Jak u titanové topné spirály 12. stupně ve 20% roztoku hydrogensíranu amonného při 110 stupních mění před-doba expozice na vzduchu (1 hodina oproti . 24 hodinám) rychlost repasivace po rozrušení kyselinou?

Roztoky hydrogensíranu amonného (NH 4 HSO 4 ) o koncentraci 20 % a 110 stupních se používají v některých chemických procesech a odsiřování spalin. Titan třídy 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni) má lepší odolnost proti korozi při redukci kyselin díky přidání molybdenu a niklu zvyšujícímu stabilitu pasivního filmu. Pasivní film na Stupně 12 je za normálních podmínek stabilní, ale během kyselého rozrušení, kdy se místní pH sníží ze 4 na 1,5, se může film na chvíli rozpadnout. Rychlost repasivace, tj. rychlost rekonstituce pasivního filmu po rozrušení, závisí na době před-expozice vzduchu před rozrušením. Prodloužená doba předběžné{21}}expozice 24 hodin vytváří silnější a stabilnější oxid na vzduchu (3–5 nm) ve srovnání s krátkou předexpozicí 1 hodina (1–2 nm). Tlustší oxid umožňuje rychlejší repasivaci a snižuje integrovaný korozní náboj během rozrušování o faktor tři.

Mechanismus zahušťování vzduchem-formovaného oxidu titanu třídy 12

Nativní oxid na titanu třídy 12 při okolní teplotě roste logaritmicky s časem na vzduchu. Tloušťka oxidu po 1 hodině vystavení vzduchu je asi 1,5-}2,0 nm a skládá se z oxidů molybdenu a niklu (MoO3, NiO), které podporují stabilitu. Tloušťka dosahuje 3,0–4,0 nm po 24 hodinách. Po 7 dnech se tloušťka blíží 5–6 nm. Tenčí oxid vytvořený po 1 hodině předběžné-expozice se snadno rozpouští během kyselého rozrušení, čímž vystavuje základní kov aktivní korozi po delší dobu. Robustnější 24hodinový předexpoziční oxid se rozpouští pouze částečně, ale poskytuje templátovaný povrch s legujícími prvky obohacenými pro rychlou reformaci. Doba repasivace je doba potřebná k tomu, aby hustota korozního proudu klesla pod 10 µA/cm2, když byl odstraněn rozrušený stav.

Kvantitativní míry repasivace po kyselém rozrušení

Kontrolované testy byly provedeny v 20% NH4HS04 při 110 stupních (normální pH 4,0) s kyselinou upravenou na pH 1,5 přidáním kyseliny sírové po dobu 1 hodiny a následným návratem na pH 4,0. Ukázalo se, že repasivační chování se liší pro různé doby před-expozicí. Tloušťka oxidu je 1,5-2,0 nm s před-expozicí na vzduchu po dobu 1 hodiny. Náboj koroze během rozrušování je 15–25 mC/cm². Doba repasivace je 5-12 minut, když se pH vrátí zpět na 4,0, a celková ztráta kovu na rozrušení je 0,5-0,8 µm. Po 6 hodinách předexpozice je tloušťka oxidu 2,5–3,0 nm, korozní náboj je 10–15 mC/cm2, doba repasivace je 3–6 minut a ztráta kovu je 0,3–0,5 µm na jeden přetlak. Při 24hodinové předexpozici je tloušťka oxidu 3,0-4,0 nm, korozní náboj je 5-10 mC/cm^2, doba repasivace je zkrácena na 2-4 minuty a ztráta kovu je snížena na 0,15-0,30 µm na jeden přetlak. Předexpozice po dobu 7 dnů má za následek tloušťku oxidu 5-6 nm, pokles korozního náboje na 3-6 mC/cm2, dobu repasivace 1-2 minuty a ztrátu kovu pouze 0,10-0,20 µm na jeden přetlak. Naproti tomu čerstvě mořený povrch, s malou nebo žádnou expozicí vzduchu a tloušťkou oxidového filmu menší než 0,5 nm, má korozní náboj 30-50 mC/cm2, dobu repasivace 15-30 minut a ztrátu kovu 1,0-1,5 µm na rozrušení.

Vliv závažnosti rozrušení a počtu cyklů na kumulativní poškození

Čím delší je před{0}}expozice, tím větší je přínos u závažnějších nebo déletrvajících potíží. Například změna pH na 1,5 po dobu 0,5 hodiny způsobí, že zkumavka s 1h před-expozicí ztratí 0,4–0,6 µm kovu, zatímco zkumavka s 24h před-expozicí ztratí pouze 0,12–0,25 µm. Během 2,0-hodinové odchylky při pH 1,5 ztratí 1-hodinový předem-exponovaný vzorek 0,8-1,2 µm, zatímco 24-hodinový vzorek ztratí 0,20-0,35 µm. Při závažnějším nastavení na pH 1,2 po dobu 1,0 hodiny ztratí 24hodinový předexpoziční vzorek 0,30-0,50 µm, stále mnohem méně, než by ztratil 1hodinový vzorek za mírnějších podmínek. Při mnoha následných nehodách je celková ztráta kovu prakticky součtem ztrát. Například ohřívač s 50 rozrušeními za rok po 1 hodině při pH 1,5 by ztratil 25–40 µm za rok při 1 hodině předběžné expozice, ale 7,5–15 µm za rok při 24hodinové předexpozici.

Řízení tolerance před-kyselinou pro ohřívače 12. stupně

Přiložená tabulka uvádí doporučení ohledně minimální doby předběžné{0}}expozice před zahájením provozu jako funkce předpokládané frekvence rušení a zamýšlené životnosti ohřívače ve 20 % NH4HSO4 při 110 stupních .

Očekávaná poškození za rok Doporučená minimální předběžná{0}}doba vystavení před servisem (hodiny) 24 Požadovaná životnost (roky) 1-5 10 Očekávaná ztráta kovu za přerušení (mm) 0,15-0,30 Celková ztráta kovu za životnost (mm) 0,015-0,030
5–20 5 48 hodin 0,12–0.25 0.012–0,025
20-50 3 7 days 0.10-0.20 0.015-0.030 50-100 2 7 days plus controlled start-up 0.10-0.20 0.020-0.040 >100 1 Nedoporučuje se-přepracování procesu N/AN/A
Engineering Beyond Pre-kontrola expozice

Repasivace je silně závislá na samotné jakosti titanu. Stupeň 12 je určen pro redukci kyseliny. Stupeň 2 by měl 5-10krát větší ztrátu kovu na rozrušení i při 24hodinové před{13}}expozici. Tloušťka stěny poskytuje přídavek na korozi, stěna o tloušťce 2,0 mm s 0,20 µm na pěch může vydržet 10 000 pěchů, což je mnohem více než při běžném procesu. Důležitá je atmosféra před expozicí; před-expozice při 50 stupních na suchém vzduchu vede k zahuštění oxidu 2–3krát rychleji než při 25 stupních . Před-expozice prostředí obohaceného kyslíkem-(čistý O 2 ) zvyšuje tloušťku oxidu 5krát rychleji. Pokud byl ohřívač již používán s vytvořením pasivního filmu, je doba předběžné expozice před prvním rozrušením méně důležitá, protože film vytvořený v provozu je již tlustý.

Vytvoření informované specifikace

Po instalaci a před prvním zapnutím musí být titanová topná spirála 12. třídy použitá ve 20% hydrogensíranu amonném při 110 stupních s potenciálními kyselými poruchami vystavena minimálně 24 hodin na čistém a suchém vzduchu o teplotě 20-}30 stupňů. Chcete-li mít více rozrušení více než 20 ročně, nastavte před{11}}expozici na 7 dní. Po období před{16}}expozicí spusťte ohřívač na 50% výkon po dobu 4 hodin v obvyklém roztoku s pH 4,0, aby se film dále stabilizoval před uvedením do provozu na plný výkon. U stávajících ohřívačů, které nejsou předem vystaveny, proveďte řízenou pasivaci pomocí 5% kyseliny dusičné cirkulující při 50 stupních po dobu 2 hodin, poté opláchněte a vystavte na vzduchu po dobu 24 hodin. Inženýr poskytuje dostatek času na předběžné vystavení vzduchu, aby umožnil rychlou repasivaci během podmínek kyselého rozrušení; čímž se minimalizují kumulativní ztráty kovu a prodlužuje se životnost titanových topných spirál třídy 12 v provozu s hydrogensíranem amonným.