ステンレス鋼の酸洗いラインは、2 年間で 3 台目の 316L 浸漬ヒーターと置き換えられました。各ヒーターも同様に故障しており、-溶接の継ぎ目に沿って液体ラインに孔食が発生し、続いて壁からの漏れが発生して浴槽を汚染しました。-酸洗い溶液は 55 度の硝酸とフッ化水素酸の混合物で、ステンレス鋼 316L では扱えない化学反応でした。メンテナンスチームは、この浴は「単なる酸」であるため、ステンレス鋼が適切であると考えていました。失敗はそうではないことを証明しました。
ステンレス鋼 316L は、多くの浸漬ヒーター用途のデフォルトの材料です。安価で容易に入手でき、広範囲の穏やかな化学薬品に対して耐性があります。しかし、混酸酸洗いでは、-特にフッ化水素酸、塩化物、または高濃度の還元酸を含む酸洗いでは、316L は間違った選択です。 PTFE は、熱伝導率が低く、コストが高いにもかかわらず、ステンレス鋼に匹敵することのできない耐用年数を実現します。
316Lが混酸酸洗に失敗する理由
ステンレス鋼 316L は、耐食性を酸化クロムの不動態皮膜に依存しています。このフィルムは、酸化環境や多くの弱酸中で安定です。特定の攻撃的な種の存在下で分解します。
フッ化水素酸が最も有害です。フッ化物イオンは不動態皮膜を直接攻撃し、不動態皮膜の再形成を妨げます。膜が破壊されると、その下の金属が急速に腐食します。腐食は均一ではなく、局所的な-孔食、隙間攻撃、溶接線攻撃-{65}}です。ヒーターは、シースの残りの部分がまだ無傷であるように見えても、狭い領域で壁の厚さが失われ、故障する可能性があります。
塩化物も同様の損傷を引き起こしますが、メカニズムは異なります。塩化物イオンは不動態皮膜の弱い部分に侵入し、孔食を引き起こします。穴はさらに深くなり、壁を貫通する可能性があります。混合硝酸-フッ化水素酸洗い浴には両方の種が含まれており、組み合わせはどちらか単独よりも攻撃的です。
| 化学 | 316L の腐食速度 | プライマリアタックモード | 予想耐用年数 | PTFEの適合性 |
|---|---|---|---|---|
| 10%硝酸、50度 | <0.1 mm/year | 均一、マイルド | >10年 | 良い |
| 10% 硝酸 + 2% HF、50 度 | 1.0～5.0mm/年 | ピッチング、溶接攻撃 | 3～10ヶ月 | 素晴らしい |
| 15% 硝酸 + 3% HF、55 度 | 3.0～10.0mm/年 | ひどい孔食 | 1～4ヶ月 | 素晴らしい |
| 20% HCl、60 度 | 5.0～15.0mm/年 | 孔食、隙間 | <2 months | 素晴らしい |
| 10% 硫酸 + 2% HF、60 度 | 2.0～8.0mm/年 | ウェルドライン攻撃- | 2～8ヶ月 | 素晴らしい |
混酸酸洗における 316L ステンレス鋼の腐食速度と PTFE 適合性の比較
ウェルド ラインの脆弱性-
ステンレス鋼浸漬ヒーターは、溶接接合部-シース-と-フランジ、シース-と-端子、および場合によっては縦方向の溶接で製造されます。溶接プロセスにより熱影響部の冶金が変化し、母材よりも耐食性が劣る領域が生じます。{6}}
混合酸酸洗では、ウェルド ラインが最初に破損する領域です。熱影響部-では、炭化物の析出によりクロム含有量が減少しているか、亀裂を促進する残留応力が存在している可能性があります。フッ化物および塩化物イオンは、これらの脆弱な領域を優先的に攻撃します。
PTFE浸漬ヒーターには接液部にウェルドラインがありません。シースは連続ポリマー押出品または成形品であり、フランジ接合部は溶接ではなく機械的にシールまたは化学的に結合されています。これにより、激しい酸洗化学反応においてステンレス鋼の耐用年数を制限する溶接線の脆弱性が解消されます。-
熱伝達とサイズのトレードオフ-
ステンレス鋼 316L の熱伝導率は約 16 W/m・K-で、PTFE の約 64 倍です。ステンレス鋼ヒーターは過熱することなく 3 ～ 5 W/cm² で動作できますが、PTFE ヒーターはほとんどの酸洗い槽で 1.0 ～ 1.5 W/cm² に制限されます。
実際の結果はサイズです。 6 kW のステンレス鋼ヒーターは、コンパクトなバンドルに収まるシース表面の面積が 1,500 cm2 しか必要としない場合があります。 1.2 W/cm² の 6 kW PTFE ヒーターには、表面積の 3 倍以上の 5,000 cm²-が必要です。ヒーターのスペースが限られているタンクでは、PTFE が適合しない場所にステンレス鋼のオプションが適合する場合があります。
| ヒーター材質 | 熱伝導率 | 混酸における安全なワット密度 | 6kWの表面積 | 相対的なフットプリント |
|---|---|---|---|---|
| 316Lステンレス鋼 | 16 W/m·K | 3 ～ 5 W/cm2 | 1,200～2,000平方センチメートル | コンパクト |
| PTFE | 0.25 W/m·K | 1.0～1.2W/cm2 | 5,000～6,000平方センチメートル | 3 ～ 4 倍大きい |
| チタン | 22 W/m·K | 2 ～ 4 W/cm² (HF による制限) | 1,500～3,000平方センチメートル | コンパクト |
| PVDF | 0.20 W/m·K | 0.8～1.2W/cm2 | 5,000 ～ 7,500 平方センチメートル | より大きな |
混酸酸洗における浸漬ヒーターの熱伝達とサイズの比較
ステンレス鋼がまだ意味があるとき
ステンレス鋼は必ずしも間違った選択ではありません。穏やかな酸洗い溶液では、フッ化物や塩化物を含まない希硝酸 - 316L が優れた性能を発揮し、PTFE よりもコストが低くなります。{1}このような用途では、ステンレス鋼の高いワット密度とコンパクトなサイズが利点となります。
判断のポイントは攻撃的な種の存在です。浴にフッ化水素酸、塩化物、または高濃度の還元酸が含まれている場合、ステンレス鋼は寿命が短い選択肢となります。-浴が弱酸化性の酸である場合には、ステンレス鋼が適切である可能性があります。
総コストの長期比較
316L ヒーターの購入価格は、通常、同等の PTFE ヒーターより 40 ～ 60% 低くなります。ただし、混酸酸洗いの場合、ステンレス鋼ヒーターの寿命は 3 ～ 10 か月ですが、PTFE ヒーターの寿命は 3 ～ 5 年です。
5 年間で、ステンレス鋼オプションでは 6～20 回の交換が必要ですが、PTFE オプションでは 1～2 回の交換が必要です。-タンクの排水、故障したヒーターの取り外し、新しいヒーターの取り付け、-浴槽の再検査-などの各交換作業にかかる労力とダウンタイムは、ステンレス鋼を選択する場合のコストを大幅に増加させます。
標準ヒーターでは必要な表面積が収まらない場合
周辺スペースが限られている混合酸酸洗タンクでは、多くの場合、化学が要求する低ワット密度の標準的な PTFE 浸漬ヒーターを収容できません。 1.0 W/cm² で 6 kW のデューティを実現するには、一般的なタンク寸法内で 1 つの直線型または L 型ユニットで得られるよりも多い 6,000 cm² のシース表面が必要です-。
マルチ{0}}パスまたは周囲-に従って設計されたカスタム PTFE 浸漬ヒーター構成により、低ワット密度を維持しながら加熱面がタンク全体に分散されます。仕様プロセスでは、浴の化学的性質、動作温度、タンクの寸法、および必要なワット数が必要です。混合酸酸洗ラインを稼働している施設では、この用途固有のアプローチにより、利用可能なスペースに適合する構成で PTFE の耐薬品性が実現されます。{4}}
