एक स्टेनलेस स्टील पिकलिंग लाइन ने दो वर्षों में अपने तीसरे 316L विसर्जन हीटर को बदल दिया। प्रत्येक हीटर एक ही तरीके से विफल हो गया था, {{2}वेल्ड सीम के साथ और तरल लाइन पर जंग लग गई, इसके बाद दीवार में रिसाव हुआ, जिसने बाथटब को दूषित कर दिया। अचार बनाने का घोल 55 डिग्री पर नाइट्रिक और हाइड्रोफ्लोरिक एसिड का मिश्रण था, एक ऐसा रसायन जिसे संभालने के लिए स्टेनलेस स्टील 316L को डिज़ाइन नहीं किया गया है। रखरखाव टीम ने मान लिया था कि स्टेनलेस स्टील पर्याप्त था क्योंकि स्नान "सिर्फ एक एसिड" था। असफलताएँ अन्यथा साबित हुईं।
स्टेनलेस स्टील 316L कई विसर्जन हीटर अनुप्रयोगों के लिए डिफ़ॉल्ट सामग्री है। यह सस्ता है, आसानी से उपलब्ध है और हल्के रसायनों की एक विस्तृत श्रृंखला के प्रति प्रतिरोधी है। लेकिन मिश्रित एसिड अचार में विशेष रूप से हाइड्रोफ्लोरोइक एसिड, क्लोराइड, या कम करने वाले एसिड -316 एल की उच्च सांद्रता वाला अचार गलत विकल्प है। पीटीएफई, अपनी कम तापीय चालकता और उच्च लागत के बावजूद, सेवा जीवन प्रदान करता है जो स्टेनलेस स्टील से मेल नहीं खा सकता है।
मिश्रित एसिड अचार बनाने में 316L विफल क्यों होता है?
स्टेनलेस स्टील 316L संक्षारण प्रतिरोध के लिए क्रोमियम ऑक्साइड निष्क्रिय फिल्म पर निर्भर करता है। फिल्म ऑक्सीकरण वातावरण और कई हल्के एसिड में स्थिर है। यह विशिष्ट आक्रामक प्रजातियों की उपस्थिति में टूट जाता है।
हाइड्रोफ्लोरोइक एसिड सबसे अधिक हानिकारक है। फ्लोराइड आयन निष्क्रिय फिल्म पर सीधे हमला करते हैं, इसे सुधारने से रोकते हैं। एक बार जब फिल्म टूट जाती है, तो अंतर्निहित धातु का तेजी से क्षरण होता है। संक्षारण एकसमान होने के बजाय स्थानीयकृत होता है {{3}पिटिंग, दरार पर हमला और वेल्ड पर {{4}लाइन पर हमला होता है{{5}। एक हीटर एक छोटे से क्षेत्र में दीवार की मोटाई खो सकता है और विफल हो सकता है जबकि शेष आवरण अभी भी बरकरार दिखता है।
क्लोराइड समान क्षति पहुंचाते हैं, हालांकि तंत्र अलग है। क्लोराइड आयन कमजोर बिंदुओं पर निष्क्रिय फिल्म में प्रवेश करते हैं और गड्ढा बनाना शुरू करते हैं। गड्ढे गहरे हो जाते हैं और दीवार में घुस सकते हैं। मिश्रित नाइट्रिक-हाइड्रोफ्लोरोइक अचार स्नान में दोनों प्रजातियां शामिल हैं, और संयोजन अकेले की तुलना में अधिक आक्रामक है।
| रसायन विज्ञान | 316एल संक्षारण दर | प्राथमिक आक्रमण मोड | अपेक्षित सेवा जीवन | पीटीएफई उपयुक्तता |
|---|---|---|---|---|
| 10% नाइट्रिक एसिड, 50 डिग्री | <0.1 mm/year | एकसमान, सौम्य | >10 वर्ष | अच्छा |
| 10% नाइट्रिक + 2% एचएफ, 50 डिग्री | 1.0-5.0 मिमी/वर्ष | पिटिंग, वेल्ड आक्रमण | 3-10 महीने | उत्कृष्ट |
| 15% नाइट्रिक + 3% एचएफ, 55 डिग्री | 3.0-10.0 मिमी/वर्ष | गंभीर खड़खड़ाहट | 1-4 महीने | उत्कृष्ट |
| 20% एचसीएल, 60 डिग्री | 5.0–15.0 मिमी/वर्ष | गड्ढा, दरार | <2 months | उत्कृष्ट |
| 10% सल्फ्यूरिक + 2% एचएफ, 60 डिग्री | 2.0–8.0 मिमी/वर्ष | वेल्ड-लाइन आक्रमण | 2-8 महीने | उत्कृष्ट |
पीटीएफई उपयुक्तता की तुलना में मिश्रित एसिड अचार में 316L स्टेनलेस स्टील के लिए संक्षारण दर
वेल्ड-लाइन भेद्यता
स्टेनलेस स्टील इमर्शन हीटर वेल्डेड जोड़ों के साथ निर्मित होते हैं {{0}शीथ-से{{2}फ्लैंज, शीथ{3}से{{4}टर्मिनल, और कभी-कभी अनुदैर्ध्य वेल्ड। वेल्डिंग प्रक्रिया ऊष्मा प्रभावित क्षेत्र में धातुकर्म को बदल देती है, जिससे ऐसे क्षेत्र बन जाते हैं जो आधार धातु की तुलना में संक्षारण के प्रति कम प्रतिरोधी होते हैं।
मिश्रित एसिड पिकलिंग में, वेल्ड लाइनें विफल होने वाले पहले क्षेत्र हैं। गर्मी से प्रभावित क्षेत्र में कार्बाइड वर्षा के कारण क्रोमियम की मात्रा कम हो सकती है, या इसमें अवशिष्ट तनाव हो सकता है जो दरार को बढ़ावा देता है। फ्लोराइड और क्लोराइड आयन इन कमजोर क्षेत्रों पर प्राथमिकता से हमला करते हैं।
पीटीएफई विसर्जन हीटरों में गीले क्षेत्र में कोई वेल्ड लाइन नहीं होती है। म्यान एक सतत बहुलक बाहर निकालना या मोल्डिंग है, और निकला हुआ किनारा जोड़ वेल्डेड के बजाय यांत्रिक रूप से सील या रासायनिक रूप से बंधा हुआ है। यह वेल्ड लाइन भेद्यता को समाप्त करता है जो आक्रामक अचार बनाने वाले रसायन विज्ञान में स्टेनलेस स्टील सेवा जीवन को सीमित करता है।
हीट ट्रांसफर और साइज़ ट्रेड-ऑफ़
स्टेनलेस स्टील 316L की तापीय चालकता लगभग 16 W/m·K है जो PTFE से लगभग 64 गुना अधिक है। एक स्टेनलेस स्टील हीटर बिना ज़्यादा गरम किए 3-5 W/cm² पर काम कर सकता है, जबकि एक PTFE हीटर अधिकांश अचार स्नान में 1.0-1.5 W/cm² तक सीमित है।
व्यावहारिक परिणाम आकार है. एक 6 किलोवाट स्टेनलेस स्टील हीटर को एक कॉम्पैक्ट बंडल में फिट होने के लिए केवल 1,500 सेमी² म्यान सतह की आवश्यकता हो सकती है। 1.2 W/cm² पर 6 किलोवाट PTFE हीटर को सतह क्षेत्र के तीन गुना से अधिक 5,000 सेमी² - की आवश्यकता होती है। सीमित हीटर स्थान वाले टैंकों में, स्टेनलेस स्टील विकल्प फिट हो सकता है जहां पीटीएफई नहीं है।
| हीटर सामग्री | ऊष्मीय चालकता | मिश्रित अम्ल में सुरक्षित वाट घनत्व | 6 किलोवाट के लिए सतह क्षेत्र | सापेक्ष पदचिह्न |
|---|---|---|---|---|
| 316L स्टेनलेस स्टील | 16 W/m·K | 3-5 डब्ल्यू/सेमी² | 1,200-2,000 सेमी² | सघन |
| पीटीएफई | 0.25 W/m·K | 1.0-1.2 डब्ल्यू/सेमी² | 5,000-6,000 सेमी² | 3-4× बड़ा |
| टाइटेनियम | 22 W/m·K | 2-4 डब्लू/सेमी² (एचएफ द्वारा सीमित) | 1,500-3,000 सेमी² | सघन |
| पीवीडीएफ | 0.20 W/m·K | 0.8-1.2 डब्ल्यू/सेमी² | 5,000-7,500 सेमी² | बड़ा |
मिश्रित एसिड अचार में विसर्जन हीटर के लिए गर्मी हस्तांतरण और आकार की तुलना
जब स्टेनलेस स्टील अभी भी समझ में आता है
स्टेनलेस स्टील हमेशा गलत विकल्प नहीं होता है। हल्के अचार के घोल में फ्लोराइड या क्लोराइड के बिना पतला नाइट्रिक एसिड-316एल अच्छा प्रदर्शन करता है और पीटीएफई से कम खर्च होता है। उन अनुप्रयोगों में, उच्च वाट घनत्व और स्टेनलेस स्टील का कॉम्पैक्ट आकार फायदे हैं।
निर्णय बिंदु आक्रामक प्रजातियों की उपस्थिति है। यदि स्नान में हाइड्रोफ्लोरोइक एसिड, क्लोराइड, या कम करने वाले एसिड की उच्च सांद्रता होती है, तो स्टेनलेस स्टील एक अल्पकालिक विकल्प है। यदि स्नान में हल्का ऑक्सीकरण एसिड है, तो स्टेनलेस स्टील पर्याप्त हो सकता है।
समय के साथ कुल लागत की तुलना
316L हीटर का खरीद मूल्य आमतौर पर तुलनीय PTFE हीटर से 40-60% कम है। लेकिन मिश्रित एसिड पिकलिंग में, स्टेनलेस स्टील हीटर केवल 3-10 महीने तक चल सकता है, जबकि पीटीएफई हीटर 3-5 साल तक चलता है।
पांच{0}}वर्ष की अवधि में, स्टेनलेस स्टील विकल्प के लिए 6-20 प्रतिस्थापन की आवश्यकता होती है, जबकि पीटीएफई विकल्प के लिए 1-2 की आवश्यकता होती है। प्रत्येक प्रतिस्थापन के लिए श्रम और डाउनटाइम {{5}टैंक को खाली करना, खराब हीटर को हटाना, नया स्थापित करना, और स्नान को फिर से तैयार करना{{7}स्टेनलेस स्टील की पसंद की लागत में काफी वृद्धि करता है।
जब मानक हीटर आवश्यक सतह क्षेत्र में फिट नहीं हो पाते
सीमित परिधीय स्थान वाले मिश्रित एसिड पिकलिंग टैंक अक्सर रसायन शास्त्र की मांग के अनुसार कम वाट घनत्व पर मानक पीटीएफई विसर्जन हीटर को समायोजित नहीं कर सकते हैं। 1.0 डब्लू/सेमी² पर 6 किलोवाट ड्यूटी के लिए 6,000 सेमी² शीथ सतह की आवश्यकता होती है, जो सामान्य टैंक आयामों के भीतर प्रदान की जाने वाली एक सीधी या एल {6}आकार की इकाई से अधिक होती है।
निम्नलिखित डिज़ाइन के साथ एक बहु{{0}पास या परिधि- वाला एक कस्टम पीटीएफई इमर्शन हीटर कॉन्फ़िगरेशन कम वाट घनत्व को बनाए रखते हुए पूरे टैंक में हीटिंग सतह को वितरित करता है। विनिर्देशन प्रक्रिया के लिए स्नान रसायन विज्ञान, ऑपरेटिंग तापमान, टैंक आयाम और आवश्यक वाट क्षमता की आवश्यकता होती है। मिश्रित एसिड पिकलिंग लाइन चलाने वाली सुविधाओं के लिए, यह एप्लिकेशन - विशिष्ट दृष्टिकोण पीटीएफई के रासायनिक प्रतिरोध को एक कॉन्फ़िगरेशन में प्रदान करता है जो उपलब्ध स्थान में फिट बैठता है।
