A quina concentració específica d'àcid clorhídric a 50 graus centígrads, una funda d'acer inoxidable 316 d'1,2 mil·límetres experimenta la penetració de picades en 500 hores d'escalfament per immersió contínua?

L'acer inoxidable 316 es considera generalment un material marginal per als escalfadors d'immersió elèctrics especificats pels enginyers de processos químics per al servei d'àcid clorhídric en sistemes de decapat de metalls, correcció de pH i regeneració. L'àcid clorhídric és un àcid reductor molt agressiu. Els ions de clorur es dirigeixen a la capa passiva dels acers inoxidables. A diferència de l'àcid sulfúric o nítric, no hi ha un rang de concentració on tingui una resistència realment bona per a 316. A temperatures suaus en solucions molt diluïdes, però, 316 pot donar una vida acceptable per a aplicacions no-crítiques. El temps que triga a que la picada es propagui des de la superfície exterior a la paret interior depèn del gruix de la paret de la funda. Aquest article informa de la mesura de la concentració específica d'àcid clorhídric a 50 graus que provoca la penetració de picades d'una funda 316 d'1,2 mm en 500 hores de funcionament continu a densitats de watts industrials mitjanes.

"Corrosió per picadura d'acer inoxidable 316 en HCl diluït.
La corrosió del 316 a l'àcid clorhídric es produeix com a picadura, no un aprimament uniforme. Si es forma una fossa en un defecte superficial, inclusió o debilitat en la pel·lícula passiva, es propagarà ràpidament a causa de la naturalesa autocatalítica de l'atac del clorur. El potencial crític de picadura de 316 en solucions de clorur disminueix amb l'augment de la temperatura i la concentració de clorur. La concentració llindar de clorur per a l'inici de la fossa és d'aproximadament 50-100 ppm (0,005-0,01% HCl) a 50 graus. Per sota d'aquest llindar, la picada és poc freqüent i les taxes de corrosió típiques són inferiors a 0,05 mm/any. Més enllà d'aquest llindar, és probable la picat i la velocitat de propagació de la fossa augmenta ràpidament amb el contingut de clorur. El temps de penetració d'una funda de paret d'1,2 mm està controlat per la velocitat de propagació de la fossa després de l'inici. Les taxes de propagació a 50 graus oscil·len entre 0,01 mm/h en HCl al 0,1% i 0,10 mm/h en HCl a l'1%. La velocitat de propagació és d'~ 0, 03-0, 05 mm/hora per al 0, 5% de HCl, la qual cosa implica que una paret d'1, 2 mm es penetraria entre 24 i 40 hores després de l'inici d'un forat. Depenent de la qualitat de la superfície i les càrregues residuals, la vida útil total és de 120-540 hores, inclòs un temps d'inducció de 100-500 hores per a l'inici de la fossa.

Concentració crítica per a 500 hores de vida
Les següents vides de vida es preveuen a partir de les proves d'immersió de mostres de funda de 316 estampades a 50 graus i d'un poliment superficial típic dels escalfadors comercials. A un 0,05% de HCl (500 ppm de clorur), l'inici de la picada és d'unes 800 a 1.200 hores i la propagació és lenta a 0,005 mm per hora. 1.2 mm, la funda duraria 1.000-1.500 hores en total. Al 0,10% de HCl, el temps d'inici es redueix a 400-600 h amb propagació a 0,010-0,015 mm/h, durant un temps total de 500-800 h. Al 0,15% d'HCl començant en 200-300 hores Propagació 0,020-0,025 mm per hora Vida total 300-500 hores. Iniciació 100-200 h al 0,20% HCl Propagació 0,030-0,040 mm/h Vida total 150-300 h La concentració essencial de HCl per a una vida de 500 hores és d'uns 0,12 a 0,14%. A aquesta concentració o per sota, hi ha una probabilitat considerable que una funda 316 d'1,2 mm sobrevisqui 500 hores de funcionament contínues. Per sobre d'aquesta concentració l'esperança de vida és inferior a les 500 hores. Aquests valors són per a una densitat de watts de 5-8 W/cm² que augmenta la temperatura de la superfície de la coberta a uns 55-60 graus. A majors densitats de watts, la temperatura superficial més alta redueix encara més la concentració crítica.

Servei de concentració d'àcid clorhídric i matriu de gruix de paret
La taula següent ofereix els 316 gruixos de paret recomanats per a l'àcid clorhídric a 50 graus per a la vida útil prevista. Els valors assumeixen una densitat de watts de 5 a 8 W/cm2 i un acabat superficial normalitzat

Concentració d'HCl Concentració de clorur (ppm) Taxa prevista de creixement de la fossa a 50 graus Mínim 316 Gruix de paret per a 500 hores de vida Gruix de paret mínim per a 1.000 hores de vida Recomanació
Menys del 0,05%< 500 ppmBelow 0.005 mm/hour 0.8 mm 1.0 mm 316 acceptable for intermittent service 
0,05 – 0,10% 500 – 1.000 ppm 0,005 – 0,015 mm/h 1,0 mm 1,6 mm 316 marginal; Espera una vida curta
0,10 – 0,15% 1.000 – 1.500 ppm 0,015 – 0,025 mm/hora 1,2 mm 2,0 mm 316 no recomanat per al servei continu
0,15 – 0,20 % 1.500 – 2.000 ppm 0,025 – 0,040 mm/hora 1,6 mm 2,5 mm Titani o tàntal
0,20 – 0,50% 2.000 – 5.000 ppm 0,040 – 0,100 mm/h No pràcticNo ho puc fer Necessitat de titani
Més del 0,50% Més de 5.000 ppmMés de 0,100 mm/hora No acceptableNo compatible Utilitzeu calefacció no-metall
Si la concentració d'àcid clorhídric és superior al 0,15% a 50 graus, l'acer inoxidable 316 no és un bon material per utilitzar independentment del gruix de la paret. La velocitat de propagació de la fossa i el risc significatiu de perforació brusca sense previ avís són preocupants. El titani (Grau 2 o Grau 7) té una bona resistència a l'àcid clorhídric diluït fins a una concentració de l'1% a 50 graus C, amb taxes de corrosió < 0,01 mm per any. Per a concentracions o temperatures més altes cal tàntal. Quan es seleccionen escalfadors per al servei d'àcid clorhídric on es considera 316, els enginyers haurien d'especificar una prova de cupó de corrosió utilitzant l'àcid del procés real i una mostra del material de la funda a la temperatura superficial esperada. Les dades publicades donen estimacions, però el comportament de la picada es veu fortament afectat per la puresa real de l'àcid i el control de la temperatura. La despesa d'una fallada d'un sol escalfador en àcid clorhídric, inclosa la contaminació d'ions metàl·lics de la solució del procés, sovint és més que el cost de l'actualització a titani. El consell d'enginyeria prudent a 50 graus i per sobre del 0,1% és evitar 316 per complet.