Berapakah Umur Maksimum Selubung Baja Tahan Karat 316 dengan Tebal Dinding 1,2 MilimeterBerapakah Masa Pakai Maksimal Selubung Baja Tahan Karat 316 dengan Tebal Dinding 1,2 Milimeter dalam Pelayanan Asam Fosfat 15% Berkelanjutan pada 110 Derajat Celcius?kness dalam Pelayanan Asam Fosfat 15% Berkelanjutan pada 110 Derajat Celcius?

Dalam memilih bahan selubung untuk pemanas imersi listrik yang digunakan dalam aplikasi proses kimia seperti produksi pupuk fosfat, rendaman pengolahan logam, dan peralatan pemrosesan makanan yang menangani asam fosfat, ketahanan terhadap korosi dan kinerja termal perlu dipertimbangkan. Asam fosfat tidak seagresif asam klorida atau asam sulfat, namun pada suhu tinggi di atas 80oC dan konsentrasi tinggi di atas 10%, serangan yang dipercepat pada baja tahan karat 316 dapat terjadi terutama di zona pengelasan dan tempat dengan tegangan sisa yang tinggi. Ketebalan dinding selubung menentukan batas korosi untuk pemanas selama masa pakainya, namun sambungannya bersifat nonlinier karena laju korosi cenderung meningkat seiring dengan penipisan dinding dan peningkatan kerapatan arus lokal. Makalah ini menyajikan perkiraan masa pakai kuantitatif untuk selubung 1,2 mm 316 dalam asam fosfat 15% pada suhu 110 derajat, berdasarkan data korosi yang diketahui dan pengalaman lapangan di fasilitas kimia.

Perilaku Korosi Baja Tahan Karat 316 dalam Asam Fosfat Panas
Dalam konsentrasi asam fosfat antara 10% dan 30% pada suhu di atas 80 derajat, baja tahan karat 316 memiliki laju korosi umum dari 0,1 hingga 0,5 mm/tahun tergantung pada kemurnian asam, suhu, dan kecepatan aliran. Mekanisme korosi sebagian besar adalah penipisan seragam dibandingkan lubang karena asam fosfat bukan merupakan oksidator kuat dan tidak mengandung klorida yang menyebabkan serangan lokal. Asam fosfat komersial mengandung kontaminan seperti fluorida, sulfat dan klorida dari batuan fosfat yang dapat mempercepat serangan dan menimbulkan lubang. Laju korosi umum 316 dalam asam fosfat 15% pada 110 derajat dengan kemurnian industri normal adalah sekitar 0,25 mm/tahun. Laju ini didasarkan pada suhu permukaan selubung yang berada dalam 5 derajat dari suhu asam curah. Sebenarnya fluks panas menyebabkan suhu selubung pemanas semakin besar. Untuk selubung dinding 316 1,2 mm pada 6 W/cm² dalam 110 derajat asam, suhu permukaan luarnya sekitar 125 derajat . Pada suhu ini, laju korosi meningkat menjadi sekitar 0,35 mm/tahun. Suhu meningkat karena fluks panas, dan tambahan 40% ditambahkan ke laju korosi relatif terhadap suhu asam curah.

1.2 Estimasi masa pakai untuk ketebalan dinding milimeter
Selubung 316 memiliki ketebalan nominal 1,2 mm. Namun, toleransi produksi adalah ±0,1 mm. Ini berarti ketebalan minimumnya bisa 1,1 mm. Estimasi masa pakai yang konservatif didasarkan pada ketebalan minimum. Menggunakan 0,35 mm/tahun dan laju korosi 0,35 mm/tahun. Namun kegagalan akan terjadi sebelum tembok tersebut dapat dirusak seluruhnya. Ketebalan struktural minimum adalah 0,5 mm untuk menahan tekanan internal akibat ekspansi MgO dan tekanan proses eksternal. Jadi, batas korosi yang berguna adalah 1,1 mm – 0,5 mm=0.6 mm. Perkiraan umur layanan adalah 0,6/0.35=1.7 tahun pada 0,35 mm per tahun . Inilah saatnya selubung mencapai ketebalan struktural minimum. Faktanya, pemanas sering kali diganti dengan sisa ketebalan dinding 0,7–0,8 mm, untuk memberikan margin keamanan. Pada ambang batas penggantian ini, umur layanan turun menjadi sekitar 1,2 tahun. Ketebalan dinding awal untuk masa pakai 5 tahun harus 0,35 x 5 tahun + 0.5 (margin struktural) + 0.1 (toleransi)=2.35 mm atau sekitar 2,5 mm. Oleh karena itu, selubung dinding 316 1,2 mm dalam layanan ini hanya cocok untuk aplikasi di mana penggantian tahunan dapat diterima.

Ketebalan Dinding Layanan Asam Fosfat yang Disarankan
Tabel berikut mencantumkan ketebalan dinding selubung yang dapat diterima untuk pemanas rendam listrik dalam layanan asam fosfat sebagai fungsi konsentrasi, suhu, dan masa pakai yang diinginkan. Nilai tersebut untuk asam tingkat industri dengan pengotor normal dan kepadatan watt 4 hingga 6 W/cm2.

Konsentrasi Asam Fosfat|Suhu Asam Curah|Target Kehidupan Pelayanan|Ketebalan Dinding Minimum 316 yang Direkomendasikan |Masa Pakai pada Ketebalan yang Direkomendasikan Laju Korosi yang Diantisipasi di Permukaan
10 – 15 % 80 – 100 derajat 2 tahun 1,2 mm 0,20 – 0,30 mm/tahun 1,5 – 2,5 tahun
10 – 15% 80 – 100 derajat 5 tahun 2,0 mm 0,20 – 0,30 mm/tahun 4-6 tahun
10–15% 100–120 derajat 2 tahun 1,6 mm 0,30–0,45 mm/tahun 2–3 tahun
10 – 15% 100 – 120 derajat 5 tahun 2,5 mm 0,30 – 0,45 mm/tahun 5 – 7 tahun
15 – 25% 80 – 100 derajat 2 tahun 1,6 mm 0,25 – 0,40 mm/tahun 2 – 3 tahun
15 – 25% 80 – 100 derajat 4 tahun 2,5 mm 0,25 – 0,40 mm/tahun 4 – 6 tahun
15 – 25% 100 – 120 derajat 1 tahun 1,6 mm 0,40 – 0,60 mm/tahun 1 – 2 tahun
15 – 25% 100 – 120 derajat 3 tahun 2,5 mm 0,40 – 0,60 mm/tahun 3 – 4 tahun
>25% Suhu berapa pun Tidak disarankan > 0,60 mm/tahun Tidak dapat diprediksi; menggunakan paduan yang lebih tinggi
Baja tahan karat 316 biasanya tidak cocok untuk konsentrasi asam fosfat lebih besar dari 25% pada suhu di atas 100 derajat, berapa pun ketebalan dindingnya. Dalam skenario ini, para insinyur mungkin mempertimbangkan untuk meningkatkan ke paduan moly tinggi seperti Paduan 20 (Carpenter 20) atau Paduan 625, yang memiliki tingkat korosi dua kali lipat lebih rendah dari 316 pada asam fosfat panas.

Perubahan desain untuk memperpanjang masa pakai tanpa menambah ketebalan dinding
Ketika pertimbangan ruang atau respons termal menentukan penggunaan selubung 1,2 mm 316 untuk tugas asam fosfat panas, tiga penyesuaian desain tersedia untuk meningkatkan masa pakai jauh melampaui perkiraan 1,7 tahun. Pertama adalah pengurangan kepadatan watt. Ketika tingkat pengoperasian dikurangi dari 6 W/cm² menjadi 3 W/cm², suhu permukaan selubung berkurang dari 125 derajat menjadi sekitar 116 derajat dan laju korosi dari 0,35 menjadi sekitar 0,22 mm per tahun. Hal ini memperpanjang umur layanan dari 1,7 tahun menjadi 2,7 tahun. Perubahan kedua adalah memasivasi permukaan selubung dengan asam nitrat 20% pada suhu 50 derajat selama 60 menit sebelum pemasangan. Pasifasi menghilangkan partikel besi yang tertanam dan meningkatkan ketebalan lapisan kromium oksida, mengurangi laju korosi awal sebesar 20–30% selama beberapa bulan pertama penggunaan. Perubahan ketiga adalah mengatur kemurnian asam. Jika fluorida dapat dijaga di bawah 50 ppm dan klorida di bawah 100 ppm, korosi dapat dibatasi hingga 0,15–0,20 mm per tahun dan masa pakai akan menjadi 3–4 tahun. Dalam penerapan penting di mana kegagalan pemanas yang tidak terduga akan mengakibatkan hilangnya produksi secara signifikan, teknisi harus menggunakan pemanas cadangan atau membuat tangki dengan pemanas ganda sehingga yang satu dapat diganti dan yang lainnya mempertahankan suhu. Biaya pemanas cadangan dapat diabaikan dibandingkan dengan biaya penghentian produksi bahan kimia berkelanjutan yang tidak terduga. Tentukan pengujian kupon korosi dengan asam asli dalam aliran proses ketika memilih pemanas untuk layanan asam fosfat. Kemurnian asam di dunia nyata sangat bervariasi dari satu pabrik ke pabrik lainnya dan bahkan dari satu batch produksi ke batch produksi lainnya, sehingga data yang dipublikasikan dapat memberikan perkiraan. Uji kupon tiga bulan terhadap sampel 1,2 mm 316 yang terkena asam proses pada suhu selubung yang diantisipasi merupakan indikator terbaik masa pakai. Biasanya, biaya pengujian ini lebih murah daripada biaya satu pemanas yang rusak.