차아염소산나트륨 생산, 표백제 제조 및 수처리 소독 시스템을 위한 전기 침지 히터를 설계하는 화학 공정 엔지니어에게 316 스테인리스강을 피복 재료로 선택하는 것은 상당한 과제를 안겨줍니다. 차아염소산나트륨은 많은 금속을 공격적으로 공격하는 강력한 산화성의 높은-pH 용액입니다. 316 스테인리스강은 몰리브덴 함량으로 인해 304강보다 더 나은 저항성을 제공하지만 차아염소산염 서비스, 특히 높은 온도와 농도에서 피팅, 틈새 부식 및 응력 부식 균열에 여전히 취약합니다. 외장의 벽 두께는 부식 허용량을 결정하며, 더 중요하게는 국부적인 구멍이 벽을 관통하는 데 필요한 시간을 결정합니다. 이 기사에서는 공개된 부식 데이터와 표백제 생산 업계의 현장 경험을 바탕으로 희석 차아염소산나트륨 서비스에서 316개 보호관에 대한 최소 권장 벽 두께를 설정합니다.
차아염소산나트륨에서 316 스테인리스 강의 부식 메커니즘
차아염소산나트륨(NaOCl)은 316 스테인리스강의 부동태 피막을 이상적인 조건에서 유지하는 강력한 산화제입니다. 그러나 여러 요인이 국지적 공격을 촉진합니다. 차아염소산염 이온은 염화물- 함유 산화제입니다. 즉, 공격적인 염화물 음이온과 부동태 피막을 분해할 수 있는 산화 전위를 동시에 제공합니다. 1% 이상의 유효 염소 농도와 35도 이상의 온도에서 316명은 연간 0.5~2.0mm의 구멍이 생길 수 있습니다. 구멍은 고도로 국지화되어 있으며, 주변 지역은 영향을 받지 않고 몇 달 안에 구멍 깊이가 1mm에 도달합니다. 침지형 히터 덮개의 경우 단일 깊은 구덩이가 벽을 관통하여 공정 유체 유입, 전기적 고장 및 분해를 촉진하는 금속 이온으로 인한 차아염소산염 용액의 오염을 일으킬 수 있습니다. 일반적인 부식률은 낮습니다-일반적으로 연간 0.05mm 미만-. 따라서 벽 두께는 균일하게 얇아지기보다는 주로 구멍에 의해 소모됩니다. 이는 국부적인 취약 지점에 형성된 구멍이 1.0mm 벽보다 약간 느리게 2.0mm 벽을 관통하기 때문에 벽 두께가 증가하면 제한된 보호만 제공된다는 것을 의미합니다. 핵심 매개변수는 평균 두께가 아니라 피트 시작 지점 역할을 하는 표면 결함과 잔류 응력이 없다는 것입니다.
벽 두께가 구멍 관통 시간에 미치는 영향
주어진 차아염소산염 농도와 온도에 대해 구멍이 생기면 구멍 침투 속도는 거의 일정합니다. 40도의 5% NaOCl에 담근 테스트 데이터에 따르면 표면이 연마된 샘플 316개는 200~500시간 후에 피트가 시작되는 것으로 나타났습니다. 일단 시작되면 피트는 하루에 0.03~0.08mm(한 달에 약 0.9~2.4mm)로 전파됩니다. 이 속도라면 피트 형성 후 13~33일 안에 1.0mm 벽이 관통됩니다. 2.0mm 벽은 개시 후 22~67일 동안 생존합니다. 총 서비스 수명은 개시 시간과 전파 시간의 합입니다. 1.0mm 보호관의 경우 총 수명은 약 200~500시간에 13~33일을 더한 기간, 즉 대략 20~50일입니다. 2.0mm 피복의 경우 총 수명은 200~500시간에 22~67일을 더한 값, 즉 대략 30~80일입니다. 벽이 더 두꺼워지면 수명이 10~30일만 연장됩니다.{39}}추가되는 재료비와 열 패널티를 고려하면 약간의 개선입니다. 이러한 짧은 사용 수명은 1% 농도 및 30도 이상의 차아염소산나트륨에 지속적으로 담그는 경우 316이 거의 지정되지 않는 이유를 설명합니다. 더 긴 수명이 필요한 응용 분야의 경우 티타늄이나 특수 합금과 같은 대체 재료가 필요합니다.
차아염소산염 서비스에 대한 최소 벽 두께 권장 사항
다음 표는 차아염소산나트륨 서비스에 사용되는 전기 침수형 히터에 대한 최소 권장 316 외장 벽 두께를 제공합니다. 가치는 지속적인 작동, 틈과 정체를 최소화하기 위한 적절한 시스템 설계, 몇 년이 아닌 몇 주 또는 몇 달 단위로 측정되는 상대적으로 짧은 서비스 수명 수용을 가정합니다.
| 유효 염소 농도 | 용액 온도 | 예상 피팅 비율(개시 후) | 최소 권장 벽 두께 316 | 최소 두께에서 예상되는 총 서비스 수명 | 대체 권장 사항 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 – 2% | 20~30도 | 0.5~1.0mm/월 | 1.6mm | 2~4개월 | 가장자리 가의; 티타늄 선호 |
| 1 – 2% | 30~40도 | 0.8~1.5mm/월 | 2.0mm | 1.5~3개월 | 티타늄 강력 추천 |
| 2 – 5% | 20~30도 | 0.8~1.5mm/월 | 2.0mm | 1.5~2.5개월 | 안정적인 서비스를 위해서는 티타늄이 필요합니다. |
| 2 – 5% | 30~40도 | 1.2~2.0mm/월 | 2.5mm | 1~2개월 | 티타늄 필수 |
| 5 – 10% | 20~30도 | 1.5~2.5mm/월 | 권장되지 않음 | 1개월 미만 | 티타늄 또는 합금 C-276을 사용하십시오. |
| 모든 농도 | 40도 이상 | 2.0~4.0mm/월 | 권장되지 않음 | 주 | 티타늄 또는 비{0}}금속 가열 |
| 간헐적 또는 일괄 서비스 | 모든 온도 | 건조로 인해 낮아짐 | 1.2 – 1.6mm | 변하기 쉬운 | 중요하지 않은{0}}애플리케이션에 적합 |
2% 농도 또는 30도를 초과하는 차아염소산나트륨 서비스의 경우 벽 두께에 관계없이 316 스테인레스 스틸은 좋지 않은 선택입니다. 짧은 사용 수명과 갑작스러운 구멍 뚫림의 위험으로 인해 중요한 공정에 적합하지 않습니다. 티타늄(2등급 또는 7등급)은 차아염소산나트륨에 대한 탁월한 저항성을 갖고 있으며, 높은 농도와 온도에서도 부식 속도가 연간 0.01mm 미만입니다. 티타늄의 높은 초기 비용-은 일반적으로 316의 3~5배로 서비스 수명 연장과 유지 관리 감소를 통해 빠르게 회복됩니다.
차아염소산염 서비스에서 316 보호관 수명을 연장하기 위한 설계 수정
비용 제약이나 재료 가용성으로 인해 희석 차아염소산염 서비스에 316을 사용해야 하는 경우 네 가지 설계 수정을 통해 표에 표시된 값 이상으로 서비스 수명을 연장할 수 있습니다. 첫 번째는 차아염소산염 pH를 11 이상으로 유지하는 것입니다. pH 11 미만의 차아염소산나트륨 용액은 분해가 가속화되어 스테인리스강에 더욱 공격적으로 변합니다. 가성 첨가를 통한 자동 pH 제어는 공식 비율을 50-70%까지 줄일 수 있습니다. 두 번째 수정은 외장 표면을 최대한 매끄럽게 유지하는 것입니다. 표면 마감이 0.2미크론 Ra 미만인 전해연마 316은 -스웨이지 재료보다 피트 시작 지점이 적고 시작 시간이 2~4배 연장됩니다. 세 번째 수정은 가능한 가장 낮은 와트 밀도에서 작동하는 것입니다. 와트 밀도를 10W/cm²에서 5W/cm²로 줄이면 외피 표면 온도가 10~15도 낮아지고, 온도에 민감한 범위인 30~50도에서 공식 비율이 약 30~40% 감소합니다.{21} 네 번째 수정은 피복 표면을 주기적으로 청소하여 틈새를 생성하는 침전물을 제거하는 것입니다. 매주 물로 헹구거나 희석산 세척을 하면 서비스 수명이 크게 연장될 수 있습니다. 대부분의 산업용 표백제 생산 응용 분야에서 이러한 변형은 316을 신뢰할 수 있는 재료로 만들기에는 충분하지 않습니다. 엔지니어는 간헐적으로 사용하는 것 이상으로 차아염소산나트륨에 담가지는 히터에 대해 티타늄 피복을 지정해야 합니다. 생산 중단 시간, 용액 오염, 교체 인건비를 포함한 단일 316 히터 고장으로 인한 비용은-일반적으로 티타늄의 증분 비용을 초과합니다. 차아염소산염 서비스에 대한 사양을 제공할 때 항상 정확한 농도, 온도 및 일일 예상 작동 시간을 명시하십시오. 이 물질의 한계를 논의하지 않고 2% 농도 이상의 지속적인 차아염소산염 서비스를 위해 316을 권장하는 공급업체는 책임 있는 엔지니어링 지침을 제공하지 않는 것입니다. 티타늄이 비용이 많이 드는 애플리케이션의 경우-티타늄 열 교환기를 통한 외부 탱크 가열이나 증기 주입과 같은 대체 가열 방법을 고려하십시오. 이는 공격적인 차아염소산염 용액에 금속이 직접 담그는 것을 방지합니다.
