2년 만에 스테인리스강 산세척 라인이 세 번째 316L 침수 히터를 교체했습니다. 각 히터는 같은 방식으로 고장났습니다.-용접 이음새와 액체 라인을 따라 부식이 발생했고 이어서-벽을 통한 누출로 인해 욕조가 오염되었습니다. 산 세척 용액은 55도에서 질산과 불화수소산의 혼합물이었는데, 이는 스테인리스강 316L이 처리할 수 없도록 설계되지 않은 화학 물질입니다. 유지 관리 팀은 욕조가 "그냥 산성"이기 때문에 스테인리스 스틸이 적절하다고 가정했습니다. 실패는 그렇지 않은 것으로 입증되었습니다.
스테인레스 스틸 316L은 많은 침수형 히터 응용 분야의 기본 재료입니다. 가격이 저렴하고 쉽게 구할 수 있으며 다양한 순한 화학물질에 대한 내성이 있습니다. 그러나 혼합산 산세척에서는-특히 불화수소산, 염화물 또는 고농도의 환원산-316L을 함유한 산세척에서는 잘못된 선택입니다. PTFE는 열 전도성이 낮고 비용이 높음에도 불구하고 스테인리스강이 따라올 수 없는 사용 수명을 제공합니다.
316L이 혼합산 산세척에 실패하는 이유
스테인레스 스틸 316L은 내식성을 위해 산화 크롬 부동태 피막을 사용합니다. 이 필름은 산화 환경과 많은 약산에서 안정적입니다. 특정 공격적인 종이 존재하면 분해됩니다.
불화수소산이 가장 해롭다. 불화물 이온은 패시브 필름을 직접 공격하여 재형성을 방지합니다. 필름이 파손되면 밑에 있는 금속이 빠르게 부식됩니다. 부식은 균일하지 않고 국부적인-공식, 틈새 공격, 웰드-선 공격-으로 발생합니다. 히터는 작은 영역에서 벽 두께가 줄어들고 외장의 나머지 부분은 손상되지 않은 상태에서 작동하지 않을 수 있습니다.
염화물도 유사한 손상을 일으키지만 메커니즘은 다릅니다. 염화물 이온은 약한 지점의 부동태 피막을 관통하여 피팅을 시작합니다. 구덩이가 깊어지고 벽을 관통할 수 있습니다. 혼합 질산-불화수소산 산세욕에는 두 종 모두가 포함되어 있으며 조합이 둘 중 하나보다 더 공격적입니다.
| 화학 | 316L 부식율 | 기본 공격 모드 | 예상 서비스 수명 | PTFE 적합성 |
|---|---|---|---|---|
| 10% 질산, 50도 | <0.1 mm/year | 균일하고 온화함 | >10년 | 좋은 |
| 10% 질산 + 2% HF, 50도 | 1.0~5.0mm/년 | 피팅, 용접 공격 | 3~10개월 | 훌륭한 |
| 15% 질산 + 3% HF, 55도 | 3.0~10.0mm/년 | 심한 구멍 | 1~4개월 | 훌륭한 |
| 20% HCl, 60도 | 5.0~15.0mm/년 | 피팅, 틈새 | <2 months | 훌륭한 |
| 10% 황산 + 2% HF, 60도 | 2.0~8.0mm/년 | 웰드{0}}라인 공격 | 2~8개월 | 훌륭한 |
PTFE 적합성과 비교한 혼합산 산세척에서 316L 스테인리스강의 부식률
용접-라인 취약성
스테인레스 스틸 침수형 히터는 -외피-와-플랜지, 외장-과-터미널 간 용접 조인트, 때로는 종방향 용접으로 제작됩니다. 용접 공정은 열-영향부의 금속 구조를 변경하여 모재보다 부식에 대한 저항력이 떨어지는 영역을 만듭니다.
혼합산 산세척에서 웰드라인은 가장 먼저 파손되는 영역입니다. 열-영향부는 탄화물 석출로 인해 크롬 함량이 감소하거나 균열을 촉진하는 잔류 응력이 있을 수 있습니다. 불화물 및 염화물 이온은 이러한 약화된 부위를 우선적으로 공격합니다.
PTFE 침지 히터에는 젖은 부분에 용접선이 없습니다. 외장은 연속적인 폴리머 압출 또는 성형이며 플랜지 조인트는 용접보다는 기계적으로 밀봉되거나 화학적으로 결합됩니다. 이는 공격적인 산세척 화학물질에서 스테인리스강의 사용 수명을 제한하는 웰드{2}}취약성을 제거합니다.
열 전달 및 크기 절충-
스테인레스강 316L의 열전도율은 약 16W/m·K-로 PTFE보다 약 64배 더 높습니다. 스테인리스 스틸 히터는 과열 없이 3~5W/cm²에서 작동할 수 있는 반면, PTFE 히터는 대부분의 산세조에서 1.0~1.5W/cm²로 제한됩니다.
실질적인 결과는 크기입니다. 6kW 스테인리스 스틸 히터는 1,500cm²의 외장 표면만 필요하므로 컴팩트한 번들에 적합합니다. 1.2W/cm²의 6kW PTFE 히터에는 표면적의 3배가 넘는 5,000cm²-가 필요합니다. 히터 공간이 제한된 탱크에서는 PTFE가 적합하지 않은 곳에 스테인리스강 옵션이 적합할 수 있습니다.
| 히터 재질 | 열전도율 | 혼합산의 안전한 와트 밀도 | 6kW의 표면적 | 상대 공간 |
|---|---|---|---|---|
| 316L 스테인레스 스틸 | 16 W/m·K | 3~5W/cm² | 1,200~2,000cm² | 콤팩트 |
| PTFE | 0.25 W/m·K | 1.0~1.2W/cm² | 5,000~6,000cm² | 3~4배 더 큼 |
| 티탄 | 22 W/m·K | 2~4W/cm²(HF로 제한됨) | 1,500~3,000cm² | 콤팩트 |
| PVDF | 0.20 W/m·K | 0.8~1.2W/cm² | 5,000~7,500cm² | 더 크게 |
혼합산 산세척에서 침지 히터의 열 전달 및 크기 비교
스테인레스 스틸이 여전히 의미가 있는 경우
스테인레스 스틸이 항상 잘못된 선택은 아닙니다. 약한 산세척 용액-에서 불화물이나 염화물이 없는 묽은 질산-316L은 성능이 좋고 PTFE보다 비용이 저렴합니다. 이러한 응용 분야에서는 스테인리스강의 높은 와트 밀도와 컴팩트한 크기가 장점입니다.
결정 포인트는 공격적인 종의 존재입니다. 수조에 불화수소산, 염화물 또는 고농도의 환원산이 포함된 경우 스테인리스강은 수명이 짧은 옵션입니다-. 욕조가 약한 산화성 산인 경우 스테인리스 스틸이 적절할 수 있습니다.
시간 경과에 따른 총 비용 비교
316L 히터의 구매 가격은 일반적으로 동급 PTFE 히터보다 40~60% 저렴합니다. 그러나 혼합산 산세척에서는 스테인리스 스틸 히터의 수명이 3~10개월에 불과한 반면 PTFE 히터의 수명은 3~5년입니다.
5-년 동안 스테인리스강 옵션은 6~20회 교체가 필요한 반면, PTFE 옵션은 1~2회 교체가 필요합니다. 탱크를 배수하고, 고장난 히터를 제거하고, 새 히터를 설치하고, 욕조를 재인증-하는 각 교체에 대한 노동력과 가동 중지 시간은 스테인리스강 선택 비용에 상당한 추가 비용을 발생시킵니다.
표준 히터가 필요한 표면적에 맞지 않는 경우
주변 공간이 제한된 혼합산 산세척 탱크는 화학적으로 요구되는 낮은 와트 밀도의 표준 PTFE 침지 히터를 수용할 수 없는 경우가 많습니다. 1.0W/cm²에서 6kW를 사용하려면 6,000cm²의 외장 표면이 필요합니다. 이는 일반적인 탱크 크기 내에서 단일 직선 또는 L{6}}형 장치가 제공하는 것보다 더 많은 것입니다.-
다중-패스 또는 경계-다음 설계를 갖춘 맞춤형 PTFE 침지 히터 구성은 낮은 와트 밀도를 유지하면서 탱크 전체에 가열 표면을 분산시킵니다. 사양 프로세스에는 수조 화학, 작동 온도, 탱크 크기 및 필요한 전력량이 필요합니다. 혼합산 산세척 라인을 운영하는 시설의 경우, 이 애플리케이션{4}}별 접근 방식은 사용 가능한 공간에 맞는 구성으로 PTFE의 내화학성을 제공합니다.
