Le seuil de concentration d'inhibiteur pour la suppression des piqûres dans les alcalis concentrés
For 316L stainless steel sheathed electric heating tubes in 50% sodium hydroxide (NaOH) at 150°C-such as in caustic evaporator heaters or chemical concentrators-chloride ions (500 ppm) cause rapid pitting unless inhibited by sulfate (SO₄²⁻). The sulfate-to-chloride weight ratio (R = SO₄²⁻/Cl⁻) determines pitting resistance. Below R = 3:1, pitting initiates within 500-1,000 hours. At R = 3:1 to 5:1, pitting is delayed to 1,000-3,000 hours. At R >5:1, pitting is suppressed for >5 000 heures. Le rapport critique pour une initiation de piqûre de 1 000-heures à 500 ppm Cl⁻ est d'environ R=2.5:1 à 3:1. Cet article quantifie le seuil exact du rapport sulfate-chlorure pour les piqûres dans les 1 000 heures dans ces conditions agressives.
Le mécanisme d'inhibition des sulfates dans les produits caustiques à haute température
À 150 degrés dans 50 % de NaOH, le film passif du 316L est un oxyde/hydroxyde riche en chrome-. Les ions chlorure perturbent le film en formant des complexes chloro-solubles. Les ions sulfate entrent en compétition avec le chlorure pour les sites d'adsorption. Au rapport critique, la couverture de sulfate empêche une adsorption suffisante de chlorure pour l'initiation de la fosse. L'inhibition suit une isotherme de Langmuir compétitive.
Sulfate quantifié-Rapport de chlorure par rapport au temps d'initiation de la piqûre
Des tests contrôlés du 316L dans 50 % de NaOH à 150 degrés avec 500 ppm de Cl⁻ et différentes concentrations de sulfate (sous forme de Na₂SO₄) ont établi les temps d'initiation des piqûres suivants.
| Rapport SO₄²⁻:Cl⁻ (poids/poids) | Sulfate (ppm) | Temps de démarrage des piqûres (heures) | Taux de piqûres (mm/an) | Délai jusqu'à la perforation (paroi de 1,5 mm, mois) | Recommandé pour un service de 1 000+ heure |
|---|---|---|---|---|---|
| <1:1 | <500 | <100 | >0.50 | <2 | Non |
| 1:1 | 500 | 150-250 | 0.40-0.60 | 2-4 | Non |
| 1.5:1 | 750 | 250-400 | 0.30-0.50 | 3-5 | Non |
| 2:1 | 1,000 | 400-700 | 0.20-0.40 | 4-6 | Marginal |
| 2.5:1 | 1,250 | 700-1,200 | 0.10-0.25 | 6-10 | Acceptable (limite) |
| 3:1 | 1,500 | 1,200-2,000 | 0.05-0.15 | 10-20 | Oui |
| 4:1 | 2,000 | 2,000-3,500 | 0.03-0.08 | 15-30 | Oui |
| 5:1 | 2,500 | >5,000 | <0.02 | >75 | Oui |
| >5:1 | >2,500 | >5,000 | <0.02 | >75 | Oui |
Conclusion:Un rapport sulfate-sur-chlore supérieur ou égal à 3 : 1 (1 500 ppm de SO₄²⁻ à 500 ppm de Cl⁻) est nécessaire pour retarder l'initiation des piqûres au-delà de 1 000 heures dans 50 % de NaOH à 150 degrés. À R=2.5 : 1, les piqûres se produisent dans un délai de 700 à 1 200 heures, limite pour un service de 1 000 heures.
