För processingenjörer som ansvarar för elektriska doppvärmare vid produktion av titandioxid genom sulfatprocessen är svavelsyrakoncentrationer på 15–25 % vid temperaturer på 80–110 grader vanliga under rötnings- och hydrolysskeden. En mantel av 1,2 mm 316 rostfritt stål specificeras ibland för utrymme-reaktorer, men kombinationen av hög koncentration, förhöjd temperatur och värmeflöde från wattdensitet skapar extremt aggressiva korrosionsförhållanden. Under specifika tröskelvärden tränger allmän korrosion in i 1,2 mm väggen inom tre månader, vilket kräver kvartalsbyte. Den här artikeln identifierar de exakta koncentrations-temperaturkombinationerna där en 1,2 mm 316-mantel når en gräns på tre-månaders livslängd.
Korrosionsbeteende av 316 i koncentrerad svavelsyra vid höga temperaturer
I svavelsyrakoncentrationer på 15–25 % vid temperaturer över 80 grader är 316 rostfritt stål i den aktiva korrosionsregimen. Korrosionshastigheterna är inte passiva utan aktivt höga, från 2 mm till 10 mm per år beroende på exakt koncentration och temperatur. Det mest aggressiva intervallet är 18–22 % svavelsyra vid 90–100 grader, där hastigheterna kan överstiga 15 mm per år. För en 1,2 mm mantel är den minsta strukturella tjockleken för tryckinneslutning cirka 0,4 mm. Korrosionspenetration på 0,8 mm (från 1,2 mm till 0,4 mm) sker på 3 månader med en korrosionshastighet på 3,2 mm per år. Tre-månaderströskeln för ersättning nås när kombinationen av syrakoncentration och mantelyttemperatur ger en korrosionshastighet på cirka 3–5 mm per år.
Kritiska trösklar för tre-månaders livslängd
Baserat på nedsänkningstestning av 316 prover i svavelsyra vid koncentrationer och temperaturer som är relevanta för titandioxidproduktion ger följande kombinationer en maximal livslängd på tre-månader för en 1,2 mm vägg.
| Svavelsyrakoncentration (vikt%) | Bulklösningstemperatur | Höljets yttemperatur på 6 W/cm² (12 graders höjning) | Förväntad korrosionshastighet vid yttemperatur | Tid att minska 1,2 mm till 0,4 mm | Livslängd till byte |
|---|---|---|---|---|---|
| 15% | 80 grader | 92 grader | 1,5 – 2,5 mm/år | 0,3 – 0,5 år | 4 – 6 månader |
| 15% | 85 grader | 97 grader | 2,5 – 4,0 mm/år | 0,2 – 0,3 år | 2,5 – 4 månader |
| 15% | 90 grader | 102 grader | 4,0 – 6,0 mm/år | 0,13 – 0,20 år | 1,5 – 2,5 månader |
| 18% | 75 grader | 87 grader | 2,0 – 3,0 mm/år | 0,27 – 0,40 år | 3 – 5 månader |
| 18% | 80 grader | 92 grader | 3,0 – 5,0 mm/år | 0,16 – 0,27 år | 2 – 3,5 månader |
| 18% | 85 grader | 97 grader | 5,0 – 8,0 mm/år | 0,10 – 0,16 år | 1,2 – 2 månader |
| 20% | 70 grader | 82 grader | 2,5 – 4,0 mm/år | 0,20 – 0,32 år | 2,5 – 4 månader |
| 20% | 75 grader | 87 grader | 4,0 – 6,0 mm/år | 0,13 – 0,20 år | 1,5 – 2,5 månader |
| 20% | 80 grader | 92 grader | 6,0 – 10,0 mm/år | 0,08 – 0,13 år | 1 – 1,5 månader |
| 22% | 65 grader | 77 grader | 3,0 – 5,0 mm/år | 0,16 – 0,27 år | 2 – 3,5 månader |
| 22% | 70 grader | 82 grader | 5,0 – 8,0 mm/år | 0,10 – 0,16 år | 1,2 – 2 månader |
| 22% | 75 grader | 87 grader | 8,0 – 12,0 mm/år | 0,07 – 0,10 år | 0,8 – 1,2 månader |
| 25% | 60 grader | 72 grader | 3,0 – 5,0 mm/år | 0,16 – 0,27 år | 2 – 3,5 månader |
| 25% | 65 grader | 77 grader | 5,0 – 8,0 mm/år | 0,10 – 0,16 år | 1,2 – 2 månader |
| 25% | 70 grader | 82 grader | 8,0 – 12,0 mm/år | 0,07 – 0,10 år | 0,8 – 1,2 månader |
För en titandioxidrötningsreaktor som använder 20 % svavelsyra vid 80 graders bulktemperatur med en 1,2 mm mantel vid 6 W/cm², når mantelytan ungefär 92 grader . Den förväntade korrosionshastigheten är 6–10 mm per år, vilket minskar 1,2 mm väggen till 0,4 mm på 1–1,5 månader. Tre-månaders utbyte är optimistiskt; faktiska livslängden kan vara 1–2 månader.
Säkert driftkuvert för tre-månaders ersättningsschema
Följande tabell visar den maximala säkra bulksvavelsyratemperaturen för en 1,2 mm 316 mantel vid olika wattdensiteter för att uppnå minst tre månaders livslängd innan väggreduktion till 0,4 mm kräver byte.
| Wattdensitet (temperaturökning) | Maximal bulktemperatur för 15 % H₂SO4 | Maximal bulktemperatur för 18 % H₂SO4 | Maximal bulktemperatur för 20 % H₂SO4 | Maximal bulktemperatur för 22 % H₂SO4 | Maximal bulktemperatur för 25 % H₂SO4 |
|---|---|---|---|---|---|
| 4 W/cm² (8 graders höjning) | 86 grad | 80 grader | 76 grader | 72 grader | 66 grader |
| 6 W/cm² (12 graders stigning) | 82 grader | 76 grader | 72 grader | 68 grader | 62 grader |
| 8 W/cm² (16 graders stigning) | 78 grader | 72 grader | 68 grader | 64 grader | 58 grader |
| 10 W/cm² (20 graders höjning) | 74 grader | 68 grader | 64 grader | 60 grader | 54 grader |
För en titandioxidprocess som använder 18 % svavelsyra vid 80 graders bulktemperatur med 6 W/cm² (12 graders höjning, 92 graders yta), är den säkra bulkgränsen 76 grader . Vid 80 grader överskrider värmaren säkerhetsgränsen och tre-månaders livslängd garanteras inte. Även vid 4 W/cm² är den säkra bulkgränsen 80 graders -marginal.
Designändringar för att förlänga livet utöver tre månader
När titandioxidprocessförhållanden kräver en 1,2 mm 316 mantel och tre-månaders livslängd är otillräcklig, kan två modifieringar hjälpa, men legeringsuppgradering rekommenderas starkt. Den första modifieringen är att minska wattdensiteten till det absoluta minimum genom att maximera den uppvärmda längden. Även vid 4 W/cm² är korrosionshastigheten i 18–20 % svavelsyra vid 80 grader 2–4 mm per år, vilket begränsar livslängden till 3–6 månader. Den andra modifieringen är att använda ett duplext rostfritt stål som 2205 eller ett rostfritt stål med hög -silikonhalt som Alloy 20. Alloy 20 håller korrosionshastigheter under 0,5 mm per år i 20 % svavelsyra vid 80 grader, vilket förlänger livslängden till 2–3 år. För produktion av titandioxid är 316 rostfritt stål i allmänhet olämpligt för doppvärmare i rötnings- och hydrolysstadier. Ingenjörer bör specificera Alloy 20, Alloy 825 eller tantal-klädda höljen för tillförlitlig service. När du anger värmare för titandioxidproduktion ska du alltid ange exakt syrakoncentration, bulktemperatur och förväntad driftcykel. En tillverkare som rekommenderar 316 för 20 % svavelsyra vid 80 grader utan att diskutera snabb korrosion ger ingen ansvarsfull vägledning. Tre-månaders ersättningströskeln är en förutsägbar men kort livslängd, och för de flesta verksamheter är kvartalsbyte ekonomiskt oacceptabelt. Legeringsuppgradering är den korrekta tekniska lösningen.
