硫酸塩プロセスによる二酸化チタンの製造において電気浸漬ヒーターを担当するプロセス エンジニアにとって、消化および加水分解段階では 80 ～ 110 度の温度で 15 ～ 25% の硫酸濃度が一般的です。 1.2 mm 316 ステンレス鋼シースはスペースに制約のある反応器用に指定されることがあります-が、高濃度、高温、ワット密度による熱流束の組み合わせにより、非常に激しい腐食状態が生じます。特定のしきい値の下では、一般的な腐食が 3 か月以内に 1.2 mm の壁を貫通し、四半期ごとに交換する必要があります。この記事では、1.2 mm 316 シースが 3 か月の耐用年数制限に達する正確な濃度-温度の組み合わせを特定します。-
高温における濃硫酸中の 316 の腐食挙動
80 度を超える温度で 15 ～ 25% の硫酸濃度では、316 ステンレス鋼は活発な腐食状態にあります。腐食速度は受動的ではなく積極的に高く、正確な濃度と温度に応じて年間 2 mm から 10 mm の範囲です。最も攻撃的な範囲は 90 ～ 100 度の 18 ～ 22% 硫酸で、その速度は年間 15 mm を超える場合があります。 1.2 mm のシースの場合、圧力封じ込めのための最小構造厚さは約 0.4 mm です。年間 3.2 mm の腐食速度で、3 か月以内に 0.8 mm (1.2 mm から 0.4 mm) の腐食浸透が発生します。酸濃度とシース表面温度の組み合わせにより、年間約 3 ～ 5 mm の腐食速度が発生すると、3 か月の交換しきい値に達します。-。
3 か月の耐用年数に対する臨界しきい値-
二酸化チタンの生成に関連する濃度と温度での硫酸への 316 個のサンプルの浸漬試験に基づくと、次の組み合わせにより、1.2 mm の壁で最大 3 か月の耐用年数が得られます。-
| 硫酸濃度(重量%) | バルク溶液温度 | 6 W/cm2 でのシース表面温度 (12 度上昇) | 表面温度での予想腐食速度 | 1.2 mm から 0.4 mm まで削るのにかかる時間 | 交換までの耐用年数 |
|---|---|---|---|---|---|
| 15% | 80度 | 92度 | 1.5 – 2.5 mm/年 | 0.3～0.5年 | 4～6ヶ月 |
| 15% | 85度 | 97度 | 2.5～4.0mm/年 | 0.2～0.3年 | 2.5～4ヶ月 |
| 15% | 90度 | 102度 | 4.0～6.0mm/年 | 0.13～0.20年 | 1.5～2.5ヶ月 |
| 18% | 75度 | 87度 | 2.0～3.0mm/年 | 0.27 – 0.40年 | 3～5ヶ月 |
| 18% | 80度 | 92度 | 3.0～5.0mm/年 | 0.16 ～ 0.27 年 | 2～3.5ヶ月 |
| 18% | 85度 | 97度 | 5.0～8.0mm/年 | 0.10～0.16年 | 1.2～2ヶ月 |
| 20% | 70度 | 82度 | 2.5～4.0mm/年 | 0.20～0.32年 | 2.5～4ヶ月 |
| 20% | 75度 | 87度 | 4.0～6.0mm/年 | 0.13～0.20年 | 1.5～2.5ヶ月 |
| 20% | 80度 | 92度 | 6.0～10.0mm/年 | 0.08～0.13年 | 1～1.5ヶ月 |
| 22% | 65度 | 77度 | 3.0～5.0mm/年 | 0.16 ～ 0.27 年 | 2～3.5ヶ月 |
| 22% | 70度 | 82度 | 5.0～8.0mm/年 | 0.10～0.16年 | 1.2～2ヶ月 |
| 22% | 75度 | 87度 | 8.0～12.0mm/年 | 0.07～0.10年 | 0.8～1.2ヶ月 |
| 25% | 60度 | 72度 | 3.0～5.0mm/年 | 0.16 ～ 0.27 年 | 2～3.5ヶ月 |
| 25% | 65度 | 77度 | 5.0～8.0mm/年 | 0.10～0.16年 | 1.2～2ヶ月 |
| 25% | 70度 | 82度 | 8.0～12.0mm/年 | 0.07～0.10年 | 0.8～1.2ヶ月 |
バルク温度 80 度で 20% 硫酸を使用し、1.2 mm シース、6 W/cm2 で使用する二酸化チタン分解反応器の場合、シース表面は約 92 度に達します。予想される腐食速度は年間 6 ～ 10 mm で、1.2 mm の壁は 1 ～ 1.5 か月で 0.4 mm に減少します。 3 か月の交換は楽観的です。実際の寿命は 1 ～ 2 か月である可能性があります。
3 か月の交換スケジュール用の安全動作封筒-
次の表は、壁が 0.4 mm に減少して交換が必要になるまでに少なくとも 3 か月の耐用年数を達成するための、さまざまなワット密度における 1.2 mm 316 シースの最大安全バルク硫酸温度を示しています。
| ワット密度（温度上昇） | 15% H₂SO₄ の最大バルク温度 | 18% H₂SO₄ の最大バルク温度 | 20% H₂SO₄ の最大バルク温度 | 22% H₂SO₄ の最大バルク温度 | 25% H₂SO₄ の最大バルク温度 |
|---|---|---|---|---|---|
| 4 W/cm² (8 度上昇) | 86度 | 80度 | 76度 | 72度 | 66度 |
| 6 W/cm² (12 度上昇) | 82度 | 76度 | 72度 | 68度 | 62度 |
| 8 W/cm² (16 度上昇) | 78度 | 72度 | 68度 | 64度 | 58度 |
| 10 W/cm2 (20度上昇) | 74度 | 68度 | 64度 | 60度 | 54度 |
バルク温度 80 度、6 W/cm2 (上昇 12 度、表面 92 度) で 18% 硫酸を使用する二酸化チタンプロセスの場合、安全なバルク限界は 76 度です。 80 度ではヒーターは安全限界を超えており、3 か月の耐用年数は保証されません。- 4 W/cm² であっても、安全なバルク制限は 80 度-です。
寿命を 3 か月以上延長するための設計変更
二酸化チタンのプロセス条件で 1.2 mm 316 シースが必要で、3 か月の寿命では不十分な場合は、2 回の変更で解決する可能性がありますが、合金のアップグレードを強くお勧めします。最初の変更は、加熱される長さを最大化することでワット密度を絶対最小値まで下げることです。 4 W/cm2 であっても、80 度の 18 ～ 20% 硫酸中での腐食速度は年間 2 ～ 4 mm であり、寿命は 3 ～ 6 か月に制限されます。 2 番目の変更は、2205 などの二相ステンレス鋼、または合金 20 などの高シリコン ステンレス鋼を使用することです。合金 20 は、80 度の 20% 硫酸中で腐食速度を年間 0.5 mm 未満に維持し、寿命を 2 ～ 3 年に延ばします。二酸化チタンの製造では、316 ステンレス鋼は通常、消化および加水分解段階の浸漬ヒーターには適していません。エンジニアは、信頼性の高いサービスを実現するために、合金 20、合金 825、またはタンタル クラッド シースを指定する必要があります。{28}}二酸化チタン製造用のヒーターを指定する場合は、常に正確な酸濃度、バルク温度、および予想されるデューティ サイクルを指定してください。急速な腐食について議論せずに、80 度の 20% 硫酸に対して 316 を推奨するメーカーは、責任ある指導を行っていません。 3 か月の交換しきい値は予測可能ですが寿命が短く、ほとんどの運用では四半期ごとの交換は経済的に受け入れられません。合金のアップグレードは正しいエンジニアリング ソリューションです。
