금속 산 세척, pH 조정 및 재생 시스템에서 염산 서비스를 위한 전기 침지 히터를 지정하는 화학 공정 엔지니어의 경우 316 스테인리스강은 일반적으로 한계 재료로 간주됩니다. 염산은 환원성이 높고 공격적이며 스테인리스 강의 부동태 피막을 적극적으로 공격하는 염화물 이온을 함유하고 있습니다. 황산이나 질산과 달리 316은 정말 좋은 저항성을 나타내는 농도 범위가 없습니다. 그러나 적당한 온도의 매우 희석된 용액에서 316은 중요하지 않은 용도에 허용 가능한 서비스 수명을 제공할 수 있습니다.- 외장의 벽 두께는 구멍이 외부 표면에서 내부 벽으로 침투하는 데 필요한 시간을 결정합니다. 이 기사에서는 1.2mm 316 보호관이 일반적인 산업용 와트 밀도에서 연속 작동 500시간 이내에 피팅 침투를 경험하는 50도에서의 특정 염산 농도를 식별합니다.
묽은 염산에서 316 스테인리스강의 공식 거동
염산에서 316의 부식은 균일한 박화보다는 구멍이 나는 것이 특징입니다. 피트가 표면 결함, 함유물 또는 패시브 필름이 약한 영역에서 시작되면 염화물 공격의 자가촉매 특성으로 인해 빠르게 전파됩니다. 염화물 용액에서 316의 임계 공식 전위는 온도와 염화물 농도가 모두 증가함에 따라 감소합니다. 50도에서 공식 개시를 위한 임계 염화물 농도는 약 50~100ppm(0.005~0.01% HCl)입니다. 이 임계값 아래에서는 공식이 거의 발생하지 않으며 일반적인 부식 속도는 연간 0.05mm 미만입니다. 이 임계값 이상에서는 피팅이 발생할 가능성이 높으며 염화물 농도에 따라 피트 전파 속도가 급격히 증가합니다. 1.2mm 벽 피복의 경우 침투 시간은 일단 개시가 발생한 후 피트 전파 속도에 의해 좌우됩니다. 50도 범위에서의 전파 속도는 0.1% HCl에서 시간당 0.01mm부터 1% HCl에서 시간당 0.10mm입니다. 0.5% HCl에서 전파 속도는 시간당 약 0.03~0.05mm입니다. 이는 피트가 시작된 후 24~40시간 내에 1.2mm 벽이 침투한다는 의미입니다. 피트 시작을 위해 100~500시간의 유도 시간을 추가하면 표면 품질과 잔류 응력에 따라 총 사용 수명이 120~540시간이 됩니다.
500시간의 사용 수명을 위한 임계 농도
상업용 히터의 일반적인 표면 마감을 사용하여 50도에서 스웨이징된 316 외장 샘플을 침수 테스트한 결과 다음과 같은 사용 수명이 관찰되었습니다. 0.05% HCl(500ppm 염화물)에서 공식 개시에는 약 800~1,200시간이 필요하며 전파는 시간당 0.005mm로 느립니다. 1.2mm 피복은 총 1,000~1,500시간 동안 지속됩니다. 0.10% HCl에서 개시 시간은 시간당 0.010~0.015mm의 전파로 400~600시간으로 줄어들어 총 500~800시간이 됩니다. 0.15% HCl에서는 200~300시간 내에 개시되고 시간당 0.020~0.025mm로 전파되며 총 수명은 300~500시간입니다. 0.20% HCl에서 개시에는 100~200시간이 걸리고 전파는 시간당 0.030~0.040mm, 총 수명은 150~300시간입니다. 500시간 사용 수명에 대한 임계 농도는 약 0.12~0.14% HCl입니다. 이 농도 이하에서 1.2mm 316 보호관은 500시간 연속 작동 시 생존할 수 있는 합리적인 확률을 갖습니다. 이 농도 이상에서는 예상 수명이 500시간 미만으로 떨어집니다. 이 값은 와트 밀도가 5~8W/cm²라고 가정하여 외장 표면 온도를 약 55~60도까지 높입니다. 와트 밀도가 높을수록 표면 온도가 높아져 임계 농도가 더욱 감소합니다.
염산 서비스에 대한 농도 및 벽 두께 매트릭스
다음 표는 목표 사용 수명을 기준으로 50도 염산 사용에 권장되는 316 피복 벽 두께를 제공합니다. 값은 와트 밀도가 5~8W/cm²이고 일반적인 스웨이지 표면 마감을 가정합니다.
| HCl 농도 | 염화물 농도(ppm) | 50도에서 예상되는 피트 전파율 | 500시간 수명을 위한 최소 316 벽 두께 | 1,000시간 수명을 위한 최소 벽 두께 | 추천 |
|---|---|---|---|---|---|
| 0.05% 이하 | 500ppm 이하 | 0.005mm/시간 이하 | 0.8mm | 1.0mm | 316은 간헐적인 서비스에 허용됩니다. |
| 0.05 – 0.10% | 500 – 1,000ppm | 0.005~0.015mm/시간 | 1.0mm | 1.6mm | 316 한계; 수명이 짧을 것으로 예상 |
| 0.10 – 0.15% | 1,000 – 1,500ppm | 0.015 – 0.025mm/시간 | 1.2mm | 2.0mm | 316 지속적인 서비스에는 권장되지 않습니다. |
| 0.15 – 0.20% | 1,500 – 2,000ppm | 0.025~0.040mm/시간 | 1.6mm | 2.5mm | 티타늄이나 탄탈룸을 사용하세요. |
| 0.20 – 0.50% | 2,000 – 5,000ppm | 0.040~0.100mm/시간 | 실현 불가능 | 실현 불가능 | 티타늄 필요 |
| 0.50% 이상 | 5,000ppm 이상 | 0.100mm/시간 이상 | 적합하지 않음 | 적합하지 않음 | 비금속 가열 사용- |
50도에서 염산 농도가 0.15%를 초과하는 경우 316 스테인레스 스틸은 벽 두께에 관계없이 좋지 않은 선택입니다. 구덩이 전파 속도가 너무 빠르고 예고 없이 갑작스럽게 천공될 위험이 높습니다. 티타늄(2등급 또는 7등급)은 50도에서 최대 1% 농도의 묽은 염산에 대한 저항성이 뛰어나며 부식 속도는 연간 0.01mm 미만입니다. 더 높은 농도나 온도를 위해서는 탄탈륨이 필요합니다. 316이 고려되는 염산용 히터를 지정할 때 엔지니어는 예상 표면 온도에서 실제 공정 산과 외피 재료 샘플을 사용하여 부식 쿠폰 테스트를 요구해야 합니다. 게시된 데이터는 추정치를 제공하지만 실제-산 순도와 온도 제어는 피팅 동작에 큰 영향을 미칩니다. 염산의 단일 히터 고장으로 인한 비용-(공정 용액의 금속 이온 오염 포함)-일반적으로 티타늄으로 업그레이드하는 비용을 초과합니다. 50도에서 0.1% 이상의 농도의 경우 책임 있는 엔지니어링 권장 사항은 316을 완전히 피하는 것입니다.
