Bij welke specifieke combinatie van zoutzuurconcentratie en oppervlaktetemperatuur van de mantel moet een 1,6 millimeter roestvrijstalen mantel van 316 elke 12 maanden worden vervangen tijdens regeneratietankverwarming voor ionenuitwisselingssystemen?
Laat een bericht achter
Zoutzuur is het standaard regenereermiddel voor kationenuitwisselingsharsen. * *Voor faciliteitsingenieurs die verantwoordelijk zijn voor elektrische verwarmingselementen in waterbehandelingssystemen met ionenuitwisseling. Typische regeneratie wordt uitgevoerd met 5–10% HCl bij injectietemperaturen van 20–40 graden, maar regeneratietanks worden vanwege efficiëntie vaak verwarmd tot 50–60 graden. Deze verwarmers zijn vaak gemaakt met een 1,6 mm roestvrijstalen 316-mantel vanwege de algemene corrosieweerstand in zwakke HCl. Maar onder een bepaalde zuurconcentratie en een hoge oppervlaktetemperatuur van de mantel door wattdichtheid worden putcorrosie en algemene corrosie versneld, waardoor de levensduur wordt teruggebracht tot 12 maanden of minder. Dit artikel vertelt u precies waar u een 1,6 mm 316-mantel op jaarbasis moet vervangen bij onderhoud aan regeneratietankverwarming.
Corrosiegedrag van 316 in verdund zoutzuur
De passieve film van roestvrij staal 316 wordt aangetast door chloride-ionen en zoutzuur is behoorlijk agressief voor roestvrij staal 316. Onder de 3% bij temperaturen onder de 40 graden vertoont 316 milde corrosiesnelheden van 0,1-0,3 mm per jaar. Bij 5% HCl neemt de snelheid toe tot 0,5-1,0 mm per jaar bij 40 graden. Bij 8% HCl werden snelheden van 1,0-2,0 mm/jaar waargenomen. Bij 10% HCl liggen de tarieven boven de 2-4 mm per jaar. De minimale structurele dikte voor een mantel van 1,6 mm is ~0,6 mm. Bij een corrosiesnelheid van 1,0 mm/jaar vindt een corrosiepenetratie van 1,0 mm (van 1,6 mm naar 0,6 mm) plaats in 12 maanden. De vervangingsdrempel na 12 maanden wordt bepaald wanneer de gecombineerde HCl-concentratie en oppervlaktetemperatuur van de mantel resulteren in een corrosiesnelheid van 0,8–1,2 mm per jaar.
Kritieke drempelwaarden voor levensduur van 12 maanden
Onderdompelingstesten van 316 monsters in zoutzuur bij temperaturen die relevant zijn voor het gebruik van regeneratietanks geven aan dat de volgende combinaties van zuurconcentratie en oppervlaktetemperatuur van de mantel een maximale levensduur van 12 maanden zullen opleveren voor een wand van 1,6 mm.
Zoutzuurconcentratie (gewicht%) Temperatuur bulkoplossing Oppervlaktetemperatuur mantel bij 6 W/cm² (12 graden stijging) Verwachte corrosiesnelheid bij oppervlaktetemperatuur Tijd om te verminderen 1,6 mm tot 0,6 mm Levensduur tot vervanging 3% 40 graden 52 graden 0,2 – 0,4 mm/jaar 2,5 – 5,0 jaar 3 – 6 jaar 3% 50 graden 62 graden 0,4 – 0,7 mm/jaar 1,4 – 2,5 jaar 1,8 – 3 jaar 3% 55 graden 67 graden 0,6 – 1,0 mm/jaar 1,0 – 1,7 jaar 1,2 – 2 jaar 5% 35 graden 47 graden 0,4 – 0,7 mm/jaar 1,4 – 2,5 jaar 1,8 – 3 jaar 5% 40 graden 52 graden 0,6 – 1,0 mm/jaar 1,0 – 1,7 jaar 1,2 – 2 jaar 5% 45 graden 57 graden 0,9 – 1,4 mm/jaar 0,7 – 1,1 jaar 0,9 – 1,3 jaar 5% 50 graden 62 graden 1,2 – 1,8 mm/jaar 0,6 – 0,8 jaar 0,7 – 1,0 jaar 8% 30 graden 42 graden 0,6 – 1,0 mm/jaar 1,0 – 1,7 jaar 1,2 – 2 jaar 8% 35 graden 47 graden 0,9 – 1,4 mm/jaar 0,7 – 1,1 jaar 0,9 – 1,3 jaar 8% 40 graden 52 graden 1,3 – 2,0 mm/jaar 0,5 – 0,8 jaar 0,6 – 1,0 jaar 10% 25 graden 37 graden 0,8 – 1,2 mm/jaar 0,8 – 1,3 jaar 1,0 – 1,5 jaar 10% 30 graden 42 graden 1,1 – 1,7 mm/jaar 0,6 – 0,9 jaar 0,7 – 1,1 jaar 10% 35 graden 47 graden 1,6 – 2,4 mm/jaar 0,4 – 0,6 jaar 0,5 – 0,8 jaar
Voor een mantel van 1,6 mm bij 6 W/cm2 in een ionenuitwisselingsregeneratietank met 5% HCl bij een bulktemperatuur van 45 graden zal het manteloppervlak ongeveer 57 graden bedragen. Er wordt voorspeld dat de corrosiesnelheid 0,9-1,4 mm/jaar zal bedragen, zodat de wand van 1,6 mm in 0,7-1,1 jaar zal worden teruggebracht tot 0,6 mm. Een vervanging van 12 maanden is geschikt. Een bulktemperatuurverlaging tot 40 graden verlaagt de oppervlaktetemperatuur tot 52 graden en de corrosiesnelheid tot 0,6–1,0 mm per jaar, en verlengt de levensduur tot 1,2–2 jaar.
Vervangingsschema van 12 maanden Veilig gebruiksbereik
De bijgevoegde tabel geeft de maximale veilige zoutzuurtemperatuur in bulk bij verschillende wattdichtheden om een levensduur van ten minste 12 maanden te bieden voordat de wanddegradatie tot 0,6 mm vereist is voor vervanging van een 316-mantel van 1,6 mm.
Wattdichtheid (temperatuurstijging) Max. Bulktemp. voor 3% HCl Max. Bulktemp. voor 5% HCl Max. Bulktemp. voor 8% HCl Max. Bulktemp. voor 10% HCl
4 W/cm2 (8 graden stijging) 60 graden 52 graden 44 graden 38 graden 6 W/cm2 (12 graden stijging) 56 graden 48 graden 40 graden 34 graden 8 W/cm2 (16 graden stijging) 52 graden 44 graden 36 graden 30 graden 10 W/cm2 (20 graden stijging) 48 graden 40 graden 32 graden 26 graden
Voor een regeneratietank met 5% HCl, bij een bulktemperatuur van 45 graden en 6 W/cm2 (12 graden stijging, 57 graden oppervlak) is de veilige bulklimiet 48 graden. De heater bevindt zich in de veilige zone op 45 graden en een levensduur van 12 maanden is mogelijk. Bij jaarlijkse vervanging wordt de veilige limiet voor 50 graden bulk overschreden en kan niet worden gegarandeerd.
Ontwerpwijzigingen om de duurzaamheid na 12 maanden te verbeteren
Wanneer de regeneratieomstandigheden een 316-mantel van 1,6 mm vereisen en de levensduur van 12 maanden onvoldoende is, kunnen er 3 wijzigingen worden aangebracht om de levensduur te verlengen. De eerste is om de wattdichtheid te minimaliseren met behulp van een langere verwarmer. Het verlagen van 6 W/cm2 naar 4 W/cm2 vermindert de stijging van de oppervlaktetemperatuur van 12 °C naar 8 °C, waarbij wordt overgegaan van het 12 maanden-regime naar het 1,5-2 jaar-regime voor 5% HCl bij 45 °C. De tweede verandering is het verkorten van de zuurcontactduur door de regeneratietank alleen te verwarmen tijdens het voorverwarmingsgedeelte van het proces in plaats van tijdens het zuurinjectiegedeelte van het proces. Een verwarming die elke regeneratiecyclus 4 uur aanstaat, in vergelijking met 12 uur, gaat in kalendertijd 3 keer langer mee. De laatste aanpassing is het overstappen op roestvrij staal met een hoog siliciumgehalte, zoals Alloy 20, of een met tantaal omwikkelde mantel. De corrosiesnelheid van Alloy 20 bedraagt < 0,1 mm/jaar in 5–10% HCl bij 60 graden, waardoor een levensduur van > 10 jaar wordt bereikt. Voor waterzuiveringsinstallaties waar de regeneratie dagelijks plaatsvindt, zijn de arbeidskosten voor het jaarlijks vervangen van de verwarmer doorgaans groter dan de meerkosten van een Alloy 20-verwarmer. Wanneer u verwarmingstoestellen specificeert voor regeneratie met ionenuitwisseling, geef dan altijd het juiste HCl-gehalte, de bulktemperatuur en de frequentie van de regeneratie op. Een fabrikant die 316 voor 8% HCl bij 50 graden voorstelt zonder de verwachte levensduur te vermelden, geeft geen redelijk advies. De vervangingsdrempel van 12 maanden voor een 1,6 mm 316 omhulsel in zoutzuurgebruik is voorspelbaar als functie van de concentratie, bulktemperatuur en wattdichtheid, waardoor een nauwkeurige voorspelling van de levensduur van het verwarmingselement bij waterbehandelingsactiviteiten mogelijk is.
