Když se ohřívač s titanovým pláštěm použije k vaření 5% roztoku vínanu sodného při 103 stupních, proč tartrátový iont komplexuje titanové ionty a zabraňuje repasivaci, což vede k rovnoměrné korozi při 0,2 mm za rok?

V 5% tartrátu sodném je tartrátový ion (C4H4O₆2⁻) silným chelatačním činidlem pro titan při 103 stupních (varu). Důlkový útok je způsoben chloridem a fluoridem, ale tartrát vede k tvorbě rozpustných komplexů vínanu titanu: Ti4⁺ + 3C₄H₄O₆²⁻ → [Ti(C₄H₄O₆)₃]⁴⁻. Komplexace odstraňuje Ti 4+ ionty z povrchu při jejich vzniku a inhibuje tvorbu stabilního pasivního filmu. Bez ochranného krytu bude titan erodovat rovnoměrně konstantní rychlostí 0,15 – 0,25 mm za rok bez lokalizovaných důlků. Rychlost koroze není funkcí času po počáteční přechodné fázi.

Mechanismus tartrátové{0}}stejnoměrné koroze

Tartrátový iont má několik hydroxylových a karboxylových skupin schopných tvořit stabilní pětičlenné chelátové kruhy s Ti 4+ . log K~20). Tvorební konstanta pro Ti-tartrátový komplex je výjimečně vysoká To znamená, že jakýkoli Ti⁴⁺ uvolněný z kovového povrchu je komplexován a okamžitě převeden do roztoku. Pasivní film nemůže růst, protože součin rozpustnosti TiO2 je překročen pouze při velmi vysokých lokálních koncentracích Ti4+. Korozní proces je založen na přímém rozpouštění kovu: Ti → Ti⁴⁺ + 4e⁻ s následnou rychlou komplexací. Protože neexistuje žádný pasivní film, který by se lokálně rozložil, proces je jednotný.

Kvantitativní míra koroze versus koncentrace tartrátu

Kontrolované testy ve vroucích roztocích vínanu sodného (103 stupňů) po dobu 500 hodin prokázaly následující pro titan 2. stupně. Při 0% tartrátu (čisté vodě) je rychlost koroze 0,005–0,010 mm/rok, povrch je lesklý a mechanismus je pasivní. Při 1% tartrátu je rychlost 0,03–0,06 mm za rok, povrch vykazuje lehké leptání a mechanismus je smíšený. Při 3% tartrátu je rychlost 0,08–0,15 mm/rok, povrch vykazuje rovnoměrné leptání a převládajícím procesem je tvorba komplexů. S 5% tartrátu je rychlost 0,15–0,25 mm/rok, povrch má jednotný matný povrch a proces je dominantní v komplexaci. 0.20-0.35 mm/rok při 10% tartrátu, povrch je rovnoměrně matný, mechanizmem těžká komplexace.

Vliv pH a teploty na rychlost komplexace

Rychlost tvorby komplexů a rychlost koroze jsou funkcí pH a teploty. Rychlost koroze při 60 C, pH 7 a 5% tartrátu je 0,04-0,08 mm/rok. Rychlost při 80 stupních a pH 7 je 0,08-0,15 mm/rok. Rychlost je 0,15 až 0,25 mm/rok při 100 stupních a pH 7. Rychlost je 0,10–0,18 mm za rok při 100 stupních a pH 9 (vyšší pH snižuje korozi). Rychlost při 100 stupních, pH 5, 0,20–0,35 mm/rok (nižší pH zvyšuje rychlost koroze). Aktivační energie se pohybuje kolem 50 kJ/mol.

Kontrola koncentrace vínanu a pH v titanových ohřívačích

Následující tabulka uvádí doporučené provozní podmínky pro titanové ohřívače stupně 2 a stupně 7 v roztocích vínanu sodného.

Koncentrace vínanu sodného (%) Teplota ( stupeň ) pH Stupeň 2 Rychlost koroze (mm/rok) Rychlost koroze (mm/rok) Stupeň 7 Doporučení<1 100 7 0.03–0.06 0.02–0.04 Acceptable 1–3 80 7 0.05–0.10 0.03–0.06 Acceptable 3–5 80 7 0.08–0.15 0.05–0.10 Use Grade 7 3–5 100 7 0.15–0.25 0.10–0.18 Use Grade 7 + thick wall
5-10 100 9 0.10-0.18 0.06-0.12 pH increase >10 Any Any >0.20 >0,12 Nedoporučuje se Engineering Beyond Tartrate Concentration Control

Kvalita titanu ovlivňuje rychlost tvorby komplexů. Rychlosti koroze stupně 7 (stabilizováno palladiem) jsou o 30–50 % nižší než u tartrátových roztoků stupně 2, protože palladium stabilizuje tenký pasivní povlak i za složitých podmínek. Stupeň 12 ukazuje mírné zlepšení. Tloušťka stěny udává přídavek na korozi . 2 . 0 mm stěny s 0 . 15 mm/rok rovnoměrná koroze trvá 13 let. Povrchová úprava má malý vliv na rovnoměrnou korozi. Zvýšením pH na 9 hydroxidem sodným se rychlost koroze sníží o 30–40 %. Pokud se teplota sníží ze 100 stupňů na 80 stupňů, rychlost se sníží na polovinu.

Vypracování kvalifikované specifikace

U titanového ohřívače pláště je třeba předpokládat, že dominujícím mechanismem je rovnoměrná koroze v 5% tartrátu sodném při 103 stupních. Použijte titan třídy 7 ke snížení rychlosti koroze na 0,10–0,18 mm za rok. Pro životnost 10 až 15 let použijte tloušťku stěny 2,0 mm. Zvyšte pH na 9 (pokud je to možné) hydroxidem sodným nebo snižte teplotu na 80 °C. Během provozu je tloušťka ohřívače 1x ročně sledována ultrazvukovým měřením a ohřívač se vyměňuje při tloušťce stěny 0,5 mm. Inženýr si je vědom toho, že tartrátové ionty komplikují titanové ionty a inhibují repasivaci, proto volí správnou třídu a tloušťku stěny, aby zajistili předvídatelnou rovnoměrnou korozi.