A quina combinació específica de concentració d'àcid clorhídric i temperatura de la superfície de la coberta requereix la substitució d'una funda d'acer inoxidable 316 d'1,6 mil·límetres cada 12 mesos en el servei d'escalfador de tancs de regeneració per a sistemes d'intercanvi iònic?

L'àcid clorhídric és el regenerant estàndard per a les resines d'intercanvi catiònic. * * Per als enginyers de les instal·lacions responsables dels escalfadors elèctrics d'immersió en sistemes de tractament d'aigua d'intercanvi iònic. La regeneració típica es fa amb un 5-10% d'HCl a temperatures d'injecció de 20-40 graus, però els dipòsits de regeneració sovint s'escalfen a 50-60 graus per a l'eficiència. Aquests escalfadors sovint es fabriquen amb una funda d'acer inoxidable 316 d'1,6 mm a causa de la resistència general a la corrosió en HCl feble. Però sota una certa concentració d'àcids i una alta temperatura de la superfície de la coberta per densitat de watts, la picada i la corrosió general s'acceleren per reduir la vida útil a 12 mesos o menys. Aquest article us indica exactament on canviar una funda 316 d'1,6 mm anualment en el servei d'escalfador de tancs de regeneració.

Comportament a la corrosió del 316 en àcid clorhídric diluït
La pel·lícula passiva de l'acer inoxidable 316 és atacada pels ions clorur i l'àcid clorhídric és força agressiu amb l'acer inoxidable 316. Per sota del 3% a temperatures inferiors a 40 graus, 316 presenta taxes de corrosió lleus de 0,1-0,3 mm per any. Al 5% d'HCl, la taxa augmenta a 0,5-1,0 mm per any a 40 graus. Es van observar taxes d'1,0-2,0 mm/any al 8% de HCl. A un 10% d'HCl, les taxes són superiors als 2-4 mm per any. El gruix estructural mínim per a una funda d'1,6 mm és ~ 0,6 mm. A una taxa de corrosió d'1,0 mm/any, la penetració de la corrosió d'1,0 mm (d'1,6 mm a 0,6 mm) es produeix en 12 mesos. El llindar de reemplaçament de 12 mesos es determina quan la concentració combinada d'HCl i la temperatura superficial de la funda produeixen una taxa de corrosió de 0,8-1,2 mm per any.

Llindars crítics de vida útil de 12 mesos
Les proves d'immersió de 316 mostres en àcid clorhídric a temperatures rellevants per al servei del tanc de regeneració indiquen que les combinacions següents de concentració d'àcid i temperatura de la superfície de la coberta proporcionaran una vida útil màxima de 12 mesos per a una paret d'1,6 mm.

Concentració d'àcid clorhídric (%) Temperatura de la solució a granel Temperatura de la superfície de la funda a 6 W/cm² (augment de 12 graus) Taxa de corrosió esperada a la temperatura superficial Temps per reduir 1,6 mm a 0,6 mm Vida útil fins a la substitució 3% 40 graus 52 graus 52 graus 0,4 mm – 5,0,2 mm/any – 6 anys 3% 50 graus 62 graus 0,4 – 0,7 mm/any 1,4 – 2,5 anys 1,8 – 3 anys 3% 55 graus 67 graus 0,6 – 1,0 mm/any 1,0 – 1,7 anys 1,2 – 2 anys 0,4 – 3 anys 5,4 mm – anys 0,4 anys 0,4 mm graus 0,75 graus 1,4 – 2,5 anys 1,8 – 3 anys 5% 40 graus 52 graus 0,6 – 1,0 mm/any 1,0 – 1,7 anys 1,2 – 2 anys 5% 45 graus 57 graus 0,9 – 1,4 mm/any 0,7 – 1,03 anys – 1,5 % 1,5 anys 62 graus 1,2 – 1,8 mm/any 0,6 – 0,8 anys 0,7 – 1,0 anys 8% 30 graus 42 graus 0,6 – 1,0 mm/any 1,0 – 1,7 anys 1,2 – 2 anys 8% 35 graus 47 – anys 1,0,0,1 mm/any 1,0 – 1,7 anys 0,9 – 1,3 anys 8% 40 graus 52 graus 1,3 – 2,0 mm/any 0,5 – 0,8 anys 0,6 – 1,0 anys 10% 25 graus 37 graus 0,8 – 1,2 mm/any 0,8 – 1,3 anys 0,8 – 1,3 anys 1,5 graus – 1,01 % 1,30 graus 1,1 – 1,7 mm/any 0,6 – 0,9 anys 0,7 – 1,1 anys 10% 35 graus 47 graus 1,6 – 2,4 mm/any 0,4 – 0,6 anys 0,5 – 0,8 anys
Per a una funda d'1,6 mm a 6 W/cm2 en un dipòsit de regeneració d'intercanvi d'ions amb un 5% de HCl a una temperatura a granel de 45 graus, la superfície de la funda serà d'uns 57 graus. Es preveu que la taxa de corrosió sigui de 0,9-1,4 mm/any, de manera que la paret d'1,6 mm es reduirà a 0,6 mm en 0,7-1,1 anys. És adequat un reemplaçament de 12 mesos. La reducció de la temperatura a granel a 40 graus redueix la temperatura superficial a 52 graus i la taxa de corrosió a 0,6-1,0 mm per any i augmenta la vida útil a 1,2-2 anys.

Esquema de substitució de 12 mesos sobre de funcionament segur
La taula adjunta ofereix la temperatura màxima segura de l'àcid clorhídric a granel a diferents densitats de watts per proporcionar almenys 12 mesos de vida útil abans de la degradació de la paret a 0,6 mm, la substitució necessària per a una funda 316 d'1,6 mm.

Densitat de watts (augment de temperatura) Màx. Temp. a granel. per HCl al 3% Màx. Temp. a granel. per HCl al 5% Màx. Temp. a granel. per HCl al 8% Màx. Temp. a granel. per HCl al 10%.
4 W/cm2 (augment de 8 graus) 60 graus 52 graus 44 graus 38 graus 6 W/cm2 (augment de 12 graus) 56 graus 48 graus 40 graus 34 graus 8 W/cm2 (augment de 16 graus) 52 graus 44 graus 36 graus 120 graus W/cm2 (103 graus) 48 graus 40 graus 32 graus 26 graus
Per a un dipòsit de regeneració d'HCl al 5%, a una temperatura a granel de 45 graus i 6 W/cm2 (augment de 12 graus, superfície de 57 graus), el límit de volum segur és de 48 graus. L'escalfador es troba a la zona segura a 45 graus i és possible una vida útil de 12 mesos. Amb la substitució anual, es supera el límit de seguretat per a la massa de 50 graus i no es pot garantir.

Modificacions de disseny per millorar la durabilitat més enllà dels 12 mesos
Quan les condicions de regeneració necessiten una funda 316 d'1,6 mm i la vida útil de 12 mesos és insuficient, es poden fer 3 modificacions per millorar la vida útil. El primer és minimitzar la densitat de watts utilitzant un escalfador més llarg. La reducció de 6 W/cm2 a 4 W/cm2 redueix l'augment de la temperatura superficial de 12C a 8C, passant del règim de 12 mesos al règim d'1,5-2 anys per al 5% de HCl a 45C. El segon canvi és reduir la durada del contacte amb l'àcid només escalfant el dipòsit de regeneració durant la part de preescalfament del procés en lloc de durant la part d'injecció d'àcid del procés. Un escalfador que funciona 4 hores cada cicle de regeneració en comparació amb les 12 hores durarà 3 vegades més en el temps natural. L'ajust final és canviar a un acer inoxidable d'alt silici com ara Alloy 20 o una funda embolicada de tàntal. Les taxes de corrosió de l'Aliatge 20 són < 0,1 mm/any en 5-10% d'HCl a 60 graus, proporcionant així una vida útil > 10 anys. Per a les plantes de tractament d'aigua on la regeneració té lloc diàriament, el cost laboral de substituir l'escalfador anualment sol ser més gran que el cost incremental d'un escalfador Alloy 20. Quan especifiqueu escalfadors per al servei de regeneració d'intercanvi iònic, especifiqueu sempre el contingut d'HCl correcte, la temperatura a granel i la freqüència de regeneració. Un fabricant que suggereix 316 per al 8% d'HCl a 50 graus sense indicar la vida útil prevista no dóna consells raonables. El llindar de substitució de 12 mesos per a una funda 316 d'1,6 mm en servei d'àcid clorhídric és predictible en funció de la concentració, la temperatura a granel i la densitat de watts que permeten una previsió precisa de la vida útil de l'escalfador en les operacions de tractament d'aigua.