Atliekų deginimo įrenginiuose, kuriuose tvarkomi druskos rūgšties garai, kuris titano lydinys (Ti-0,15Pd ir Ti-0,3Mo-0,8Ni) pasižymi puikiu atsparumu plyšių korozijai?

Atliekų deginimo įrenginio šlapias skruberis yra aukštos{0}}temperatūros degimo dujų ir korozinių skysčių sugėrimo sistemų sąsajoje. Vandenilio chlorido rūgšties garai, susidarę deginant chloruotą plastiką ir kitas atliekas, kondensuojami į 5-15% HCl tirpalą 60-80oC temperatūroje. Titano lydiniai dažnai pasirenkami ploviklio vidinėms dalims, tokioms kaip purškimo antgaliai, rūko šalintuvai ir šildytuvo vamzdeliai. Dažniausias gedimo būdas yra plyšinė korozija vamzdžių ir lakštų sandūrose, po tarpikliais ir po kietomis nuosėdomis. Yra du titano lydiniai, kurie pretenduoja į šią paslaugą, 7 klasės (Ti-0,15Pd) ir 12 klasės (Ti-0,3Mo-0,8Ni), ir jie siūlo skirtingus atsparumo plyšinei korozijai metodus. Šiame darbe įvertinamas lydinių veikimas vandenilio chlorido rūgšties plovimo sąlygomis ir nustatoma, kuris lydinys užtikrina geresnę apsaugą nuo įtrūkimų.

Plyšinės korozijos mechanizmas HCl šveitikliuose
Plyšyje – dažniausiai 0,1–0,5 mm tarpas tarp titano vamzdžio ir PTFE tarpiklio arba tarp vamzdžio ir valcuoto vamzdžio lakšto – cheminė sudėtis labai skiriasi nuo tūrinio plovimo skysčio. Katodiniai procesai plyšyje greitai išeikvoja deguonį. Nesant deguonies, titanas anodiškai ištirpsta ir susidaro Ti3+ ir Ti4+ jonai, kurie hidrolizuojasi į HCl, nuolat mažindami plyšio pH. Masiniame skruberyje su 10% HCl pH gali būti mažesnis nei 0, kai pH yra maždaug 0,5. Didelio chlorido kiekio, žemo pH ir riboto masės pernešimo derinys sukuria autokatalizinę aplinką, kuri sukelia greitą plyšių koroziją, kai tik ji prasideda.

Lydinio atsparumas šiam poveikiui apibrėžiamas pagal kritinę plyšio temperatūrą (CCT) ir kritinio plyšio potencialą (CCP). CCT yra maksimali temperatūra, kuriai esant standartizuotas plyšių mazgas (ASTM G78) gali būti panardintas 72 valandoms be akivaizdaus plyšio atakos. CCP yra slenkstis, kurį viršijus esant tam tikrai temperatūrai ir chlorido koncentracijai plyšys neprasideda.

7 klasė: paladžio stabilizuotas pasyvavimas
7 klasės titane yra 0,12-0,25 % paladžio – tauriojo metalo, kuris yra puiki katodinė vieta vandenilio išsiskyrimui ir deguonies redukcijai. Deguonies -stokojančioje plyšio aplinkoje paladis katalizuoja vandenilio jonų (2H+ + 2e- → H2) redukciją esant mažesniam potencialui nei pats titanas. Ši katodinė reakcija sureguliuoja plyšio potencialą kilnia kryptimi ir taip padeda išlaikyti pasyvią plėvelę net esant žemam pH, deguonies badui.

7 laipsnio CCT 10% HCl esant 70 °C temperatūrai yra maždaug 65 °C -, ty įtrūkimų ataka neprasideda žemiau 65 °C standartinėmis bandymo sąlygomis. Plyšio ataka vyksta 100-200 valandų 75 laipsnių temperatūroje. 7 laipsnis atitinka arba šiek tiek žemesnis už 60–70 laipsnių ploviklio CCT, o tai užtikrina mažą, bet funkcinę saugos ribą.

12 klasė: Mo-Ni Power-Up
12 klasės titane yra 0,2-0,4% molibdeno ir 0,6-0,9% nikelio. Priešingai nei paladis, kuris keičia katodinį procesą, molibdenas yra praturtintas pasyviojoje plėvelėje kaip molibdato rūšys (MoO₄²⁻), kurios trukdo chlorido jonų įsiskverbimui ir sumažina anodinio tirpimo greitį. Nikelis padidina pasyviosios plėvelės stabilumą redukuodamas rūgštis ir padeda pakartotinai pasisavinti po mechaninio plėvelės pažeidimo. Dėl šio derinio gaunama elastingesnė pasyvioji plėvelė, atspari skilimui net esant agresyviai plyšių chemijai.

12 laipsnio CCT yra maždaug 80 laipsnių 10% HCl esant 70 laipsnių temperatūrai, o tai yra daug aukštesnė nei 7 laipsnio. Padidėjęs veikimas siejamas su tuo, kad dėl molibdeno -nikelio pridėjimo padidėja vidinis pasyviosios plėvelės stabilumas, o ne tauriųjų metalų katalizė, kuri gali būti sutrikdyta, kai vyraujanti katodinė reakcija yra vandenilio išsiskyrimas.

Deginimo krosnies valytuvo našumo palyginimas
Duomenys, gauti iš atliekų deginimo įrenginių skruberių, veikiančių 65-70 laipsnių temperatūroje su 8–12 % HCl, parodė aiškius skirtumus tarp dviejų lydinių. 7 klasės vamzdžiai, pašalinti po 5 metų eksploatavimo, rodo negilius plyšius (0,1–0,3 mm gylio) valcuotų vamzdžių jungtyse ir po tarpinėmis. Kai kurios 7 klasės instaliacijos buvo perforuotos per plyšį 7–8 metus. Esant tokioms pačioms sąlygoms, 12 laipsnio vamzdeliuose po 5 metų reikšmingo įtrūkimų nepastebėta, o po 8–10 metų – tik minimalus paviršiaus ėsdinimas (0,05 mm).

12 laipsnio pranašumas ypač akivaizdus skruberiuose, kuriuose yra temperatūros problemų, . 75-80 laipsnio ekspozicija ilgą laiką sukelia ataką 7 laipsnio plyšiuose, kurie per mėnesius gali išaugti iki 0,5 mm gylio. 12 klasė tokioje temperatūroje yra gana nepaveikiama.

Deginimo įrenginio šveitimo titano lydinio taikymo matrica
Valytuvo eksploatavimo sąlygos HCl koncentracija (rekomenduojamas lydinio temperatūros diapazonas Numatytas plyšys{0}}nemokamas tarnavimo laikas
Nuolatinis veikimas, stabili temperatūra 5–10 % 55–65 laipsniai 7 5-7 metų laipsnis
Nepertraukiamas darbas, pastovi temperatūra 10-15 % 55-65 laipsniai 12 8-10 metų laipsnis
Kintamos veikimo temperatūros pokyčiai iki 75 laipsnių nuo 5 iki 10 % nuo 60 iki 75 laipsnių nuo 12 6 iki 8 metų
Daug chloro atliekų, dažnai ekskursijos 10-15% 65-80 laipsnių 12 klasė (min.) 5-7 metai
Bet kuri paslauga, kurioje yra didelių kietų indėlių Bet koks 12 laipsnio indėlis padidina įtrūkimų riziką; teikia pirmenybę 12 klasei
Nauja konstrukcija, 10 metų projektinis tarnavimo laikas 5-15 % 60-70 laipsnių Klasė 12 10+ metai
Išvada dėl deginimo įrenginio ploviklio specifikacijos
Atliekų deginimo įrenginių šlapiuose skruberiuose, kuriuose numatoma 60-80 laipsnių druskos rūgšties garų temperatūra, 12 laipsnio titanas (Ti-0,3Mo-0,8Ni) yra geresnis nei 7 laipsnio (Ti-0,15 Pdcre atsparumas korozijai). Anodinis molibdeno-nikelio slopinimas pagerina pasyviosios plėvelės stabilumą ir lemia kritinę plyšio temperatūrą, maždaug 15 laipsnių aukštesnę nei 7 laipsnio. Įprasta plovimo temperatūra yra 65-70 laipsnių su 10 % HCl. 12 klasė tarnaus be įtrūkimų 8–10 metų, tačiau 7 klasė pradės rodyti ataką po 5–7 metų. 12 klasė: pirmenybė teikiama naujiems įrengimams arba pakeitimams, kuriems reikalingas 10 metų eksploatavimo laikas, bet kainuoja šiek tiek daugiau (apie 15–20 % daugiau nei 7 klasė). 7 klasė vis dar tinka žemesnės temperatūros skruberiams (55–65 laipsniai) arba jei pagrindinis apribojimas yra pradinės kapitalo sąnaudos, tačiau 12 klasė turėtų būti nurodyta, kai ploviklio temperatūra gali būti didesnė nei 65 laipsniai arba kai chlorido kiekis viršija 10%. Pirkdami paprašykite ASTM B338 12 klasės vamzdžių su marinuotais paviršiais ir suvirintomis (ne valcuotomis) vamzdžių ir lakštų jungtimis, kad pašalintumėte įtrūkimus vamzdelio ir vamzdelio jungtyse ir pailgintumėte tarnavimo laiką.