A quale specifica combinazione di concentrazione di acido cloridrico e temperatura superficiale della guaina una guaina in acciaio inossidabile 316 da 1,6 millimetri richiede la sostituzione ogni 12 mesi durante il servizio del riscaldatore del serbatoio di rigenerazione per i sistemi a scambio ionico?

L'acido cloridrico è il rigenerante standard per le resine a scambio cationico. * * Per gli ingegneri responsabili dei riscaldatori elettrici ad immersione nei sistemi di trattamento dell'acqua a scambio ionico. La rigenerazione tipica viene eseguita con il 5–10% di HCl a temperature di iniezione di 20–40 gradi, tuttavia i serbatoi di rigenerazione vengono spesso riscaldati a 50–60 gradi per efficienza. Questi riscaldatori sono spesso realizzati con una guaina in acciaio inossidabile 316 da 1,6 mm a causa della resistenza generale alla corrosione dell'HCl debole. Ma con una certa concentrazione di acido e un'elevata temperatura superficiale della guaina in base alla densità di watt, la vaiolatura e la corrosione generale vengono accelerate per ridurre la durata di servizio a 12 mesi o meno. Questo articolo spiega esattamente dove sostituire una guaina 316 da 1,6 mm su base annuale durante il servizio di riscaldamento del serbatoio di rigenerazione.

Comportamento alla corrosione del 316 in acido cloridrico diluito
La pellicola passiva dell'acciaio inossidabile 316 viene attaccata dagli ioni cloruro e l'acido cloridrico è piuttosto aggressivo per l'acciaio inossidabile 316. Al di sotto del 3% a temperature inferiori a 40 gradi, 316 mostra tassi di corrosione lievi di 0,1-0,3 mm all'anno. Al 5% di HCl la velocità aumenta a 0,5-1,0 mm all'anno a 40 gradi. Tassi di 1,0-2,0 mm/anno sono stati osservati con HCl all'8%. Al 10% di HCl, i tassi sono superiori a 2-4 mm all'anno. Lo spessore strutturale minimo per una guaina di 1,6 mm è ~0,6 mm. Con una velocità di corrosione di 1,0 mm/anno, la penetrazione della corrosione di 1,0 mm (da 1,6 mm a 0,6 mm) avviene in 12 mesi. La soglia di sostituzione di 12 mesi viene determinata quando la concentrazione combinata di HCl e la temperatura superficiale della guaina determinano un tasso di corrosione di 0,8–1,2 mm all'anno.

Soglie critiche di durata utile di 12 mesi
I test di immersione di 316 campioni in acido cloridrico a temperature relative al servizio del serbatoio di rigenerazione indicano che le seguenti combinazioni di concentrazione di acido e temperatura superficiale della guaina forniranno una durata di servizio massima di 12 mesi per una parete di 1,6 mm.

Concentrazione di acido cloridrico (%) Temperatura della soluzione sfusa Temperatura superficiale della guaina a 6 W/cm² (aumento di 12 gradi) Tasso di corrosione previsto alla temperatura superficiale Tempo di riduzione da 1,6 mm a 0,6 mm Durata di servizio alla sostituzione 3% 40 gradi 52 gradi 0,2 – 0,4 mm/anno 2,5 – 5,0 anni 3 – 6 anni 3% 50 gradi 62 gradi 0,4 – 0,7 mm/anno 1,4 – 2,5 anni 1,8 – 3 anni 3% 55 gradi 67 gradi 0,6 – 1,0 mm/anno 1,0 – 1,7 anni 1,2 – 2 anni 5% 35 gradi 47 gradi 0,4 – 0,7 mm/anno 1,4 – 2,5 anni 1,8 – 3 anni 5% 40 gradi 52 gradi 0,6 – 1,0 mm/anno 1,0 – 1,7 anni 1,2 – 2 anni 5% 45 gradi 57 gradi 0,9 – 1,4 mm/anno 0,7 – 1,1 anni 0,9 – 1,3 anni 5% 50 gradi 62 gradi 1,2 – 1,8 mm/anno 0,6 – 0,8 anni 0,7 – 1,0 anni 8% 30 gradi 42 gradi 0,6 – 1,0 mm/anno 1,0 – 1,7 anni 1,2 – 2 anni 8% 35 gradi 47 gradi 0,9 – 1,4 mm/anno 0,7 – 1,1 anni 0,9 – 1,3 anni 8% 40 gradi 52 gradi 1,3 – 2,0 mm/anno 0,5 – 0,8 anni 0,6 – 1,0 anni 10% 25 gradi 37 gradi 0,8 – 1,2 mm/anno 0,8 – 1,3 anni 1,0 – 1,5 anni 10% 30 gradi 42 gradi 1,1 – 1,7 mm/anno 0,6 – 0,9 anni 0,7 – 1,1 anni 10% 35 gradi 47 gradi 1,6 – 2,4 mm/anno 0,4 – 0,6 anni 0,5 – 0,8 anni
Per una guaina da 1,6 mm a 6 W/cm2 in un serbatoio di rigenerazione a scambio ionico con il 5% di HCl a una temperatura complessiva di 45 gradi, la superficie della guaina sarà di circa 57 gradi. Si prevede che il tasso di corrosione sia di 0,9-1,4 mm/anno, in modo tale che la parete da 1,6 mm si ridurrà a 0,6 mm in 0,7-1,1 anni. È adatta una sostituzione di 12 mesi. La riduzione della temperatura complessiva a 40 gradi riduce la temperatura superficiale a 52 gradi e il tasso di corrosione a 0,6–1,0 mm all'anno e aumenta la durata a 1,2–2 anni.

Programma di sostituzione di 12 mesi Busta operativa sicura
La tabella allegata fornisce la temperatura massima sicura dell'acido cloridrico sfuso a varie densità di watt per garantire almeno 12 mesi di durata di servizio prima che il degrado della parete a 0,6 mm richieda la sostituzione con una guaina 316 da 1,6 mm.

Densità di Watt (aumento di temperatura) max. Temp. di massa per HCl al 3% max. Temp. di massa per HCl al 5% max. Temp. di massa per HCl all'8% max. Temp. di massa per HCl al 10%.
4 W/cm2 (aumento di 8 gradi) 60 gradi 52 gradi 44 gradi 38 gradi 6 W/cm2 (aumento di 12 gradi) 56 gradi 48 gradi 40 gradi 34 gradi 8 W/cm2 (aumento di 16 gradi) 52 gradi 44 gradi 36 gradi 30 gradi 10 W/cm2 (aumento di 20 gradi) 48 gradi 40 gradi 32 gradi 26 gradi
Per un serbatoio di rigenerazione di HCl al 5%, a una temperatura di massa di 45 gradi e 6 W/cm2 (aumento di 12 gradi, superficie di 57 gradi) il limite di massa di sicurezza è di 48 gradi. Il riscaldatore si trova nella zona sicura a 45 gradi ed è possibile una durata di servizio di 12 mesi. Con la sostituzione annuale il limite di sicurezza per la massa di 50 gradi viene superato e non può essere garantito.

Modifiche progettuali per migliorare la durata oltre i 12 mesi
Quando le condizioni di rigenerazione richiedono una guaina 316 da 1,6 mm e la durata di 12 mesi non è sufficiente, è possibile apportare 3 modifiche per aumentare la durata. Il primo è ridurre al minimo la densità di watt utilizzando un riscaldatore più lungo. La riduzione da 6 W/cm2 a 4 W/cm2 riduce l'aumento della temperatura superficiale da 12°C a 8°C, passando dal regime di 12 mesi al regime di 1,5-2 anni per HCl al 5% a 45°C. La seconda modifica consiste nel ridurre la durata del contatto con l'acido riscaldando il serbatoio di rigenerazione solo durante la parte di preriscaldamento del processo anziché durante la parte di iniezione dell'acido del processo. Un riscaldatore che funziona 4 ore per ogni ciclo di rigenerazione rispetto alle 12 ore durerà 3 volte di più in termini di tempo solare. La regolazione finale consiste nel passare a un acciaio inossidabile ad alto contenuto di silicio come la lega 20 o una guaina avvolta in tantalio. I tassi di corrosione della lega 20 sono < 0,1 mm/anno in HCl al 5–10% a 60 gradi, garantendo così una durata di servizio > 10 anni. Per gli impianti di trattamento dell'acqua in cui la rigenerazione avviene quotidianamente, il costo della manodopera per la sostituzione annuale del riscaldatore è solitamente maggiore del costo incrementale di un riscaldatore Alloy 20. Quando si specificano i riscaldatori per il servizio di rigenerazione con scambio ionico, specificare sempre il contenuto corretto di HCl, la temperatura della massa e la frequenza della rigenerazione. Un produttore che suggerisce 316 per HCl all'8% a 50 gradi senza dichiarare la durata di servizio prevista non fornisce consigli ragionevoli. La soglia di sostituzione di 12 mesi per una guaina 316 da 1,6 mm in servizio con acido cloridrico è prevedibile in funzione della concentrazione, della temperatura apparente e della densità di watt, consentendo una previsione precisa della durata del riscaldatore nelle operazioni di trattamento dell'acqua.