Kuris paviršiaus apdorojimas (terminė oksidacija, palyginti su anodavimu) užtikrina mažiausią titano apvalkalo vandenilio pasisavinimą esant aukšto{0}}slėgio CO₂ aplinkoje, kurioje yra 120 laipsnių chloridų pėdsakų?

Anglies dioksido surinkimas ir saugojimas, naftos ir dujų gavyba bei superkritiniai CO2 energijos ciklai yra keletas sričių, kuriose dažnai randama chlorido pėdsakų aukšto slėgio anglies dioksido (CO2) aplinkoje. CO 2 ištirpsta vandenyje esant 120 laipsnių ir 50–200 barų ir susidaro anglies rūgštis (H 2 CO 3 ), kurios pH nukrenta iki 3–4. Vandenilio absorbciją į titano apvalkalus skatina žemas pH, chloridai ir aukšta temperatūra. Paviršiaus apdorojimas, padidinantis pasyvios plėvelės storį ir stabilumą, sumažina vandenilio absorbciją. Terminis oksidavimas (oro kaitinimas 400-600 laipsnių temperatūroje) gauna storą (0,5-2 μm) kristalinį TiO2 sluoksnį su mikroįtrūkimais. Anoduojant (elektrochemiškai oksiduojant) susidaro plonas (0,05–0,2 mm), amorfinis, labai tankus oksidas. Dėl geriausio plėvelės tankio ir homogeniškumo anodavimas užtikrina mažiausią vandenilio įsisavinimą aukšto slėgio CO2 su chloridų pėdsakais.

Vandenilio pasisavinimo paviršiaus oksidais mažinimo mechanizmas

Korozijos procesų metu susidarę vandenilio atomai (2H₂CO₃ + 2e⁻ → H₂ + 2HCO₃⁻) turi difunduoti per oksido sluoksnį į titano metalą. Anoduotas oksidas yra amorfinis, be grūdelių ribų ir itin stechiometrinis (TiO 2 ). Vandenilio difuzija anoduotame TiO2 yra 10-100 kartų mažesnė nei termiškai pagamintame okside, kuriame yra mikro-įtrūkimų, grūdelių ribų ir nestechiometrinių sričių (Ti2O3, TiO). Be to, didesnis anoduotų plėvelių dielektrinis stiprumas sumažina elektroninį laidumą, kuris gali paskatinti vandenilio mažinimą. Terminiai oksidai yra storesni, tačiau dėl šiluminio plėtimosi neatitikimo turi įtrūkimų, kurie užtikrina greitą vandenilio difuzijos kelią.

Kiekybinis vandenilio įsisavinimo greitis įvairiems paviršiams apdoroti

2 laipsnio titano apvalkalų vandenilio įsisavinimo greitis buvo nustatytas atliekant kontroliuojamus bandymus aukšto -slėgio CO2 (100 barų, 120 laipsnių) su 500 ppm chlorido (kaip NaCl) 1000 valandų. Kadangi natūraliu oksidu (2–5 nm) marinuotas paviršius per 1 000 valandų sugeria 80–150 ppm vandenilio, jis netinka ilgalaikiam naudojimui. Oksiduojant 400 laipsnių temperatūroje 2 valandas, gaunamas 0,3–0,5 µm oksidas ir 30–60 ppm vandenilio absorbcija per 1000 valandų. Šiluminė oksidacija 600 laipsnių temperatūroje 2 valandas sukuria 1,0-2,0 µm oksidą, tačiau aušinant susidaro mikro įtrūkimai, todėl sugeriama 20–40 ppm. Anodavimas esant 10 V įtampai 1 % fosforo rūgštyje 10 min. sukuria amorfinę 0,10–0,15 µm plėvelę, kurios sugertis yra 5–15 ppm. 20 minučių anoduojant 30 V įtampoje 0,5 % sieros rūgštyje susidaro 0,20–0,30 µm storio sluoksnis, kurio absorbcija yra 3–8 ppm. Geriausia apsauga yra anodavimas, po kurio 30 minučių uždaroma verdančiame dejonizuotame vandenyje, todėl absorbcija yra mažesnė nei 3 ppm per 1000 valandų.

CO₂ slėgio ir chlorido koncentracijos įtaka gydymo efektyvumui

Vandenilio įsisavinimo greitis didėja didėjant CO2 slėgiui ir chlorido koncentracijai, tačiau santykinis paviršiaus apdorojimo efektyvumas yra panašus. Anoduotų paviršių (30 V) įsiurbimas yra 2–5 ppm esant 50 barų CO₂ ir 100 ppm chlorido, palyginti su 15–25 ppm termiškai oksiduotuose (600 laipsnių). Anoduoti paviršiai 5-10 ppm Terminis oksidavimas 25-40 ppm 100 barų CO2 500 ppm chlorido Anoduotų paviršių kiekis padidėja iki 10-20 ppm, o terminis oksidavimas iki 40-65 ppm esant 200 barų CO 2 ir 500 ppm chlorido. Anoduoti paviršiai sugeria 8-15 ppm su 1000 ppm chlorido esant 100 barų CO2, o terminė oksidacija sugeria 35-55 ppm. Įdomu tai, kad anodavimo nauda yra veiksmingesnė aukštoje temperatūroje (150 laipsnių), nes amorfinė struktūra yra atsparesnė terminiam gedimui nei kristalinis terminis oksidas.

Aukšto slėgio CO₂ priežiūros{0}} paviršiaus apdorojimo pasirinkimo vadovas

Žemiau esančioje lentelėje pateikiami pasiūlymai, kaip pasirinkti 2 laipsnio titano apvalkalų paviršiaus apdorojimą, atsižvelgiant į vandenilio absorbcijos ribas, eksploatavimo laiką ir CO2 slėgį.

Nominal Service Life (hours) CO2 Pressure (bar) Chloride Concentration (ppm) Suggested Surface Treatment Hydrogen Uptake (ppm/1,000h)Pickled just 40–80 10,000 50 500 Thermal oxidation (400°C) 15–30 20,000 100 500 Anodizing (10V) 5–15 20,000 100 1,000 Anodizing (30V) + sealing 3–8 50,000 200 500 Anodizing (30V) + sealing + Grade 7 1–3 10,000 200 2,000Not suitable for Grade 2 >30 (net anoduotas)
Inžinerija ne tik paviršiaus apdorojimo būdui

Vandenilio sorbcijai didelę įtaką daro titano klasė, bet ne paviršiaus apdorojimas. 7 laipsnio (stabilizuotas paladžiu) pradinis vandenilio įsisavinimas yra 3-5 kartus mažesnis nei 2 laipsnio tam tikram paviršiaus apdorojimui dėl paladžio-katalizuojamos vandenilio rekombinacijos. Sienelės storis suteikia vandenilio koncentracijos buferį, o 2,0 mm sienelė su tolygiai paskirstytu 200 ppm vandenilio turi mažesnę hidrido nusodinimo riziką nei 1,0 mm sienelė su tokia pačia koncentracija. Svarbus CO 2 srauto grynumas; deguonies užterštumas vos 10 ppm labai sumažina vandenilio įsisavinimą, skatindamas pasyvų plėvelės stabilumą, taip sumažindamas esminį anodavimo esant deguoniui pobūdį. Periodiškas elektrocheminis vandenilio stebėjimas naudojant kietojo kūno zondą gali būti naudojamas vandenilio kaupimosi eksploatacijos metu stebėjimui.

Specifikacija-Informuota

20 minučių anoduokite esant 30 V įtampai 0,5 % sieros rūgštyje ir 30 minučių uždarykite verdančiame dejonizuotame vandenyje. Titano apvalkalas aukšto slėgio CO₂ 120 laipsnių temperatūroje su chloridų pėdsakais. Lengvomis sąlygomis (CO₂ slėgis < 50 barų, chloridai < 100 ppm) terminė oksidacija 600 laipsnių temperatūroje 2 valandas yra ekonomiškas būdas užtikrinti priimtiną apsaugą. Reikalingiausioms reikmėms (CO2 slėgis didesnis nei 150 barų, chloridai virš 500 ppm, eksploatavimo laikas virš 30 000 valandų) papildomai anodavimui nurodykite 7 klasės titaną. Paleidimas: 24 valandas pasyvuokite šildytuvą de{19}}aeruotame 80 laipsnių vandenyje, kad stabilizuotų anoduotą plėvelę. Vietoj to, inžinierius renkasi anodavimą, o ne terminį oksidavimą, kad sumažintų vandenilio trapumo riziką ir užtikrintų pastovų ilgalaikį veikimą aukšto-slėgio CO 2 sąlygomis.