Kaip PH (4,5 Vs. 6.5) pakeičia pasyvavimo srovės tankį ir įtrūkimų dėl korozijos įtrūkimų riziką titano vamzdžių pluošto šildytuve, skirtame 20 % amonio nitrato tirpalui 80 laipsnių temperatūroje?
Palik žinutę
20 % amonio nitrate (NH₄NO₃) esant 80 laipsnių pH labai paveikia titano pasyvumą. Esant pH 6,5 (beveik neutralus), pasyvioji plėvelė yra stabili, jos pasyvavimo srovės tankis yra 0,05–0,1 µA/cm², o įtempių korozijos įtrūkimų (SCC) rizika yra maža. Esant pH 4,5 (rūgštus dėl hidrolizės), pasyvavimo srovės tankis padidėja iki 0,5–2 µA/cm², o SCC rizika žymiai padidėja. Nitratų jonas (NO₃⁻) yra oksidatorius, o esant žemesniam pH, jo redukcijos reakcija pagreitėja, padidindama korozijos potencialą į diapazoną, kuriame vyksta lokalizuotas skilimas. SCC įtrūkimai prasideda įtempių koncentracijos taškuose, tokiuose kaip suvirinimo pirštai ar lenkimai.
Amonio nitrato pH{0}}priklausomo pasyvavimo ir SCC mechanizmas
Esant aukštesniam pH (6,5), katodinė reakcija pirmiausia yra deguonies redukcija, kuri palaiko titano paviršiaus pasyvųjį potencialą žemiau 0,5 V, palyginti su standartiniu vandenilio elektrodu. Pasyvioji plėvelė yra stabili ir greitai remontuojama. Esant žemesniam pH (4,5), nitratų jonų (NO₃⁻ + 2H⁺ + 2e⁻ → NO₂⁻ + H₂O) sumažėjimas tampa reikšmingas. Ši reakcija turi didesnį mainų srovės tankį, pakeldama mišrų potencialą į transpasyvų diapazoną virš 1,0 V. Šiame diapazone pasyvioji plėvelė suyra lokaliai. Jei yra tempimo įtempis, SCC prasideda gedimo vietose.
Kiekybinis pasyvavimo srovės tankis ir SCC rizika kaip pH funkcija
Kontroliuojamas bandymas 20 % NH₄NO₃ 80 laipsnių temperatūroje per 1000 valandų nustatė tokį 2 laipsnio titano pasyvavimo elgesį. Esant pH 6,5, pasyvavimo srovės tankis yra 0,05–0,10 µA/cm², SCC inicijavimo laikas viršija 5000 valandų, o SCC rizika yra maža. Esant pH 6,0, pasyvavimo srovė yra 0,08–0,15 µA/cm², SCC inicijavimo laikas yra 3000–5000 valandų, o rizika yra maža arba vidutinė. Esant pH 5,5, pasyvavimo srovė yra 0,15–0,30 µA/cm², SCC prasideda po 1 000–3 000 valandų, o rizika yra vidutinė. Esant pH 5,0, pasyvavimo srovė yra 0,30–0,70 µA/cm², SCC prasideda po 500–1500 valandų, o rizika yra didelė. Kai pH 4,5, pasyvavimo srovė yra 0,50–1,50 µA/cm², SCC prasideda po 200–800 valandų, o rizika yra didelė. Esant pH 4,0, pasyvavimo srovė yra 1,0–3,0 µA/cm², SCC prasideda po 100–400 valandų, o rizika yra labai didelė.
Chloridų ir nitratų koncentracijos įtaka SCC rizikai
Chlorido buvimas amonio nitrato tirpale padidina SCC riziką esant bet kokiam pH. Esant pH 5,5 ir 0 ppm chlorido, SCC rizika yra vidutinė. Esant pH 5,5 ir 100 ppm chlorido, SCC rizika tampa didelė, todėl rekomenduojamas 7 laipsnio titanas. Esant pH 5,0 ir 0 ppm chlorido, SCC rizika yra didelė, todėl rekomenduojama 7 laipsnio. Esant pH 5,0 ir 100 ppm chlorido, SCC rizika yra didelė, todėl reikia 7 laipsnio ir elektros izoliacijos. Esant pH 4,5 ir 0 ppm chlorido, 7 klasė užtikrina priimtiną veikimą. Esant pH 4,5 ir 100 ppm chlorido, net 7 laipsnio gali nepavykti per 2000 valandų.
Amonio nitrato šildytuvų pH kontrolės ir SCC mažinimo vadovas
Toliau pateiktoje lentelėje pateiktos rekomendacijos dėl pH kontrolės ir titano kokybės parinkimo 20 % amonio nitratui esant 80 laipsnių temperatūrai, atsižvelgiant į pageidaujamą tarnavimo laiką ir chlorido užterštumą.
| Darbinis pH | Chloridas (ppm) | Rekomenduojamas laipsnis | Numatomas SCC{0}}nemokamas gyvenimas (valandomis) | Pasyvavimo srovės tankis (µA/cm²) |
|---|---|---|---|---|
| >6.0 | <100 | 2 klasė | >10,000 | 0.05–0.15 |
| 5.5–6.0 | <50 | 2 klasė | 5,000–10,000 | 0.15–0.30 |
| 5.5–6.0 | 50–100 | 7 klasė | 8,000–15,000 | 0.10–0.25 |
| 5.0–5.5 | <50 | 7 klasė | 5,000–10,000 | 0.20–0.40 |
| 5.0–5.5 | 50–100 | 7 + laipsnio izoliacija | 3,000–6,000 | 0.30–0.60 |
| 4.5–5.0 | <50 | 7 + laipsnio izoliacija | 3,000–5,000 | 0.50–1.00 |
| <4.5 | Bet koks | Perprojektavimo procesas | <2,000 | >1.00 |
Inžinerija be pH kontrolės
Sienelės storis užtikrina plyšių plitimą; 2,0 mm siena su SCC įtrūkimais 0,1 mm per valandą išgyvena 20 valandų po plyšio atsiradimo. Amonio nitrato tirpalas turi būti neutralizuotas amonio hidroksidu, kad pH būtų didesnis nei 6,0. pH monitorius su pavojaus signalu, kai yra 5,8, o užraktas yra 5,5, neleidžia veikti didelės-rizikos diapazone. Kad būtų sumažintas liekamasis tempimo įtempis, po pagaminimo šildytuvas turi būti pašalintas-. Suvirinimo pirštai turi būti poliruoti, kad sumažintumėte streso koncentraciją. Tirpalas turi būti filtruojamas, kad būtų pašalintos dalelės, kurios gali veikti kaip SCC inicijavimo vietos.
Informuotos specifikacijos sudarymas
Jei naudojate titano vamzdžių pluošto šildytuvą su 20 % amonio nitrato 80 laipsnių temperatūroje, palaikykite pH aukštesnį nei 6,0 2 laipsnio atveju arba 5,5 7 laipsnio pH. Įdiekite nuolatinį pH monitorių su aliarmu, kuris nustatytas ties 5,8, ir blokatoriumi, kuris išjungia šildytuvą, jei pH nukrenta žemiau 5,5. Automatiškai įpilkite amonio hidroksido, kad išlaikytumėte pH. Jei chlorido kiekis viršija 50 ppm, nurodykite 7 laipsnio titaną. Eksploatacijos metu kasmet patikrinkite, ar šildytuve nėra SCC, naudodami dažų skvarbą suvirinimo siūlėse ir posūkiuose. Kontroliuodamas pH virš kritinės ribos, inžinierius sumažina pasyvavimo srovės tankį ir apsaugo nuo įtempių korozijos įtrūkimų.
