壁厚 1.2 ミリメートルの 316 ステンレス鋼シースの最大耐用年数はどのくらいですか?壁厚 1.2 ミリメートルの 316 ステンレス鋼シースの最大耐用年数は、摂氏 110 度での 15% リン酸連続使用で何ですか?摂氏 110 度での 15% リン酸連続使用での寿命は何ですか?

リン酸肥料の製造、金属処理槽、リン酸を扱う食品加工装置などの化学プロセス用途で使用される電気浸漬ヒーターのシース材料を選択する際には、耐食性と熱性能の両方を考慮する必要があります。リン酸は塩酸や硫酸ほど攻撃的ではありませんが、80℃を超える温度と 10% を超える高濃度では、特に溶接部や残留応力の高い場所で 316 ステンレス鋼への攻撃が加速される可能性があります。シースの壁の厚さは、耐用期間中のヒーターの腐食許容量を設定しますが、壁が薄くなり、局所的な電流密度が増加すると腐食速度が増加する傾向があるため、接続は非線形です。この論文では、既知の腐食データと化学施設での現場経験に基づいて、110 度の 15% リン酸中での 1.2 mm 316 シースの定量的な耐用年数予測を示します。

熱リン酸中での 316 ステンレス鋼の腐食挙動
80 度を超える温度で 10% ～ 30% のリン酸濃度では、酸の純度、温度、流速に応じて、316 ステンレス鋼の一般的な腐食速度は 0.1 ～ 0.5 mm/年になります。リン酸は強力な酸化剤ではなく、局所的な攻撃の原因となる塩化物を含まないため、腐食メカニズムはほとんどが孔食ではなく均一な薄化です。市販のリン酸には、リン酸塩岩からのフッ化物、硫酸塩、塩化物などの汚染物質が含まれており、これらが腐食を促進し、孔食を引き起こす可能性があります。通常の工業用純度を使用した 110 度の 15% リン酸中での 316 の一般腐食速度は、約 0.25 mm/ 年です。この速度は、シース表面温度がバルク酸温度の 5 度以内であることに基づいています。実際には、熱流束によりヒーター シースの温度が上昇します。壁厚 1.2 mm の 316 シースの場合、110 度の酸中で 6 W/cm² の場合、外表面温度は約 125 度になります。この温度では、腐食速度は約 0.35 mm/y まで増加します。温度は熱流束によって上昇し、バルク酸温度と比較して腐食速度がさらに 40% 増加します。

1.2 肉厚ミリメートルの寿命の見積もり
316 シースの公称厚さは 1.2 mm です。ただし、製造公差は±0.1mmとなります。これは、最小厚さが 1.1 mm になる可能性があることを意味します。控えめな耐用年数の見積もりは、最小の厚さに基づいています。 0.35 mm/年を使用し、腐食速度は0.35 mm/年です。しかし、壁が完全に食い破られる前に失敗が起こります。 MgO の膨張による内部圧力と外部プロセス圧力に耐えるため、構造の最小厚さは 0.5 mm です。したがって、有効な腐食代は 1.1 mm – 0.5 mm=0.6 mm です。予測耐用年数は、年間 0.35 mm で 0.6/0.35=1.7 年です。これは、シースが構造上の最小の厚さに達する瞬間です。実際、ヒーターは安全マージンを考慮して、肉厚が 0.7 ～ 0.8 mm 残った状態で交換されることがよくあります。この交換閾値では、耐用年数は約 1.2 年に低下します。 5 年間の耐用年数の初期壁厚は、0.35 x 5 年 + 0.5 (構造マージン) + 0.1 (公差)=2.35 mm、または約 2.5 mm である必要があります。したがって、このサービスの 1.2 mm 壁 316 シースは、毎年交換が許容される用途にのみ適しています。

推奨されるリン酸サービスの壁の厚さ
次の表は、リン酸使用における電気浸漬ヒーターの許容可能なシース壁厚を、濃度、温度、および望ましい耐用年数の関数として示しています。値は、通常の不純物を含み、ワット密度が 4 ～ 6 W/cm2 の工業用グレードの酸に関するものです。

リン酸濃度 |バルク酸温度 |目標耐用年数 |推奨最小肉厚 316 |推奨厚さでの耐用年数 表面の予想腐食速度
10 – 15 % 80 – 100度 2年 1.2 mm 0.20 – 0.30 mm/年 1.5 – 2.5年
10 ～ 15% 80 ～ 100 度 5 年 2.0 mm 0.20 ～ 0.30 mm/年 4 ～ 6 年
10 ～ 15% 100 ～ 120 度 2 年 1.6 mm 0.30 ～ 0.45 mm/年 2 ～ 3 年
10 – 15% 100 – 120度 5年 2.5 mm 0.30 – 0.45 mm/年 5 – 7年
15 – 25% 80 – 100度 2年 1.6 mm 0.25 – 0.40 mm/年 2 – 3年
15 – 25% 80 – 100度 4年 2.5 mm 0.25 – 0.40 mm/年 4 – 6年
15 – 25% 100 – 120 度 1 年 1.6 mm 0.40 – 0.60 mm/年 1 – 2 年
15 – 25% 100 – 120 度 3 年 2.5 mm 0.40 – 0.60 mm/年 3 – 4 年
>25% 任意の温度 任意 推奨されない > 0.60 mm/年 予測不可能。高級合金を使用する
316 ステンレス鋼は、壁の厚さに関係なく、通常、100 度を超える温度で 25% を超えるリン酸濃度には適していません。このシナリオでは、エンジニアは、熱リン酸中での腐食速度が 316 よりも 2 桁低い、合金 20 (カーペンター 20) や合金 625 などの高分子合金へのアップグレードを検討する可能性があります。{4}

壁厚を増やさずに耐用年数を延ばすための設計変更
スペースまたは熱応答を考慮して、熱リン酸用途に 1.2 mm 316 シースの使用が必要な場合は、推定 1.7 年をはるかに超えて耐用年数を延ばすために 3 つの設計調整が可能です。まず、ワット密度の低減です。動作レベルが 6 W/cm2 から 3 W/cm2 に低下すると、シースの表面温度は 125 度から約 116 度に低下し、腐食速度は年間 0.35 mm から約 0.22 mm に低下します。これにより耐用年数が1.7年から2.7年に延長されます。 2 番目の変更は、取り付ける前に 50 度で 60 分間、20% 硝酸でシース表面を不動態化することです。不動態化により、埋め込まれた鉄粒子が除去され、酸化クロム層の厚さが増加し、使用開始から最初の数か月間で初期腐食率が 20 ～ 30% 減少します。 3 番目の変更は、酸の純度を管理することです。フッ化物を 50 ppm 未満、塩化物を 100 ppm 未満に抑えることができれば、腐食を年間 0.15 ～ 0.20 mm に抑えることができ、耐用年数は 3 ～ 4 年になります。予期せぬヒーターの故障により生産に多大な損失が生じる重要な用途では、エンジニアは予備のヒーターを組み込むか、一方のヒーターを交換してもう一方のヒーターで温度を維持できるようにツインヒーターを備えたタンクを構築する必要があります。予備のヒーターにかかるコストは、化学品の連続製造が予期せず停止した場合のコストに比べれば、取るに足らないものです。リン酸サービス用のヒーターを選択する際には、プロセスストリーム内の本物の酸を使用した腐食クーポンテストを指定してください。実際の酸純度は工場ごとに、さらには生産バッチごとに大きく異なるため、公開されているデータは推定値を提供します。予想されるシース温度でプロセス酸にさらした 1.2 mm 316 サンプルの 3 か月クーポン テストが、耐用年数の最良の指標となります。通常、このテストのコストは、故障したヒーター 1 台のコストよりも低くなります。