Em que concentração específica de ácido clorídrico a 50 graus Celsius uma bainha de aço inoxidável 316 de 1,2 milímetros sofre penetração de corrosão dentro de 500 horas de aquecimento por imersão contínua?

O aço inoxidável 316 é geralmente considerado um material marginal para aquecedores elétricos de imersão especificados por engenheiros de processos químicos para ácido clorídrico em decapagem de metais, correção de pH e sistemas de regeneração. O ácido clorídrico é um ácido redutor muito agressivo. Os íons cloreto têm como alvo a camada passiva dos aços inoxidáveis. Ao contrário do ácido sulfúrico ou nítrico, não há faixa de concentração onde ele tenha uma resistência realmente boa para 316. Em temperaturas amenas em soluções muito diluídas, entretanto, 316 pode proporcionar vida útil aceitável para aplicações não-críticas. O tempo que leva para o pite se propagar da superfície externa para a parede interna depende da espessura da parede da bainha. Este artigo relata a medição da concentração específica de ácido clorídrico a 50 graus que causa a penetração de corrosão de uma bainha 316 de 1,2 mm em 500 horas de operação contínua em densidades médias de watts industriais.

"Corrosão por pite de aço inoxidável 316 em HCl diluído.
A corrosão do 316 no ácido clorídrico ocorre como corrosão, e não como afinamento uniforme. Se uma depressão for formada em uma falha superficial, inclusão ou fraqueza no filme passivo, ela se propagará rapidamente devido à natureza autocatalítica do ataque por cloreto. O potencial crítico de corrosão do 316 em soluções de cloreto diminui com o aumento da temperatura e da concentração de cloreto. A concentração limite de cloreto para o início da cava é de cerca de 50-100 ppm (0,005-0,01% HCl) a 50 graus. Abaixo deste limite, a corrosão por corrosão é pouco frequente e as taxas de corrosão típicas são inferiores a 0,05 mm/ano. Além deste limite, é provável que haja corrosão por pites e a taxa de propagação de pites aumenta rapidamente com o teor de cloreto. O tempo de penetração para uma bainha de parede de 1,2 mm é controlado pela taxa de propagação do pite após o início. As taxas de propagação a 50 graus variam de 0,01 mm/h em HCl a 0,1% a 0,10 mm/h em HCl a 1%. A taxa de propagação é de aproximadamente 0,03–0,05 mm/hora para HCl a 0,5%, implicando que uma parede de 1,2 mm seria penetrada 24–40 horas após o início de um buraco. Dependendo da qualidade da superfície e das cargas residuais, a vida útil total é de 120 a 540 horas, incluindo um tempo de indução de 100 a 500 horas para o início da cava.

Concentração Crítica para Vida Útil de 500 Horas
As seguintes vidas úteis são previstas a partir de testes de imersão de amostras de bainha 316 estampadas a 50 graus e um polimento de superfície típico de aquecedores comerciais. Com 0,05% de HCl (500 ppm de cloreto), o início da corrosão é de cerca de 800 a 1.200 horas e a propagação é lenta a 0,005 mm por hora.. 1.2 mm de bainha durariam de 1.000 a 1.500 horas no geral. A 0,10% de HCl, o tempo de iniciação é reduzido para 400-600 h com propagação de 0,010-0,015 mm/h, para um tempo total de 500-800 h. A 0,15% de HCl começando dentro de 200-300 horas Propagação 0,020-0,025 mm por hora Vida total 300-500 horas. Iniciação 100-200 h a 0,20% de HCl Propagação 0,030-0,040 mm/h Vida total 150-300 h A concentração essencial de HCl para uma vida de 500 horas é de cerca de 0,12 a 0,14%. Nessa concentração ou abaixo dela, há uma chance considerável de que uma bainha 316 de 1,2 mm sobreviva a 500 horas de operação contínua. Acima desta concentração a expectativa de vida é inferior a 500 horas. Esses valores são para uma densidade de watts de 5–8 W/cm², o que aumenta a temperatura da superfície da bainha para cerca de 55–60 graus. Em densidades de watts maiores, a temperatura superficial mais alta reduz ainda mais a concentração crítica.

Matriz de concentração de serviço de ácido clorídrico e espessura de parede
A tabela abaixo fornece as espessuras de parede de revestimento 316 recomendadas para ácido clorídrico a 50 graus para a vida útil pretendida. Os valores assumem densidade de watts de 5 a 8 W/cm2 e acabamento superficial estampado normal

Concentração de HCl Concentração de cloreto (ppm) Taxa prevista de crescimento do poço a 50 graus Espessura de parede mínima de 316 para vida útil de 500 horas Espessura mínima de parede para vida útil de 1.000 horas Recomendação
Abaixo de 0,05%< 500 ppmBelow 0.005 mm/hour 0.8 mm 1.0 mm 316 acceptable for intermittent service 
0,05 – 0,10% 500 – 1.000 ppm 0,005 – 0,015 mm/h 1,0 mm 1,6 mm 316 marginal; Espere vida curta
0,10 – 0,15% 1.000 – 1.500 ppm 0,015 – 0,025 mm/hora 1,2 mm 2,0 mm 316 não recomendado para serviço contínuo
0,15 – 0,20% 1.500 – 2.000 ppm 0,025 – 0,040 mm/hora 1,6 mm 2,5 mm Titânio ou tântalo
0,20 – 0,50% 2.000 – 5.000 ppm 0,040 – 0,100 mm/h Não é prático Não é possível fazer isso Titânio necessário
Mais de 0,50% Mais de 5.000 ppmMais de 0,100 mm/hora InaceitávelNão compatível Use aquecimento não{4}}metálico
Se a concentração de ácido clorídrico estiver acima de 0,15% a 50 graus, o aço inoxidável 316 não é um bom material para usar, independentemente da espessura da parede. A velocidade da taxa de propagação da cava e o risco significativo de perfuração abrupta sem aviso prévio são preocupantes. O titânio (Grau 2 ou Grau 7) apresenta boa resistência ao ácido clorídrico diluído em concentração de até 1% a 50 graus C, com taxas de corrosão < 0,01 mm por ano. Para concentrações ou temperaturas mais altas, você precisa de tântalo. Ao selecionar aquecedores para serviço com ácido clorídrico onde o 316 está sendo considerado, os engenheiros devem especificar um teste de corrosão usando o ácido real do processo e uma amostra do material do revestimento na temperatura de superfície esperada. Os dados publicados fornecem estimativas, mas o comportamento de corrosão é fortemente afetado pela pureza real do ácido e pelo controle de temperatura. O custo de uma falha de um único aquecedor em ácido clorídrico – incluindo a contaminação por íons metálicos da solução do processo – é muitas vezes maior do que o custo de atualização para titânio. O conselho prudente de engenharia em 50 graus e acima de 0,1% é evitar 316 completamente.