Em que combinação específica de concentração de ácido clorídrico e temperatura da superfície da bainha uma bainha de aço inoxidável 316 de 1,6 milímetros requer substituição a cada 12 meses no serviço de aquecedor do tanque de regeneração para sistemas de troca iônica?

O ácido clorídrico é o regenerante padrão para resinas de troca catiônica. * *Para engenheiros responsáveis ​​por aquecedores elétricos de imersão em sistemas de tratamento de água por troca iônica. A regeneração típica é feita com 5–10% de HCl em temperaturas de injeção de 20–40 graus, no entanto, os tanques de regeneração são frequentemente aquecidos a 50–60 graus para maior eficiência. Esses aquecedores geralmente são feitos com uma bainha de aço inoxidável 316 de 1,6 mm devido à resistência geral à corrosão em HCl fraco. Mas sob certa concentração de ácido e alta temperatura da superfície da bainha por densidade de watt, a corrosão por corrosão geral é acelerada para reduzir a vida útil para 12 meses ou menos. Este artigo informa exatamente onde trocar uma bainha 316 de 1,6 mm anualmente no serviço de aquecedor do tanque de regeneração.

Comportamento de corrosão de 316 em ácido clorídrico diluído
O filme passivo do aço inoxidável 316 é atacado por íons cloreto e o ácido clorídrico é bastante agressivo ao aço inoxidável 316. Abaixo de 3% em temperaturas abaixo de 40 graus, 316 apresenta taxas de corrosão moderada de 0,1-0,3 mm por ano. Com 5% de HCl, a taxa aumenta para 0,5-1,0 mm por ano a 40 graus. Taxas de 1,0-2,0 mm/ano foram observadas com HCl a 8%. Com HCl a 10%, as taxas ficam acima de 2-4 mm por ano. A espessura estrutural mínima para uma bainha de 1,6 mm é de aproximadamente 0,6 mm. A uma taxa de corrosão de 1,0 mm/ano, a penetração de corrosão de 1,0 mm (de 1,6 mm a 0,6 mm) ocorre em 12 meses. O limite de substituição de 12 meses é determinado quando a concentração combinada de HCl e a temperatura da superfície da bainha resultam em uma taxa de corrosão de 0,8–1,2 mm por ano.

Limites críticos de vida útil de 12 meses
O teste de imersão de 316 amostras em ácido clorídrico em temperaturas relevantes para o serviço do tanque de regeneração indica que as seguintes combinações de concentração de ácido e temperatura da superfície do revestimento proporcionarão uma vida útil máxima de 12 meses para uma parede de 1,6 mm.

Concentração de ácido clorídrico (% em peso) Temperatura da solução a granel Temperatura da superfície da bainha a 6 W/cm² (aumento de 12 graus) Taxa de corrosão esperada na temperatura da superfície Tempo para reduzir 1,6 mm a 0,6 mm Vida útil até substituição 3% 40 graus 52 graus 0,2 - 0,4 mm/ano 2,5 - 5,0 anos 3 - 6 anos 3% 50 graus 62 graus 0,4 - 0,7 mm/ano 1,4 – 2,5 anos 1,8 – 3 anos 3% 55 graus 67 graus 0,6 – 1,0 mm/ano 1,0 – 1,7 anos 1,2 – 2 anos 5% 35 graus 47 graus 0,4 – 0,7 mm/ano 1,4 – 2,5 anos 1,8 – 3 anos 5% 40 graus 52 graus 0,6 - 1,0 mm/ano 1,0 - 1,7 anos 1,2 - 2 anos 5% 45 graus 57 graus 0,9 - 1,4 mm/ano 0,7 - 1,1 anos 0,9 - 1,3 anos 5% 50 graus 62 graus 1,2 - 1,8 mm/ano 0,6 - 0,8 anos 0,7 - 1,0 anos 8% 30 graus 42 graus 0,6 - 1,0 mm/ano 1,0 - 1,7 anos 1,2 - 2 anos 8% 35 graus 47 graus 0,9 - 1,4 mm/ano 0,7 - 1,1 anos 0,9 - 1,3 anos 8% 40 graus 52 graus 1,3 - 2,0 mm/ano 0,5 - 0,8 anos 0,6 - 1,0 anos 10% 25 graus 37 graus 0,8 - 1,2 mm/ano 0,8 - 1,3 anos 1,0 - 1,5 anos 10% 30 graus 42 graus 1,1 - 1,7 mm/ano 0,6 - 0,9 anos 0,7 - 1,1 anos 10% 35 graus 47 graus 1,6 - 2,4 mm/ano 0,4 – 0,6 anos 0,5 – 0,8 anos
Para uma bainha de 1,6 mm a 6 W/cm2 em um tanque de regeneração de troca iônica com 5% de HCl a uma temperatura de 45 graus, a superfície da bainha será de cerca de 57 graus. Prevê-se que a taxa de corrosão seja de 0,9-1,4 mm/ano, de modo que a parede de 1,6 mm será reduzida para 0,6 mm em 0,7-1,1 anos. Uma substituição de 12 meses é adequada. A redução da temperatura a granel para 40 graus reduz a temperatura da superfície para 52 graus e a taxa de corrosão para 0,6–1,0 mm por ano e aumenta a vida útil para 1,2–2 anos.

Envelope operacional seguro do esquema de substituição de 12 meses
A tabela a seguir fornece a temperatura máxima segura do ácido clorídrico em várias densidades de watts para fornecer pelo menos 12 meses de vida útil antes da degradação da parede para 0,6 mm, necessária a substituição de uma bainha 316 de 1,6 mm.

Densidade de watts (aumento de temperatura) Máx. Temperatura em massa. para 3% de HCl máx. Temperatura em massa. para 5% de HCl máx. Temperatura em massa. para 8% de HCl máx. Temperatura em massa. para HCl a 10%
4 W/cm2 (aumento de 8 graus) 60 graus 52 graus 44 graus 38 graus 6 W/cm2 (aumento de 12 graus) 56 graus 48 graus 40 graus 34 graus 8 W/cm2 (aumento de 16 graus) 52 graus 44 graus 36 graus 30 graus 10 W/cm2 (aumento de 20 graus) 48 graus 40 graus 32 graus 26 graus
Para um tanque de regeneração de HCl a 5%, a uma temperatura de volume de 45 graus e 6 W/cm2 (elevação de 12 graus, superfície de 57 graus), o limite de volume seguro é de 48 graus. O aquecedor está na zona segura a 45 graus e é possível uma vida útil de 12 meses. Com a substituição anual, o limite seguro para volume de 50 graus é excedido e não pode ser garantido.

Modificações de projeto para melhorar a durabilidade além de 12 meses
Quando as condições de regeneração necessitam de uma bainha 316 de 1,6 mm e a vida útil de 12 meses é insuficiente, podem ser feitas 3 modificações para aumentar a vida útil. A primeira é minimizar a densidade de watts usando um aquecedor mais longo. A redução de 6 W/cm2 para 4 W/cm2 reduz o aumento da temperatura da superfície de 12°C para 8°C, passando do regime de 12 meses para o regime de 1,5-2 anos para 5% de HCl a 45°C. A segunda mudança é reduzir a duração do contato ácido aquecendo apenas o tanque de regeneração durante a parte de pré-aquecimento do processo, e não durante a parte de injeção de ácido do processo. Um aquecedor que funciona 4 horas em cada ciclo de regeneração, em comparação com 12 horas, durará 3 vezes mais no tempo de calendário. O ajuste final é mudar para um aço inoxidável com alto teor de silício, como a Liga 20, ou uma bainha envolta em tântalo. As taxas de corrosão da Liga 20 são < 0,1 mm/ano em 5–10% de HCl a 60 graus, proporcionando assim uma vida útil de > 10 anos. Para estações de tratamento de água onde a regeneração ocorre diariamente, o custo de mão-de-obra para substituir o aquecedor anualmente geralmente é maior do que o custo incremental de um aquecedor de Liga 20. Ao especificar aquecedores para serviço de regeneração por troca iônica, sempre especifique o conteúdo correto de HCl, a temperatura geral e a frequência de regeneração. Um fabricante que sugere 316 para 8% de HCl a 50 graus sem declarar a vida útil projetada não está dando conselhos razoáveis. O limite de substituição de 12 meses para uma bainha 316 de 1,6 mm em serviço com ácido clorídrico é previsível em função da concentração, temperatura aparente e densidade de watts, permitindo uma previsão precisa da vida útil do aquecedor em operações de tratamento de água.