За процесне инжењере одговорне за електричне имерзионе грејаче у производњи титанијум диоксида поступком сулфата, концентрације сумпорне киселине од 15–25% на температурама од 80–110 степени су уобичајене током фаза дигестије и хидролизе. Плашт од нерђајућег челика од 1,2 мм 316 је понекад одређен за реакторе-са ограниченим простором, али комбинација високе концентрације, повишене температуре и топлотног флукса од густине у ватима ствара екстремно агресивне услове корозије. Под одређеним праговима, општа корозија продире у зид од 1,2 мм у року од три месеца, што захтева кварталну замену. Овај чланак идентификује прецизне комбинације концентрације{11}}температура где омотач од 1,2 мм 316 достиже ограничење радног века од три-месеца.
Корозионо понашање 316 у концентрованој сумпорној киселини на високим температурама
У концентрацијама сумпорне киселине од 15-25% на температурама изнад 80 степени, нерђајући челик 316 је у активном режиму корозије. Стопе корозије нису пасивне већ активно високе, у распону од 2 мм до 10 мм годишње у зависности од тачне концентрације и температуре. Најагресивнији опсег је 18–22% сумпорне киселине на 90–100 степени, где стопе могу да пређу 15 мм годишње. За плашт од 1,2 мм, минимална дебљина структуре за задржавање притиска је приближно 0,4 мм. Продор корозије од 0,8 мм (од 1,2 мм до 0,4 мм) се јавља за 3 месеца при брзини корозије од 3,2 мм годишње. Праг замене од три-месеца достиже се када комбинација концентрације киселине и температуре површине омотача производи стопу корозије од приближно 3–5 мм годишње.
Критични прагови за три{0}}тромесечни радни век
На основу тестирања урањањем 316 узорака у сумпорну киселину при концентрацијама и температурама релевантним за производњу титанијум диоксида, следеће комбинације дају максимални век трајања од три-месеца за зид од 1,2 мм.
| Концентрација сумпорне киселине (тежински %) | Температура раствора у расутом стању | Температура површине омотача на 6 В/цм² (раст од 12 степени) | Очекивана стопа корозије на површинској температури | Време за смањење од 1,2 мм до 0,4 мм | Радни век до замене |
|---|---|---|---|---|---|
| 15% | 80 степени | 92 степена | 1,5 – 2,5 мм/год | 0,3 – 0,5 година | 4 – 6 месеци |
| 15% | 85 степени | 97 степени | 2,5 – 4,0 мм/год | 0,2 – 0,3 године | 2,5-4 месеца |
| 15% | 90 степени | 102 степена | 4,0 – 6,0 мм/год | 0,13 – 0,20 година | 1,5-2,5 месеца |
| 18% | 75 степени | 87 степени | 2,0 – 3,0 мм/год | 0,27 – 0,40 година | 3 – 5 месеци |
| 18% | 80 степени | 92 степена | 3,0 – 5,0 мм/год | 0,16 – 0,27 година | 2-3,5 месеца |
| 18% | 85 степени | 97 степени | 5,0 – 8,0 мм/год | 0,10 – 0,16 година | 1,2-2 месеца |
| 20% | 70 степени | 82 степена | 2,5 – 4,0 мм/год | 0,20 – 0,32 године | 2,5-4 месеца |
| 20% | 75 степени | 87 степени | 4,0 – 6,0 мм/год | 0,13 – 0,20 година | 1,5-2,5 месеца |
| 20% | 80 степени | 92 степена | 6,0 – 10,0 мм/год | 0,08 – 0,13 година | 1-1,5 месеци |
| 22% | 65 степени | 77 степени | 3,0 – 5,0 мм/год | 0,16 – 0,27 година | 2-3,5 месеца |
| 22% | 70 степени | 82 степена | 5,0 – 8,0 мм/год | 0,10 – 0,16 година | 1,2-2 месеца |
| 22% | 75 степени | 87 степени | 8,0 – 12,0 мм/год | 0,07 – 0,10 година | 0,8 – 1,2 месеца |
| 25% | 60 степени | 72 степена | 3,0 – 5,0 мм/год | 0,16 – 0,27 година | 2-3,5 месеца |
| 25% | 65 степени | 77 степени | 5,0 – 8,0 мм/год | 0,10 – 0,16 година | 1,2-2 месеца |
| 25% | 70 степени | 82 степена | 8,0 – 12,0 мм/год | 0,07 – 0,10 година | 0,8 – 1,2 месеца |
За реактор за дигестију титанијум диоксида који користи 20% сумпорну киселину на 80 степени запремине са омотачем од 1,2 мм при 6 В/цм², површина омотача достиже приближно 92 степена. Очекивана стопа корозије је 6–10 мм годишње, смањујући зид од 1,2 мм на 0,4 мм за 1–1,5 месеца. Тромесечна замена је оптимистична; стварни живот може бити 1-2 месеца.
Безбедан радни оквир за три{0}}месечни распоред замене
Следећа табела даје максималну безбедну температуру сумпорне киселине у расутом стању за омотач од 1,2 мм 316 при различитим густинама у ватима да би се постигао век трајања од најмање три месеца пре него што смањење зида на 0,4 мм захтева замену.
| Густина у ватима (пораст температуре) | Максимална температура масе за 15% Х₂СО₄ | Максимална температура масе за 18% Х₂СО₄ | Максимална температура масе за 20% Х₂СО₄ | Максимална температура масе за 22% Х₂СО₄ | Максимална температура за 25% Х₂СО₄ |
|---|---|---|---|---|---|
| 4 В/цм² (подизање од 8 степени) | 86 степен | 80 степени | 76 степени | 72 степена | 66 степени |
| 6 В/цм² (подизање од 12 степени) | 82 степена | 76 степени | 72 степена | 68 степени | 62 степена |
| 8 В/цм² (подизање од 16 степени) | 78 степени | 72 степена | 68 степени | 64 степен | 58 степени |
| 10 В/цм² (раст од 20 степени) | 74 степен | 68 степени | 64 степен | 60 степени | 54 степен |
За процес титанијум диоксида који користи 18% сумпорну киселину на 80 степени запреминске температуре са 6 В/цм² (12 степени пораста, 92 степена површине), безбедна граница запремине је 76 степени. На 80 степени, грејач прелази безбедну границу, а радни век од три-месеца није загарантован. Чак и при 4 В/цм², безбедно ограничење запремине је 80 степени - маргинално.
Модификације дизајна како би се продужио животни век преко три месеца
Када процесни услови титанијум диоксида захтевају омотач од 1,2 мм 316, а животни век од три-месеца је недовољан, две модификације могу помоћи, али се надоградња легуре снажно препоручује. Прва модификација је смањење густине у ватима на апсолутни минимум максимизирањем загрејане дужине. Чак и при 4 В/цм², стопе корозије у 18–20% сумпорне киселине на 80 степени су 2–4 мм годишње, ограничавајући животни век на 3–6 месеци. Друга модификација је да се користи дуплекс нерђајући челик као што је 2205 или нерђајући челик са високим{15}}силицијумом као што је легура 20. Легура 20 одржава стопе корозије испод 0,5 мм годишње у 20% сумпорне киселине на 80 степени, продужавајући животни век на 2–3 године. За производњу титанијум диоксида, нерђајући челик 316 је генерално неприкладан за урањање грејача у фазама дигестије и хидролизе. Инжењери треба да наведу омоте од легуре 20, легуре 825 или тантал{28}}за поуздану употребу. Када специфицирате грејаче за производњу титанијум диоксида, увек наведите тачну концентрацију киселине, температуру и очекивани радни циклус. Произвођач који препоручује 316 за 20% сумпорне киселине на 80 степени без дискусије о брзој корозији не даје одговорне смернице. Тромесечни праг замене је предвидљив, али кратак век, а за већину операција је тромесечна замена економски неприхватљива. Надоградња легуре је исправно инжењерско решење.
