastig fer yfir 70C. Þess vegna er öruggur vinnugluggi fyrir 1,6 mm 316 slíður ákvarðaður af hæsta yfirborðshitastigi, ekki magnsýruhita.

Mikilvægar þröskuldar fyrir 1,6 millimetra vegg við 15 wött á hvern fersentimetra
Tilraunatæringarprófun á 316 sýnum með yfirborðspússi sem er dæmigert fyrir tærðar hitaslíður (0,5 til 0,8 míkron Ra) gefur eftirfarandi nauðsynlega þröskulda fyrir virka tæringarbyrjun. Mikilvægur styrkur brennisteinssýru fyrir niðurbrot óvirkrar filmu er um 55% við yfirborðshitastig 60 gráður. Mikilvægur styrkur er lækkaður í 48% við 70 gráðu yfirborðshita. Við 80 gráður lækkar þröskuldurinn í 42%. Við 90 gráður er það 38%. Við 100 gráður minnkar það í 32%. Fyrir 1,6 mm vegghúð við 15 W/cm 2 er hitastigshækkunin frá lausu sýru yfir á slíðuryfirborð um 25-30 gráður í náttúrulegri sýru í hringrás. Magnsýran er við 50 gráður og slíðuryfirborðið við 75-80 gráður. Þess vegna er mikilvægi styrkurinn um 40%. Ef magn sýrustyrks er yfir 40% við þetta hitastig mun virk tæring hefjast innan nokkurra daga. Þegar virk tæring hefur hafist er tæringarhraðinn venjulega 5-15 mm/ári og því mun 1,6 mm slíður gatast á 1-4 mánuðum. Undir mikilvægum styrk, við sama yfirborðshita, er tæringarhraði undir 0,2 mm/ári, sem leyfir endingartíma 5-8 ár. Þetta er skyndileg breyting, ekki smám saman. 2-3% breyting á styrk eða 5 gráðu hita getur falið í sér mun á rekstrarárum og stórslysi innan vikna.

1,6 mm 316 slíður í brennisteinssýru - öryggisumslagi
Eftirfarandi tafla lýsir öruggu vinnsluhlíf fyrir 1,6 mm 316 ryðfríu stáli slíður með 15 W/cm vöttþéttleika2 . Gildi tákna samsetningar á magnsýrustyrk og hitastigi þar sem hitastig slíðuryfirborðsins er undir óvirku-til-virku umbreytingarhitastigi.

Hámarks öruggt magn hitastigs fyrir 1,6 mm slíður við 15 W/cm2 Magnstyrkur brennisteinssýru Yfirborðshitastig slíðunnar við hámarks öruggt magn Áætlaður tæringarhraði Áætlaður líftími við 1,6 mm 0 – 10% 95 gráður 120 – 125 gráður 0,08 – 105 mm 28105/ár 2815/ár 2815/ár. 90 gráður 115 – 120 gráður 0,10 – 0,20 mm/ári 6 – 10 ár 20 – 30% 80 gráður 105 – 110 gráður 0,15 – 0,30 mm/ári 4 – 8 ár 30 – 35% 65 gráður 90 – 30 mm – 90 – 30 mm – 90 gráður ár50 gráður 75 – 80 gráður 0,30 – 0,60 mm/ári 2 – 4 ár 40 – 45%Óörugg við hvaða hitastig sem er Meira en 65 gráður Virk tæring > 5 mm/ári Vikur til mánuðir
45 – 60% Ekki öruggt við hvaða hitastig sem er. Virk tæring > 10 mm/árDaga til vikur
60 – 70% 50 gráður 75 – 80 gráður 0,50 – 1,00 mm/ári 1 – 2 ár (aðlögunarbreytingar)80 gráður 105 – 110 gráður 0,20 – 0,40 mm/ári 3 – 5 ár (endur{16}}virkjaðar)
80 – 93% 100 gráður 125 – 130 gráður 0,10 – 0,20 mm/ár 6 – 10 ár
Yfir 93% 120 gráður 145 – 150 gráður 0,05 – 0,10 mm/ár 10 – 15 ár
Fyrir magn sýrustyrks frá 40 til 60% mun engin samsetning af lausu hitastigi og wattaþéttleika gefa öruggt 1,6 mm 316 slíður fyrir stöðuga þjónustu. Óvirka kvikmyndin er óstöðug við hvaða hitastig sem er hærra en 30 gráður og hár hiti á slíðaryfirborðinu af völdum hitaflæðisins tryggir virka tæringu. Á þessu styrkleikasviði þurfa verkfræðingar að tilgreina tæringarþolnara málmblöndu eins og Alloy 20 (Carpenter 20) eða Alloy 825, eða nota ó-málmhitunartækni eins og grafít- eða kísilkarbíðhitara. Til dæmis 38% brennisteinssýra við 55 gráðu magn hitastig, við jaðar örugga umslagsins, örlítið ferli í uppnámi getur ýtt slíðinni inn í virka svæðið. Verkfræðingar verða að beita öryggismörkum sem eru að minnsta kosti 5 gráður undir hámarksöryggishitastigi eins og tilgreint er í töflunni.

Hönnunarbreytingar til að stækka öruggt rekstrarumslag
Þegar vinnsluaðstæður nálgast mikilvæg viðmiðunarmörk fyrir 1,6 mm 316 slíður geta þrjár hönnunarstillingar aukið öruggt rekstrarumhverfi án þess að breyta slíðrefninu. Í fyrsta lagi er að lágmarka wattaþéttleikann. Ef unnið er við 8 W/cm² í stað 15 W/cm² lækkar yfirborðshiti slíðunnar um 15–20 gráður. Hitari er hættulegur við 15 W/cm 2 í 38% brennisteinssýru við 60 gráður (yfirborðshiti 85–90 gráður) og öruggur við 8 W/cm 2 (yfirborðshiti 70–75 gráður). Viðskiptin eru stærri hitari lengd eða þvermál. Önnur aðlögun er að auka flæði sýru yfir slíðaryfirborðið. Þvinguð hringrás með dælu eða hrærivél hækkar varmaflutningsstuðulinn úr 200 – 500 W/m 2 K í náttúrulegri varmrás í 1000 – 2000 W/m 2 K í ólgandi flæði, sem lækkar yfirborðshitahækkunina um 40 – 60%. Þannig getur hitari sem framleiðir 30 gráður C hækkun á stöðnandi sýru framleitt aðeins 12 gráðu C hækkun á sýru sem er vel - og haldið yfirborði slíðunnar undir mikilvægu stigi. Þriðja breytingin er að bæta við oxandi efni við sýruna. Hægt er að færa umskipti frá óvirku yfir í virkt ástand yfir í hærra hitastig og styrk með því að viðhalda oxunargetu lausnarinnar með örlitlum styrk (0,1-0,5%) af saltpéturssýrunni eða vetnisperoxíði. En þetta er ekki alltaf framkvæmanlegt vegna vinnsluþvingana. Í mikilvægum uppsetningum þar sem ófyrirséð bilun í hitara gæti valdið töluverðu framleiðslutapi, ættu verkfræðingar að setja upp tæringarvöktunarnema - pínulítinn 316 afsláttarmiða sem er rafrænt festur við hitara slíðrið. Skyndileg aukning á galvanískum straumi á milli rannsakans og viðmiðunarrafskauts gefur til kynna snemma niðurbrot óvirku filmunnar og gerir stjórnandanum kleift að draga úr afli eða breyta sýruinnihaldi til að forðast skemmdir á slíðri. Þegar hitarar eru tilgreindir fyrir brennisteinssýruþjónustu skal alltaf nefna við birgjann magnstyrk og væntanlegt magn hitastigssviðs og biðja um útreiknaðan yfirborðshita slíðunnar fyrir ráðlagðan wattaþéttleika og veggþykkt. Ef framleiðandinn getur ekki gert þennan útreikning skaltu ekki treysta þeim fyrir forritinu. Munurinn á öruggri notkun og skelfilegri bilun í brennisteinssýru er stundum minni en 10 gráður af yfirborðshita slíðunnar og nákvæm varmagreining er mikilvæg fyrir áreiðanlegar hitaupplýsingar.