カートリッジ ヒーターが腐食環境に遭遇する場合: 材料選択サバイバル ガイド

化学物質への曝露は、事実上他のどの動作要因よりも早く発熱体を破壊しますが、材料の選択は通常、仕様作成時に大まかに検討されるだけです。ステンレス鋼はまったく腐食しないという考えは、化学工場、食品加工工場、さらには安全に見える工場でも、コストのかかるミスにつながります。特定の化学的問題に対してさまざまな金属がどのように反応するかを知ることで、一部の機器は何年も長持ちしますが、他の機器は毎月交換する必要があります。

塩化物条件は腐食が発生する最も一般的で危険な場所です。海岸沿いの塩気、食品施設の洗浄薬品、化学工業のプロセス薬品はすべて塩化物イオンを添加し、通常の 304 ステンレス鋼に孔食や応力腐食割れを引き起こします。このプロセスは、ステンレス鋼を保護する不動態酸化層を塩化物が通過することから始まります。これに続いて局所的な酸が生成され、ベース金属が急速に侵食されます。ピットが始まると、ピットは低酸素と高酸の環境を生成し、さらなる攻撃を促進するため、攻撃が加速します。

通常のステンレス鋼と比較して、インコロイ 800 および 840 合金は耐塩化物性に優れています。これらのニッケル-鉄-クロム合金は、304 ステンレス鋼が壊れてしまう場所でも不動態層を安定に保ちます。より耐性のある酸化物構造は、通常 30 ～ 35% のニッケルを追加することによって作成されます。クロムレベルを約 20% にすると、さらに保護が強化されます。インコロイは、海洋環境、大量の塩の使用、化学処理など、塩化物に多くさらされる場所に適しているだけではありません。これは必要である。

酸性の状況では、さまざまな材料を考慮する必要があります。硫酸、塩酸、さまざまな有機酸などのさまざまな酸は、さまざまな方法で金属を攻撃します。硫酸は一般に物を溶解し、水素を脆くします。塩酸は保護酸化物を積極的に分解します。腐食速度は濃度と温度によって大きく変化します。たとえば、室温の希酸には問題ありませんが、濃縮または加熱された酸には特別な合金または保護コーティングが必要です。

腐食性環境は通常の生産ではあまり一般的ではありませんが、洗浄や化学プロセスの実行中に発生します。アルミニウムおよびさまざまなステンレス鋼は、水酸化ナトリウムおよび水酸化カリウム溶液によって苛性分解によって損傷されます。高ニッケル合金は腐食性の攻撃に対して非常に耐性があるため、インコロイはこれらの用途にも適しています。ただし、腐食率は指定されたレベルを超えると急速に上昇するため、腐食剤の正確な濃度と温度を腐食表に対して確認する必要があります。

大気腐食は、十分に評価されていないことが多いですが、工場内のヒーター シースをゆっくりと破壊します。燃焼プロセスでは二酸化硫黄が放出され、冷凍または化学操作ではアンモニア蒸気が放出され、さまざまな有機蒸気が金属表面に腐食性のコーティングを生成します。シースの外側が腐食すると壁が薄くなり、最終的に穴が開いてプロセス流体が侵入したり、電気が漏れたりします。定期的に外面をチェックすることで、大きな故障につながる前にこの損傷を発見できます。

見えにくいですが内部の錆も同様にひどいです。端子シールまたはシースの破れから侵入したプロセス流体は、抵抗素子および酸化マグネシウム絶縁体と接触します。水、水溶液、または液体に凝縮する可能性のある蒸気は、加熱すると腐食性になります。乾燥すると、酸化マグネシウムは優れた熱伝導体および電気絶縁体になります。ただし、イオン溶液と接触すると導電性になります。この内部汚染は地絡、異常な抵抗値、予期せぬ故障の原因となります。

端末の保護は、材料の選択に関してはシースだけではありません。エポキシシール、テフロンリード線、およびシリコンゴムブーツがシース保護が終了する場所を保護します。これらの部品は、周囲の化学物質に対処できると同時に、柔軟性があり、電気を通さない必要があります。過酷な化学環境では、通常、加熱部分よりも先に端子が故障します。これは、適切なシース合金を選択することが、適切にシールすることと同じくらい重要であることを意味します。

通常の合金が機能しない場合、またはコスト効率が悪い場合は、保護コーティングが選択肢となります。{0}セラミック、ポリマー、金属などのさまざまな種類のコーティングは、特定の物質から保護できます。しかし、コーティングには、熱膨張の不一致、ピンホール欠陥、取り付け時の損傷など、コーティング自体の問題もあります。コーティングされたヒーターの場合は細心の注意が必要で、交換するには追加の手順が必要になる場合があります。コーティングされたヒーターを使用するか改良されたベース材料を使用するかは、アプリケーションの特性と、アプリケーションを最新の状態に保つ能力によって異なります。

化学的適合性のテストは簡単なことのように思えるかもしれませんが、時間がなかったり、「標準」材料が何であるかを知っていると考えたりして、テストを無視することがよくあります。{0}使用温度および熱サイクルを伴う実際のプロセス流体への将来の材料の浸漬試験では、実験室での測定では見逃す可能性のある欠陥が示されます。プロセス流体には、少量の不純物、計画外の酸化生成物、または腐食性を変える組成の変化が含まれることがよくあります。現実世界でテストを行うことで、たとえそれが単純な形式であっても、製造装置の故障や多額のコストを防ぐことができます。

総所有コストは時間の経過に伴う腐食の影響を受け、材料選択の経済性に影響を与えます。コストが 2 倍でも寿命が 5 倍のヒーターの方がお買い得であることは明らかです。ただし、この評価では、設置の費用、遅延、製品損失の可能性、予期せぬ故障に伴う安全上のリスクを考慮する必要があります。賢い調達では、商品の価格だけではありません。また、アイテムの全寿命にわたるコストも検討します。

環境規制も材料の選択を難しくしています。食品との接触や医療機器などの特定の用途では、特定の合金と表面処理のみが許可されています。端子部品および内部材料は、RoHS 準拠および同等の規則の影響を受けます。これらのルールにより、マテリアルの選択が難しくなりますが、どのマテリアルを使用しても問題がないことも明確になります。