Korkea{0}}piiteräsratkaisu
Väkevä typpihappo yli 80 asteen lämpötiloissa on yksi kemianteollisuuden aggressiivisimmista hapettavista ympäristöistä. Tavalliset ruostumattomat teräkset, kuten 304L ja 316L, syöpyvät liian nopeasti. Metallurgien kehittämä ratkaisu on korkea-piipitoinen ruostumaton teräs-seoksia, jotka sisältävät 4–6 % piitä, kuten UNS S30600 tai patentoituja laatuja. Pii rikastaa passiivikalvoa ja parantaa merkittävästi typpihapon korroosionkestävyyttä.
Nämä seokset edustavat ruostumattoman teräksen kehityksen huippua typpihappohuollossa. Ne on suunniteltu vaativimpiin sovelluksiin: typpihappolauhduttimet, reaktorin lämmityspatterit ja hapon väkevöintilaitteet. Ne ovat kalliita, erikoistuneita ja tehokkaita.
PTFE on polymeeri, jolla ei ole metallurgista hienostuneisuutta. Sen vastustuskyky typpihappoa vastaan johtuu yhdestä molekyyliseestä: hiili-fluorisidoksesta. Korkean -piipitoisen ruostumattoman teräksen ja typpihapon PTFE:n vertailu on parhaan saatavilla olevan metallimateriaalin -huolellisesti suunnitellulla passiivikalvolla-ja materiaalilla, joka vastustaa happoa, koska se ei voi reagoida sen kanssa.
Passiivinen piikalvomekanismi
Korkea-piipitoinen ruostumaton teräs vastustaa typpihappoa muodostamalla passiivisen kalvon, joka on rikastettu piidioksidilla. Hapettavassa ympäristössä teräksen sisältämä kromi muodostaa Cr2O3:a. Seosmatriisissa kiinteässä liuoksessa oleva pii hapettuu SiO2:ksi. SiO₂ sitoutuu passiiviseen kalvoon stabiloimalla sen transpassiivista liukenemista vastaan, mikä vaikuttaa kromi{4}}rikkaisiin kalvoihin kuumassa typpihapossa.
Pii{0}}rikastettu kalvo on tehokas, mutta ei vahingoittumaton. Kalvoa on ylläpidettävä jatkuvasti typpihapon hapetusvoimalla. Jos happopitoisuus laskee-laimennustapahtuman, huuhtelujakson tai sammutuksen aikana,-kalvo voi horjua. Jos happo kontaminoituu kloridilla (jäähdytysvesivuodoista, raaka-aineen epäpuhtauksista tai ilmakehän laskeumasta), kalvovaurioissa voi ilmetä pistesyöpymistä. Kalvo on myös herkkä teräksen metallurgisille olosuhteille-. Hitsauksen tai lämpökäsittelyn aiheuttama herkistyminen luo kromi-vähennysalueita, joita piin rikastus ei pysty täysin kompensoimaan.
| Korroosioparametri | High{0}}Silicon SS (4–6 % Si) | PTFE |
|---|---|---|
| Korroosiosuojamekanismi | SiO₂-rikastettu passiivinen kalvo | Luontainen C-F-sidoksen vakaus |
| Korroosionopeus 65 % HNO3:ssa 120 asteessa (mm/vuosi) | 0.01-0.05 | 0 |
| Korroosionopeus, jos happopitoisuus laskee 10 prosenttiin | 0,02-0,10 (passiivinen kalvo vähemmän vakaa) | 0 |
| Kloridin pistesyöpymiskestävyys | Parannettu verrattuna standardi SS; ei immuuni | Immuuni |
| Hitsausvyöhykkeen korroosio | Herkistyminen mahdollinen; vaatii liuoshehkutusta | N/A (ei hitsejä putkinipussa) |
| Herkkyys prosessihäiriöille | Keskitaso (vaatii elokuvan korjauksen) | Ei mitään |
| Lämmönjohtavuus (W/m·K) | 15-20 | 0.25 |
| Materiaalikustannukset (suhteellinen) | 6-10× | 1× |
Prosessihäiriöreaktio
Merkittävin toiminnallinen ero korkea{0}}piipitoisen ruostumattoman teräksen ja PTFE:n välillä typpihappohuollossa on reagointi prosessihäiriöihin. Typpihappolämmitysjärjestelmässä voi esiintyä laimennustapahtumia (kondensaatin takaisinvirtaus, huuhteluveden tunkeutuminen, höyryvuoto), kloridikontaminaation tapahtumia (jäähdytysvesi vuotaa, raaka-aineen epäpuhtauspiikkejä) tai lämpötilan vaihteluita.
Korkea{0}}piipitoinen ruostumaton teräs voi selviytyä näistä tapahtumista, jos ne ovat lieviä ja lyhyitä. Mutta jokainen järkytys korostaa passiivista elokuvaa. Toistuvat häiriöt keräävät vahinkoja. Pienten prosessipoikkeamien kumulatiivinen vaikutus vuosien aikana voi käynnistää korroosion, joka etenee myöhemmän normaalin käytön aikana.
PTFE:llä ei ole kumulatiivista vauriomekanismia. Jokainen järkytys on erillinen tapahtuma, joka ei jätä jälkeä materiaaliin. Sadas järkytys selviää yhtä täydellisesti kuin ensimmäinenkin. Tämä "ei muistia" -ominaisuus on luontainen PTFE:n kemialliselle inertsille ja on riippumaton prosessin ohjauksen laadusta.
Kustannusten ja jalanjäljen vertailu
Korkean-piin ruostumattomasta teräksestä valmistetut lämmönvaihtimet maksavat 6-10 kertaa enemmän kuin vastaavat PTFE-lämpöarvot samalla lämpöteholla, mikä johtuu erikoisseoskustannuksista ja valmistuksen monimutkaisuudesta. Teräsvaihdin on kompakti - sen lämmönjohtavuus 15-20 W/m·K vaatii vain 1/60 - 1/80 PTFE:n pinta-alasta.
PTFE-vaihtimet ovat suurempia ja vaativat enemmän asennustilaa. Kun tilaa on käytettävissä ja suurempi jalanjälki on hyväksyttävä, PTFE tarjoaa alhaisemmat asennuskustannukset ilman korroosioriskiä. Paikalla, jossa tila on erittäin rajoitettu-kuten joissakin olemassa olevissa tehdasasennuksissa-korkea-piin ruostumattoman teräksen tiiviys oikeuttaa sen korkeammat kustannukset ja rajallisen korroosioriskin.
Yhteenveto
PTFE-lämmönvaihtimet kestävät ehdoitta kuumaa tiivistettyä typpihappoa molekyyliinertiyden vuoksi, kun taas korkea{0}}piipitoinen ruostumaton teräs perustuu pii-rikastettuun passiivikalvoon, joka, vaikka se on erittäin kestävä, voi vaarantua prosessihäiriöiden, kloridikontaminaation tai hitsausten vuoksi. PTFE eliminoi kumulatiiviset korroosiovauriot, ei vaadi häiritseviä talteenottotoimenpiteitä ja maksaa murto-osan erikoisteräksestä. Suurempi PTFE-jalanjälki on kompromissi-. Typpihappohuollossa PTFE:n 260 asteen lämpötilarajan sisällä PTFE on alhaisempi-riski ja edullisempi-vaihtoehto, jos tila sen sallii.
Teknistä tukea PTFE:n ja korkean{1}}piin ruostumattoman teräksen materiaalien valinnalle typpihappopalvelussa on saatavilla, kun happopitoisuus, normaalit ja poikkeavat lämpötila-alueet, kloridikontaminaation riski ja käytettävissä oleva asennustila on ilmoitettu.
