316 স্টেইনলেস স্টীল শীট একটি নিমজ্জিত হিটারে তরল PH এবং তাপমাত্রার সংমিশ্রণে কিসের অধীনে সালফিউরিক অ্যাসিড সলিউশনে প্যাসিভ থেকে সক্রিয় ক্ষয় পরিবর্তন করে

pH-প্যাসিভ ফিল্মের অপরিবর্তনীয় ব্রেকডাউনের তাপমাত্রা ডোমেন

সালফিউরিক অ্যাসিড (H2SO4) দ্রবণে 316 স্টেইনলেস স্টীল মোড়ানো বৈদ্যুতিক হিটিং টিউবগুলির ক্ষয় আচরণ শুধুমাত্র অ্যাসিড ঘনত্ব বা pH এর একটি সরল কাজ নয়। পরিবর্তে, এটির একটি সুনির্দিষ্ট থ্রেশহোল্ড রয়েছে যেখানে প্রতিরক্ষামূলক ক্রোমিয়াম অক্সাইড আবরণ স্থিতিশীল প্যাসিভেশন থেকে দ্রুত এবং অভিন্ন ধাতু ক্ষতির সাথে সক্রিয় দ্রবীভূত হয়ে যায়। এই রূপান্তরটি দ্রবণ তাপমাত্রা এবং pH (বা আরও সঠিকভাবে বিনামূল্যে সালফিউরিক অ্যাসিডের ঘনত্ব) উপর নির্ভর করে। থ্রেশহোল্ডের নীচে (সাধারণত pH > 1.5 25 ডিগ্রীতে, 80 ডিগ্রীতে pH > 2.5 পর্যন্ত বৃদ্ধি), 316 প্রতি বছর 0.1 মিমি-এর কম ক্ষয় হার সহ প্যাসিভ আচরণ প্রদর্শন করে। থ্রেশহোল্ডের উপরে (আরো ক্ষয়কারী অবস্থা বা উচ্চতর তাপমাত্রা) প্যাসিভ ফিল্মটি স্থানীয়ভাবে দ্রবীভূত হয় এবং ক্ষয়ের হার প্রতি বছর 1-10 মিমি পর্যন্ত বৃদ্ধি পায়, মাস বা সপ্তাহের মধ্যে একটি 1.5 মিমি আবরণ প্রাচীর ছিদ্র করে। এই কাগজটি সালফিউরিক অ্যাসিড পরিষেবাতে 316 শীথগুলির জন্য প্যাসিভ-থেকে-সক্রিয় রূপান্তর সীমানা গণনা করে, অম্লীয় পরিবেশে হিটারগুলির স্পেসিফিকেশনের জন্য একটি সিদ্ধান্ত কাঠামো দেয় এবং নির্ভরযোগ্য দীর্ঘমেয়াদী কর্মক্ষমতার জন্য নিরাপদ অপারেটিং উইন্ডোগুলিকে সংজ্ঞায়িত করে৷

সালফিউরিক অ্যাসিডের প্যাসিভিটি ব্রেকডাউনের ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল মেকানিজম

সালফিউরিক অ্যাসিডের 316 স্টেইনলেস স্টিলের উপর প্যাসিভ ফিল্ম হল একটি ক্রোমিয়াম-সমৃদ্ধ অক্সাইড ফিল্ম (বেশিরভাগই লোহা এবং মলিবডেনামের কিছু অক্সাইড সহ Cr2O3)। এটি পর্যাপ্ত অক্সিডাইজিং শক্তি সহ দ্রবণে খোলা বর্তনীতে স্বতঃস্ফূর্তভাবে গঠন করে। পাতলা সালফিউরিক অ্যাসিড (pH > প্রায় 2.0) দ্রবীভূত অক্সিজেন ক্যাথোডিক প্রতিক্রিয়া (অক্সিজেন হ্রাস) সরবরাহ করে যা নিষ্ক্রিয় পরিসরে সম্ভাব্যতা বজায় রাখে। ফিল্মটি সাধারণত 2-5 এনএম পুরু হয় এবং এর স্থায়িত্ব নির্ভর করে ফিল্ম দ্রবীভূতকরণ (কম pH এবং উচ্চ তাপমাত্রা দ্বারা অনুকূল) এবং ফিল্ম রিপাসিভেশন (দ্রবীভূত অক্সিজেন বা অন্যান্য অক্সিডাইজারের উপস্থিতি দ্বারা অনুকূল) এর মধ্যে ভারসাম্যের উপর। যদি pH একটি নির্দিষ্ট মানের নিচে কমানো হয় বা তাপমাত্রা বাড়ানো হয়, তাহলে ক্রোমিয়াম অক্সাইডের দ্রবীভূত হওয়ার হার দ্রুত বৃদ্ধি পায়, যেহেতু অম্লীয় দ্রবণে Cr 3+ প্রজাতির দ্রবণীয়তা উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি পায়। যদি দ্রবীভূত করার হার পুনঃপাসিভেশন হারকে অতিক্রম করে, স্তরটি স্থানীয়ভাবে পাতলা করা হয় এবং খালি ধাতু উন্মুক্ত হয় যা দ্রুত দ্রবীভূত হয় (সক্রিয় ক্ষয়)। মলিবডেনাম ঘনত্ব (2.0-2.5%) প্যাসিভ স্থিতিশীলতার জন্য অত্যাবশ্যকীয় অ্যাসিড কমাতে যেমন সালফিউরিক 316 এর জন্য। মলিবডেনাম প্যাসিভ ফিল্মে তৈরি হয় এবং আরও স্থিতিশীল মলিবডেট স্তরের বিকাশকে সমর্থন করে যা সক্রিয় দ্রবীভূতকরণকে বাধা দেয়। কিন্তু এমনকি মলিবডেনামের সাথেও একটি স্বতন্ত্র pH-তাপমাত্রার বাধা রয়েছে. 316 প্রান্তিকের নীচে একটি নিষ্ক্রিয় জারা প্রতিরোধী খাদ। বাধার উপরে এটি সাধারণ কার্বন স্টিলের মতো আচরণ করে।

সালফিউরিক অ্যাসিডে 316-এর জন্য প্যাসিভ-থেকে-সক্রিয় পরিবর্তনের সীমানা নির্ধারণ

Passive to active transition of 316 stainless steel in sulphuric acid has been established over the temperature range 25-100 °C by systematic corrosion testing employing weight loss measurements and electrochemical potentiodynamic polarisation. 316 is passive up to ~10 wt% H2SO4 (pH ~0.5) at 25 °C. At 50 °C the passive limit is reduced to 5 wt% H₂SO₄ (pH about 0.8). At 80 °C the limit is reduced to 1 wt% H2SO4 (pH ~1.2). The limit at 100 °C (boiling dilute acid) is around 0.5 wt % H2SO4 (pH about 1.5). Below these concentrations corrosion rates are less than 0.1 mm/year. Corrosion rates are very high above these concentrations, reaching >2 মিমি/বছর 5 wt% H2SO4 80 ডিগ্রিতে এবং একটি 1.5 মিমি প্রাচীর ছিদ্র করে<9 months. In high concentration sulphuric acid (over 90 wt%) 316 does indeed become passive again due to the production of a new layer. But such concentrations are rarely found in immersion heating applications. The most hostile situation for 316 is the intermediate concentration range (0.5-15 wt% depending on temperature) when the passive film is unstable. The detailed corrosion rates for 316 sheaths in sulphuric acid are shown in the table below as a function of concentration, temperature and time to perforation.

Concentration H2SO4 (wt%)Estimated pH Solution Temperature (°C) Corrosion Rate (mm/yr)Time to Perforation (1.5mm wall) Recommended for Continuous Service 0.1 1.5 25 0.02 >75 years Yes 0.1 1.5 80 0.05 >30 years Yes 0.1 1.5 100 0.15 10 years Marginal (monitor) 0.5 1.2 25 0.03 >50 years Yes 0.5 1.2 80 0.20 7-8 years Marginal, upgrade to 316L or Alloy 20 0.5 1.2 100 0.80 1.5-2 years Not recommended 1.0 1.0 25 0.05 >30 বছর হ্যাঁ 1.0 1.0 60 0.30 5 বছর পরিদর্শন সহ গ্রহণযোগ্য
1.0 1.0 80 2.0 9 MonthsNot recommended 2.0 0.8 25 0.15 10 বছর মাঝে মাঝে ব্যবহারের জন্য গ্রহণযোগ্য৷
2.0 0.8 50 1.0 1.5 বছর প্রস্তাবিত নয় 5.0 0.5 25 0.50 3 বছর প্রান্তিক (আপগ্রেড)
5.0 0.5 50 4.0 4-5 মাস গ্রহণযোগ্য নয়
10.0 0.2 25 1.5 1 বছর 316 এর জন্য উপযুক্ত নয় যদি না ঠান্ডা এবং বিরতি থাকে
15.0 0.0 25 3.0 6 মাস অগ্রহণযোগ্য৷
অক্সিডাইজিং এজেন্ট দ্বারা প্যাসিভ রেঞ্জের এক্সটেনশন

উপরের প্যাসিভ-সক্রিয় সীমাগুলি বায়ুযুক্ত দ্রবণের জন্য প্রযোজ্য (যেমন দ্রবণে অক্সিজেন দ্রবীভূত)। ক্ষয়প্রাপ্ত বা হ্রাসকারী পরিস্থিতিতে (যেমন সালফিউরিক অ্যাসিড অক্সিজেন মুক্ত এবং ক্ষয় থেকে হাইড্রোজেন সহ) ক্যাথোডিক প্রতিক্রিয়া (অক্সিজেন হ্রাস) সীমাবদ্ধতার কারণে প্যাসিভ পরিসর যথেষ্ট সঙ্কুচিত হয়ে যায়। যাইহোক, নাইট্রিক অ্যাসিড, ফেরিক (Fe3 +) বা কিউপ্রিক (Cu2 +) আয়নগুলির মতো অক্সিডাইজিং রাসায়নিকগুলি, প্যাসিভ পরিসরকে উচ্চ ঘনত্ব এবং উচ্চ তাপমাত্রায় প্রসারিত করে। সালফিউরিক অ্যাসিডের মধ্যে 1000 পিপিএম Fe3+ 316 80 ডিগ্রিতে 10 wt% পর্যন্ত নিষ্ক্রিয় থাকে - দশগুণ উন্নতি। হিটার অ্যাপ্লিকেশনে যেখানে প্রক্রিয়া সমাধান একটি অন্তর্নিহিত উপাদান হিসাবে অক্সিডাইজিং প্রজাতিকে অন্তর্ভুক্ত করে (যেমন, ফেরিক সালফেটযুক্ত পিকলিং বাথ, বা মেটাল ফিনিশিং থেকে বর্জ্য অ্যাসিড প্রবাহ), 316 এমন পরিস্থিতিতেও উপযুক্ত হতে পারে যা বিশুদ্ধ অ্যাসিডে সক্রিয় ক্ষয় হতে পারে। অক্সিডাইজারগুলির অস্তিত্বের উপর নির্ভর করে সমস্যা হল যে প্রক্রিয়ার ব্যাঘাতগুলি তাদের ঘনত্বকে কমিয়ে দিতে পারে এবং ক্ষয়ের আকস্মিক ত্বরণকে প্ররোচিত করতে পারে। প্রকৌশলীদের সালফিউরিক অ্যাসিড পরিষেবার জন্য 316 নির্দিষ্ট করার জন্য পূর্ববর্তী সারণীতে নিষ্ক্রিয়-সক্রিয় সীমানাগুলি সবচেয়ে খারাপ-ক্ষেত্রে (ন্যূনতম অক্সিডাইজিং সম্ভাব্য) অবস্থার অধীনে দ্ব্যর্থহীনভাবে সন্তুষ্ট হওয়া উচিত।

চলমান হিটারে সক্রিয় ক্ষয়ের প্রকৃত সনাক্তকরণ

তিনটি ক্ষেত্রের সূচক দেখায় যে প্যাসিভ-সক্রিয় সীমানার কাছাকাছি সালফিউরিক অ্যাসিড দ্রবণে কাজ করা 316টি খাপের জন্য সক্রিয় ক্ষয় শুরু হয়েছে। প্রথমটি হল দ্রবণের রঙ পরিবর্তন: 316-এর জোরালো দ্রবীভূতকরণ সবুজ Fe 2+ এবং Ni 2+ আয়ন তৈরি করে, যা সাধারণত বর্ণহীন বা সামান্য হলুদ অ্যাসিডকে ফ্যাকাশে সবুজ বা নীল-সবুজ আভায় রূপান্তরিত করে। দ্বিতীয়টি হাইড্রোজেন গ্যাসের বিবর্তন। অ্যাসিডের মধ্যে স্টেইনলেস স্টিলের সক্রিয় ক্ষয়ের সাথে খাপের পৃষ্ঠে হাইড্রোজেন বুদবুদ তৈরি হয়, যা হিটার থেকে উত্থিত সূক্ষ্ম বুদবুদের স্রোত হিসাবে লক্ষ্য করা যায়। নিষ্ক্রিয় অবস্থায়, হাইড্রোজেন বিবর্তন নেই, কারণ ক্যাথোডিক প্রক্রিয়া হল অক্সিজেন হ্রাস। তৃতীয় চিহ্ন হল একই পাওয়ার ইনপুটের জন্য হিটার শীথ তাপমাত্রায় দ্রুত পতন। অভ্যন্তরীণ গরম করার তারের বৈদ্যুতিক প্রতিরোধ একই থাকে। খাপের প্রাচীর পাতলা হয়ে যাচ্ছে এবং এর তাপীয় প্রতিরোধ ক্ষমতা কম। বিদ্যুতের ঘনত্ব স্থির থাকলে বাইরের পৃষ্ঠের তাপমাত্রা কমে যাবে। 1-2 মাসের মধ্যে 5-10 ডিগ্রি পরিমাপিত পৃষ্ঠের তাপমাত্রা হ্রাস দ্বারা যথেষ্ট প্রাচীর পাতলা হওয়ার প্রমাণ পাওয়া যায়। যদি হিটারটি পরিদর্শনের জন্য সরানো যায়, তবে পরিমাণগত নিরীক্ষণের জন্য একটি অতিস্বনক বেধ গেজ দিয়ে প্রাচীরের ক্ষতি সময়ের সাথে অনুসরণ করা যেতে পারে। প্রতিস্থাপনের জন্য প্রস্তুতি শুরু করুন যদি প্রতি বছর ক্ষয় হার 0.3 মিমি অতিক্রম করে।

বিকল্প সংকর ধাতু যখন 316 প্যাসিভ সীমা অতিক্রম করে

For the sheathed heater, if the necessary sulphuric acid concentration and temperature are outside the passive range for 316, various more resistant alloys are available. Alloy 20 (Carpenter 20) comprises 32-38 % Ni, 19-21 % Cr and 2-3 % Mo plus copper and provides excellent resistance to dilute sulphuric acid up to 10-15 wt% at boiling. Similar performance with a little less nickel is Incoloy 825 (Alloy 825). Alloy C-276 (Hastelloy C-276) or Alloy B-3 (Hastelloy B-3) are required for larger concentrations (15-50 wt% at moderate temperatures), but are considerably more expensive. For very dilute acid (less than 1 wt%, pH>1.0) 80 ডিগ্রী পর্যন্ত পর্যাপ্ত জীবন (5-10 বছর) কম কার্বন এবং সঠিক পৃষ্ঠের পলিশ সহ 316L দ্বারা সরবরাহ করা হয়। যেকোন প্রয়োগের ক্ষেত্রে যেখানে তাপমাত্রা এবং ঘনত্বের সংমিশ্রণ সক্রিয় অঞ্চলের কাছাকাছি থাকে, ক্ষয় ঝুঁকি সম্পূর্ণরূপে দূর করা হয় একটি পরিবর্তনযোগ্য খাপযুক্ত হিটার বা বহিরাগত গরম করার সাথে রেখাযুক্ত পাত্র নির্বাচন করে, হিটারটিকে অ্যাসিডের সাথে সরাসরি যোগাযোগ থেকে বাদ দিয়ে।

উপসংহার: সালফিউরিক অ্যাসিড পরিষেবাগুলিতে 316 এর জন্য নিরাপদ অপারেটিং সীমা

316 স্টেইনলেস স্টীল এনকেসড ইমার্সন হিটারের প্যাসিভ ক্ষয় হার 0.02-0.2 মিমি/বছর, কিন্তু সক্রিয় দ্রুত দ্রবীভূত করার হার হল 1-10 ​​মিমি/বছর সালফিউরিক অ্যাসিড দ্রবণে। নিষ্ক্রিয় ক্ষয় থেকে সক্রিয় দ্রুত দ্রবীভূতকরণে রূপান্তরের জন্য pH-তাপমাত্রার প্রান্তিকতা মূলত অ্যাসিড ঘনত্বের উপর নির্ভরশীল. 316 পরিবেষ্টিত তাপমাত্রায় 10 wt% H2SO4 পর্যন্ত সহ্য করতে পারে। 80 C এ গ্রহণযোগ্য সীমা 0.5-1 wt% এ কমে যায়। এমনকি 0.5 wt% এ 100 ডিগ্রিতে ক্ষয়ের হার ছোট। যখন প্রকৌশলীরা অ্যাসিডিক অপারেশনের জন্য 316 শীথযুক্ত হিটার নির্দিষ্ট করে, তখন তাদের অবশ্যই প্রকৃত প্রক্রিয়া অ্যাসিডের ঘনত্ব এবং সর্বাধিক অপারেটিং তাপমাত্রা নির্ধারণ করতে হবে, তারপর উপরের টেবিলের পরিমাণগত সীমার সাথে সেই মানগুলির তুলনা করুন। যদি সংমিশ্রণটি প্রান্তিক বা অগ্রহণযোগ্য সীমার মধ্যে পড়ে তবে হয় হিটারকে অবশ্যই কম তাপমাত্রায় (বিদ্যুতের ঘনত্ব হ্রাস করে), মানকে আরও জারা প্রতিরোধী খাদে আপগ্রেড করতে হবে, অথবা গরম করার কৌশলটি পরোক্ষ বা বাহ্যিক গরমে পরিবর্তন করতে হবে। প্যাসিভ-অ্যাকটিভ ট্রানজিশনকে পরিমাপযোগ্য রাসায়নিক এবং তাপীয় বৈশিষ্ট্যের সাথে বেঁধে, এখানে প্রস্তাবিত পদ্ধতিটি ক্রেতাদের সালফিউরিক অ্যাসিড সেটিংসে 316 খাপের পরিষেবা জীবন অনুমান করতে এবং প্যাসিভ ফিল্ম ব্যর্থ হওয়ার পরে ঘটে যাওয়া দ্রুত আক্রমনাত্মক ক্ষয় এড়াতে সক্ষম করে।