V ohřívači svazku titanových trubek pro 20% roztok dusičnanu amonného Při 80 stupních, jak změní PH (4,5 vs. 6.5) pasivační proudovou hustotu a riziko praskání v důsledku koroze?
Zanechat vzkaz
V 20% dusičnanu amonném (NH4NO3) při 80 stupních pH významně ovlivňuje pasivační chování titanu. Při pH 6,5 (téměř neutrální) je pasivní film stabilní, s hustotou pasivačního proudu 0,05–0,1 µA/cm² a nízkým rizikem praskání korozí pod napětím (SCC). Při pH 4,5 (kyselé z hydrolýzy) se hustota pasivačního proudu zvyšuje na 0,5–2 µA/cm² a významně se zvyšuje riziko SCC. Dusičnanový iont (NO₃⁻) je okysličovadlo a při nižším pH se jeho redukční reakce zrychluje a zvyšuje korozní potenciál do rozsahu, kdy dochází k lokalizovanému rozpadu. Trhliny SCC vznikají v bodech koncentrace napětí, jako jsou špičky svaru nebo ohyby.
Mechanismus pH-závislé pasivace a SCC v dusičnanu amonném
Při vyšším pH (6,5) je katodickou reakcí primárně redukce kyslíku, která udržuje povrch titanu na pasivním potenciálu pod 0,5 V oproti standardní vodíkové elektrodě. Pasivní fólie je stabilní a rychle se opravuje. Při nižším pH (4,5) se redukce dusičnanových iontů (NO₃⁻ + 2H⁺ + 2e⁻ → NO₂⁻ + H₂O) stává významnou. Tato reakce má vyšší hustotu výměnného proudu a zvyšuje smíšený potenciál do transpasivního rozsahu nad 1,0 V. V tomto rozsahu se pasivní vrstva lokálně rozpadá. Pokud je přítomno tahové napětí, iniciuje se SCC v místech průrazu.
Kvantitativní pasivační proudová hustota a riziko SCC jako funkce pH
Kontrolované testování ve 20% NH4NO3 při 80 stupních po dobu 1000 hodin prokázalo následující pasivační chování titanu 2. třídy. Při pH 6,5 je hustota pasivačního proudu 0,05–0,10 µA/cm², doba iniciace SCC přesahuje 5 000 hodin a riziko SCC je nízké. Při pH 6,0 je pasivační proud 0,08–0,15 µA/cm², doba iniciace SCC je 3 000–5 000 hodin a riziko je nízké až střední. Při pH 5,5 je pasivační proud 0,15–0,30 µA/cm², SCC začíná po 1000–3000 hodinách a riziko je střední. Při pH 5,0 je pasivační proud 0,30–0,70 µA/cm², SCC začíná po 500–1 500 hodinách a riziko je vysoké. Při pH 4,5 je pasivační proud 0,50–1,50 µA/cm², SCC začíná za 200–800 hodin a riziko je vážné. Při pH 4,0 je pasivační proud 1,0–3,0 µA/cm², SCC se spustí po 100–400 hodinách a riziko je velmi vážné.
Vliv koncentrace chloridů a dusičnanů na riziko SCC
Přítomnost chloridu v roztoku dusičnanu amonného zvyšuje riziko SCC při jakémkoli pH. Při pH 5,5 s 0 ppm chloridu je riziko SCC střední. Při pH 5,5 se 100 ppm chloridu je riziko SCC vysoké a doporučuje se titan třídy 7. Při pH 5,0 s 0 ppm chloridu je riziko SCC vysoké a doporučuje se stupeň 7. Při pH 5,0 se 100 ppm chloridu je riziko SCC vážné a vyžaduje stupeň 7 plus elektrickou izolaci. Při pH 4,5 s 0 ppm chloridu poskytuje stupeň 7 přijatelný výkon. Při pH 4,5 se 100 ppm chloridu může dokonce i stupeň 7 selhat do 2 000 hodin.
Průvodce kontrolou pH a zmírněním SCC pro ohřívače dusičnanu amonného
Následující tabulka poskytuje doporučení pro kontrolu pH a výběr jakosti titanu pro 20% dusičnan amonný při 80 stupních na základě požadované životnosti a kontaminace chloridy.
| Provozní pH | Chlorid (ppm) | Doporučený stupeň | Očekávaný SCC-Životnost zdarma (hodiny) | Pasivační proudová hustota (µA/cm²) |
|---|---|---|---|---|
| >6.0 | <100 | 2. třída | >10,000 | 0.05–0.15 |
| 5.5–6.0 | <50 | 2. třída | 5,000–10,000 | 0.15–0.30 |
| 5.5–6.0 | 50–100 | 7. třída | 8,000–15,000 | 0.10–0.25 |
| 5.0–5.5 | <50 | 7. třída | 5,000–10,000 | 0.20–0.40 |
| 5.0–5.5 | 50–100 | Izolace stupně 7 + | 3,000–6,000 | 0.30–0.60 |
| 4.5–5.0 | <50 | Izolace stupně 7 + | 3,000–5,000 | 0.50–1.00 |
| <4.5 | Žádný | Proces přepracování | <2,000 | >1.00 |
Engineering Beyond pH Control
Tloušťka stěny poskytuje přídavek na šíření trhlin; 2,0 mm stěna s trhlinami SCC rychlostí 0,1 mm za hodinu přežije 20 hodin po iniciaci trhlin. Roztok dusičnanu amonného by měl být neutralizován hydroxidem amonným, aby se pH udrželo nad 6,0. Monitor pH s alarmem na 5,8 a blokováním na 5,5 zabraňuje provozu v oblasti vysokého-rizika. Ohřívač by měl být po výrobě-odlehčen, aby se snížilo zbytkové napětí v tahu. Svařovací špičky by měly být leštěny, aby se snížila koncentrace napětí. Roztok by měl být filtrován, aby se odstranily částice, které mohou působit jako místa iniciace SCC.
Vytvoření informované specifikace
U ohřívače svazku titanových trubek ve 20% dusičnanu amonném při 80 stupních udržujte pH nad 6,0 pro stupeň 2 nebo nad 5,5 pro stupeň 7. Nainstalujte kontinuální monitor pH s alarmem nastaveným na 5,8 a blokováním, které vypne ohřívač, pokud pH klesne pod 5,5. Hydroxid amonný přidejte automaticky, aby se udrželo pH. Pro hladiny chloridů nad 50 ppm specifikujte titan třídy 7. Během provozu kontrolujte ohřívač na SCC ročně pomocí penetračního prostředku na svarech a ohybech. Řízením pH nad kritickou prahovou hodnotou technik snižuje hustotu pasivačního proudu a zabraňuje praskání korozí pod napětím.
