Která titanová slitina (Ti-0,15Pd vs. Ti-0,3Mo-0,8Ni) ve spalovnách odpadu nabízí vynikající odolnost proti korozi ve štěrbinách?

Mokré pračky spaloven odpadu jsou umístěny na rozhraní mezi vysokoteplotními spalinami a systémy absorpce korozivních kapalin. Páry kyseliny chlorovodíkové ze spalování chlorovaných plastů a jiných odpadů kondenzují na vypírací kapalinu 5-15% HCl při 60-80oC. Titanové slitiny jsou často vybírány pro vnitřní části praček, jako jsou rozprašovací sběrače, odlučovače mlhy a přihřívací trubky. Nejčastějším způsobem poruchy je štěrbinová koroze na spojích trubek a trubkovnice, pod těsněním a pod pevnými usazeninami. Existují dvě slitiny titanu, které se ucházejí o tuto službu, stupeň 7 (Ti-0,15Pd) a stupeň 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni) a nabízejí různé metody odolnosti proti štěrbinové korozi. Tento článek hodnotí výkonnost slitin v podmínkách pračky s kyselinou chlorovodíkovou a určuje, která slitina poskytuje lepší ochranu proti napadení štěrbinami.

Mechanismus štěrbinové koroze v pračkách HCl
Ve štěrbině – obvykle v mezeře 0,1–0,5 mm mezi titanovou trubkou a těsněním z PTFE nebo mezi trubkou a válcovaným trubkovnicí – je chemie velmi odlišná od objemové skrápěcí kapaliny. Katodické procesy rychle vyčerpávají kyslík ve štěrbině. V nepřítomnosti kyslíku se titan anodicky rozpouští za vzniku iontů Ti3+ a Ti4+, které hydrolyzují na HC1 a trvale snižují pH štěrbiny. V hromadné pračce s 10% HC1 může být pH nižší než 0 při pH přibližně 0,5. Kombinace vysokého obsahu chloridů, nízkého pH a omezeného transportu hmoty má za následek autokatalytické prostředí, které vede k rychlé štěrbinové korozi, jakmile již začala.

Odolnost slitiny vůči tomuto napadení je definována kritickou štěrbinovou teplotou (CCT) a kritickým štěrbinovým potenciálem (CCP). CCT je maximální teplota, při které může být standardizovaná štěrbinová sestava (ASTM G78) ponořena po dobu 72 hodin bez zjevného narušení štěrbiny. CCP je práh, za kterým se při určité teplotě a koncentraci chloridů nevyskytuje žádná štěrbina.

Stupeň 7: Pasivace stabilizovaná palladiem
Titan třídy 7 obsahuje 0,12-0,25 % palladia, ušlechtilého kovu, který je vynikajícím katodickým místem pro vývoj vodíku a redukci kyslíku. V prostředí štěrbiny s nedostatkem kyslíku-palladium katalyzuje redukci vodíkových iontů (2H+ + 2e- → H2) při nižším nadměrném potenciálu než samotný titan. Tato katodická reakce upravuje štěrbinový potenciál v ušlechtilém směru a tím pomáhá udržovat pasivní film i při nízkém pH, v podmínkách nedostatku kyslíku.

Stupeň 7 má CCT v 10% HCl při 70 °C asi 65 °C -, tj. štěrbinové napadení nezačíná pod 65 °C za standardních testovacích podmínek. Štěrbinový útok trvá 100-200 hodin při 75 stupních. Stupeň 7 je na nebo mírně pod svým CCT pro pračku běžící při 60-70 stupních, což poskytuje malou, ale funkční bezpečnostní rezervu.

12. třída: Mo-Ni Power-Up
Titan třídy 12 má 0,2-0,4 % molybdenu a 0,6-0,9 % niklu. Na rozdíl od palladia, které mění katodický proces, je molybden v pasivním filmu obohacen jako molybdenan (MoO₄²⁻), který brání pronikání chloridových iontů a snižuje rychlost anodického rozpouštění. Nikl zvyšuje stabilitu pasivní fólie při redukci kyselin a napomáhá repasivaci po mechanickém poškození fólie. Tato kombinace vede k odolnějšímu pasivnímu filmu odolnému proti poškození i při agresivních štěrbinách.

Stupeň 12 má CCT přibližně 80 stupňů v 10% HCl při 70 stupních, což je mnohem více než stupeň 7. Stupeň 12 vykazuje mírné štěrbinové napadení po 500 hodinách při 85 stupních. Zlepšený výkon je přisuzován skutečnosti, že přídavek molybdenu-niklu vede ke zvýšení vnitřní stability pasivního filmu spíše než katalýze ušlechtilými kovy, která může být ztížena, když je vývoj vodíku převládající katodickou reakcí.

Srovnání výkonu pračky spalovny
Údaje z praček spaloven odpadu pracujících při 65-70 stupních s 8-12% HCl ukázaly jasné rozdíly mezi těmito dvěma slitinami. Trubky stupně 7 odstraněné po 5 letech provozu vykazují mělké štěrbiny (hloubka 0,1-0,3 mm) na válcovaných spojích trubek a pod těsněním. U některých instalací stupně 7 došlo po 7-8 letech k perforaci skrz štěrbinu. Za stejných podmínek trubky stupně 12 nevykazují po 5 letech žádné významné štěrbinové napadení a po 8-10 letech pouze minimální leptání povrchu (0,05 mm).

Výhoda stupně 12 je zvláště zřejmá u čističek, které mají problémy s teplotou. 75-80 stupně vystavení po dlouhou dobu, způsobuje útok ve štěrbinách stupně 7, které mohou během měsíců narůst do hloubky 0,5 mm. Stupeň 12 je při těchto teplotách relativně neovlivněn.

Aplikační matrice z titanové slitiny ve spalovně
Provozní podmínky pračky Koncentrace HCl (doporučený rozsah teplot slitiny Předpokládaná životnost bez štěrbin{0}}
Následný provoz, stabilní teplota 5-10 % 55-65 stupňů Stupeň 7 5-7 let
Nepřetržitá práce, stálá teplota 10-15 % 55-65 stupňů Stupeň 12 8-10 let
Variabilní výkyvy provozní teploty na 75 stupňů 5 až 10 % 60 až 75 stupňů Stupeň 12 6 až 8 let
Odpad s vysokým obsahem chlóru, často exkurze 10-15% 65-80 stupňů Stupeň 12 (min) 5-7 let
Jakákoli služba, kde jsou přítomny velké pevné vklady Jakékoli vklady stupně 12 zvyšují riziko trhlin; preferuji 12. třídu
Nová konstrukce, návrhová životnost 10 let 5–15 % 60–70 stupňů Třída 12 10+ let
Závěr o specifikaci pračky spaloven
V mokrých pračkách spaloven odpadu, kde se očekává, že výpary kyseliny chlorovodíkové budou mít 60-80 stupňů, je z hlediska odolnosti vůči štěrbině z hlediska odolnosti vůči štěrbinám vhodnější titan stupně 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni) před stupněm 7 (Ti-0,15Pd). Anodická inhibice přidáním molybden-niklu zlepšuje stabilitu pasivního filmu a vede ke kritické štěrbinové teplotě přibližně o 15 stupňů vyšší než stupeň 7. Typická pračka je při 65-}70 stupních s 10% HCl. Stupeň 12 poskytne 8-10 let služby bez trhlin, ale Stupeň 7 začne vykazovat útok po 5-7 letech. Třída 12: Upřednostňovaná slitina pro nové instalace nebo výměny vyžadující 10letou životnost, ale stojí o něco více (asi o 15-20 % více než Třída 7). Stupeň 7 je stále vhodný pro pračky s nižší teplotou (55-65 stupňů) nebo pokud jsou hlavním omezením počáteční kapitálové náklady, ale stupeň 12 by měl být specifikován tam, kde teplota pračky může být vyšší než 65 stupňů nebo kde obsah chloridů přesahuje 10 %. Při nákupu požádejte o trubky ASTM B338 Grade 12 s mořeným povrchem a svařovanými (neválcovanými) spoji trubek a trubkovnice, abyste odstranili štěrbiny ve spojení trubek a trubek a pomohli prodloužit životnost.