Amikor titán elektromos fűtőcsövet használunk 20%-os sósav forralására, hogyan változtatja meg a sav oldott oxigénszintje a kritikus lyukasztási hőmérsékletet?

A legtöbb fém meglehetősen agresszív 20%-os HCl forralásakor körülbelül 105 fokos hőmérsékleten. A titán általában nem ajánlott HCl-használatra a gyors aktív korrózió miatt. Más alkalmazások azonban rövid vagy szabályozott expozíciót igényelnek, mint például a titán alkatrészek pácolósorai vagy speciális kémiai eljárások. Ilyen korlátozott feltételek mellett a savban lévő oldott oxigén koncentrációja lesz a fő kritérium annak megállapítására, hogy a titán még rövid távú működést is kibír-e. Az oxigén katódos depolarizátorként működik, és a titán felületének potenciálját a passzív területre tolja el. A kritikus pitting hőmérséklet (CPT)-az a hőmérséklet, amely felett a stabil pitting beindul-, az oldott oxigén koncentrációjával jelentősen megnő. A titánt szobahőmérsékleten, légtelenített 20%-os sósavban támadják meg. 20%-os HCl-ben 1 atm parciális oxigénnyomás mellett a CPT körülbelül 80 fokra kúszik fel, még mindig forráspont alatt, de elég magas bizonyos korlátozott, alacsony hőmérsékletű működéshez.

Oxigén-{0}}-függő passzivációs mechanizmus sósavban

A titánnak oxidáló atmoszférára van szüksége passzív TiO2 filmjének fenntartásához. A sósav redukálószer, és a kloridionok erőteljesen támadnak minden oxidhibát. A savban lévő oldatban lévő oxigén biztosítja a film helyreállításához szükséges oxidációs potenciált. A titán felületén oxigénredukció megy végbe: O 2 + 4H + + 4e - → 2H 2 O. Ez a katódos reakció növeli a felületi potenciált, és ezáltal gátolja a titán oldódását. Ha az oldott oxigén koncentrációját egy kritikus értékre csökkentjük, akkor az oxigénredukcióból adódó katódos áram nem tudja kompenzálni a titán oldódásából adódó anódos áramot. A felületi potenciál az aktív tartományba esik, és egyenletes korrózió vagy lyukképződés indul meg. A kritikus pitting hőmérséklet az a hőmérséklet, amelyen a passzív film szétesésének sebessége nagyobb, mint az oxigén által segített újrapassziválás sebessége adott oxigénkoncentráció mellett.

A kritikus mélyedési hőmérséklet mennyiségi változása oldott oxigénnel

A 2. fokozatú titán 20%-os HCl-ben, légköri nyomáson készült CPT-értékei az alábbiakban találhatók ellenőrzött vizsgálatból:

Oldott oxigén < 0,5 ppm (légtelenített, N2-légtelenített) CPT < 25 fok. Titán szobahőmérsékleten - agresszív korrózió. Korróziós sebesség 2-5 mm/év. Nem ajánlott semmilyen meleg szolgáltatáshoz.

Oldott oxigén 2–5 ppm-nél (levegő-telített, 1 atm, tipikus nyitott edény): CPT 45–50 fok. Passzív viselkedés 45 fok alatt, korróziós sebesség<0.1 mm/year. Pitting starts within hours at temperatures above 50 °C. Attack is quick and devastating at boiling (105°C).

CPT 60-65 fok). Oldott oxigén 10-15 ppm-nél (oxigén-párlat 1 atm-nél). 60 fokon ELFOGADHATÓ, FORRÁSHŐMÉRSÉKLETEN NEM. Gödrök mélysége 0,5 mm 100 óra után 65 fokon.

Oldott oxigén 30-40 ppm (oxigén 3 atm parciális nyomás, nyomásos rendszer). CPT 75-80 fok. 75 fokon a felület passzív marad. 20% HCl 105oC-on (1 atm) Még mindig forráspont alatt

Dissolved oxygen >50 ppm (tiszta oxigén 5 atm alatt, speciális felszerelés): CPT 85-90 fok. Atmoszférikus nyomáson nem éri el a forráspontot, de megközelíti azt. A DO fenntartásához nyomás alatti rendszerre van szükség.

Gyakorlati vonatkozások forrásban lévő 20%-os sósavban történő kiszolgáláshoz

A légköri nyomáson forrásban lévő 20%-os HCl térfogati hőmérséklete 105 fok. Bármilyen mennyiségű oldott oxigén 1 atm parciális nyomáson nem tudja a CPT-t 105 fokra emelni. . 65 fok a lehető legmagasabb CPT oxigén-telített sav esetén 1 atm. Ezért az oxigén befúvatásától függetlenül a 2. fokozatú titán használata 20%-os HCl forralásához alapvetően nem megfelelő. Az 1 atm-nál nagyobb oxigén parciális nyomású nyomásokhoz olyan nyomás alatt álló edényre van szükség, amely ellentmond a forrási állapotnak. 1. Forrás: 20% HCl: Tantál, cirkónium vagy néhány magas szilíciumtartalmú öntöttvas.

Oldott oxigén szabályozás alacsony hőmérsékletű HCl szolgáltatáshoz

A 2. fokozatú titán oxigénszabályozással a következő táblázatban látható a CPT alatti HCl-szolgáltatáshoz.

HCl koncentráció és üzemi hőmérséklet Minimális szükséges oldott oxigén Maximális megengedett kloridkoncentrációJavasolt működési stratégia
3 ppm (levegőtelítettség) 40 fok 10% HCl20% Standard nyitott edény. Nincs szükség speciális oxigén befúvatásra.
8 ppm (folyamatos légbefúvás) 20% 15% HCl 50 fok. Helyezze a légpermetezőt a fűtőelem közelébe. Heti DO ellenőrzések
20% HCl @ 60 fok 15 ppm (oxigén-öblítést igényel) 20% Használjon tiszta oxigént. Nyomás alatt tartsa az edényt 2 atm-re a DO karbantartásához. Javasolt: titán, 7. fokozat.
20% HCl, 70 °C. 1 atm-nél nem kivitelezhető 20% 2. fokozat nem megfelelő. Használjon 3 atm oxigén bepárlást a 7. fokozaton.
Chlorides >25% Any concentration at >25°CNo benefit >25% titán Nem ajánlott oxigéntől függetlenül.
A HCl Service Engineering Boiling alternatívái

If you need to boil 20% HCl, use tantalum or zirconium heaters instead of titanium. Tantalum is passive even in deaerated acid and has a CPT >150 fok 20%-os sósavban. A cirkónium minden koncentrációban nagyon ellenáll a forrásban lévő HCl-nek. Ha anyagi okokból titánra van szükség, folytassa a műveletet 50 fok alatt, folyamatos oxigénfújással, és fogadja el a fűtőberendezés 6-12 hónapos élettartamát. A 7-es fokozatú (palládiummal stabilizált) titán 10-15 fokkal növeli a CPT-t a 2-es fokozathoz képest azonos oxigénkörülmények között, és körülbelül 75 fokra növeli a használható hőmérséklet-tartományt oxigén befúvatásával.

Tájékozott specifikáció készítése<

Ha bármilyen sósavas szolgáltatáshoz titán elektromos fűtőcsövet fontolgat, először meg kell határozni vagy meghatározni a sav oldott oxigén szintjét. Vegye figyelembe, hogy a titán valószínűleg nem biztosít kielégítő élettartamot 60 fok feletti alkalmazásoknál, hacsak a rendszert nem nyomás alá helyezik az oxigén oldhatóságának növelése érdekében . 20% HCl, környezeti nyomás, forráspont Ne adja meg a titánt. Ehelyett kérjen árajánlatot tantál bevonatú vagy cirkónium fűtőtestekre. Ha a folyamat csak időszakos forralással jár (pl. tisztítási ciklusok), akkor fontolja meg a kivehető fűtőelemet, amely a forrási időszak alatt kivehető a savból. A mérnök az oldott oxigén és a kritikus pitting-hőmérséklet közötti alapvető összefüggéssel elkerüli azt a szokásos csapdát, hogy a titán általános korrózióállósága a forró, tömény sósavra vonatkozik.