Για μια ράβδο θερμότητας τιτανίου που λειτουργεί σε διάλυμα ανθρακικού καλίου 50% στους 110 βαθμούς , Πώς το επίπεδο διαλυμένου οξυγόνου (0,5 ppm έναντι. 5 ppm) αλλάζει τη σταθερότητα του στρώματος παθητικοποίησης τιτανικού;

Ένα προστατευτικό στρώμα τιτανικού καλίου (K2TiO3) σχηματίζεται στην επιφάνεια του τιτανίου σε 50% ανθρακικό κάλιο (K2CO3) στους 110 βαθμούς. Ο σχηματισμός τιτανικού εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το διαλυμένο οξυγόνο (DO). Σε χαμηλή DO (0,5 ppm) το στρώμα τιτανικού είναι λεπτό (0,1–0,5 μm) και πορώδες και παρέχει κακή προστασία. Σε υψηλή DO (5 ppm) η επίστρωση είναι παχιά (1-3 pm) και πυκνή, μειώνοντας τον ρυθμό διάβρωσης 5-10 φορές. Το τιτανικό στρώμα σχηματίζεται από την αντίδραση TiO 2 + K 2 O → K 2 TiO 3 όπου το K 2 O παράγεται από την αποσύνθεση του K 2 CO 3 .

Ο μηχανισμός της επίδρασης του διαλυμένου οξυγόνου στο σχηματισμό του στρώματος τιτανικού

Το οξυγόνο είναι απαραίτητο για τη διατήρηση της επιφάνειας του τιτανίου στην παθητική κατάσταση στην οποία μπορεί να αναπτυχθεί το TiO_2. Το TiO2 αντιδρά παρουσία K2CO3 και σχηματίζει K2TiO3. Με έλλειψη οξυγόνου, το στρώμα TiO2 είναι λεπτό και ελαττωματικό και το στρώμα K2TiO3 που σχηματίζεται είναι ομοίως ελαττωματικό. Σε χαμηλό DO το στρώμα περιέχει ρωγμές και πόρους που επιτρέπουν τη συνεχή διάβρωση. Σε υψηλό DO, το στρώμα αυξάνεται ομοιόμορφα και γίνεται προστατευτικό. Στη σταθερή κατάσταση ο ρυθμός διάβρωσης καθορίζεται από τη διέλευση οξυγόνου μέσω της τιτανικής στιβάδας.

Ποσοτικές ιδιότητες στοιβάδας τιτανικού ως συνάρτηση του διαλυμένου οξυγόνου

110 βαθμούς σε 50% K 2 CO 3 για 1.000 ώρες έχει αποδείξει τα ακόλουθα σε ελεγχόμενες δοκιμές για τιτάνιο Βαθμού 2. Σε 0 ppm DO (απαερωμένο) το πάχος του στρώματος τιτανικού είναι 0,05-0,1 μm, ο ρυθμός διάβρωσης 0,15-0,30 mm/έτος και η σκοτεινή πορώδης επιφάνεια. Σε 0,5 ppm DO, το πάχος είναι 0,1-0,3 μm, ο ρυθμός διάβρωσης είναι 0,08-0,15 mm/έτος και η επιφάνεια είναι γκρίζα με μέτριο πορώδες. Το πάχος είναι 0,5–1,0 μm. Ο ρυθμός διάβρωσης είναι 0,03–0,08 mm ετησίως. Η επιφάνεια είναι ανοιχτό γκρι με 2 ppm DO. Σε 5 ppm DO, το πάχος είναι 1,0-2,0 μm, ο ρυθμός διάβρωσης είναι 0,01-0,03 mm/έτος και η επιφάνεια είναι φωτεινή και προστατευμένη. Στα 10 ppm DO το πάχος είναι 2,0–3,0 μm, ο ρυθμός διάβρωσης είναι 0,005–0,015 mm ετησίως και η επιφάνεια είναι φωτεινή και σταθερή.

Επίδραση της θερμοκρασίας στη ζήτηση διαλυμένου οξυγόνου

Με την αύξηση της θερμοκρασίας, αυξάνεται το ελάχιστο DO που απαιτείται για σταθερή παθητικοποίηση. Το ελάχιστο DO στους 80 βαθμούς για σταθερό στρώμα παθητικοποίησης (ρυθμός διάβρωσης<0.02 mm per year) is 1 ppm. The minimum is 2ppm at 100°C. At 110°C the minimum is 3ppm. The minimum is at 120 °C (4 ppm). 5 ppm, 130°C. The DO for a safety margin should be 2–3 times the minimum.

Οδηγός για τη διαχείριση των επιπέδων διαλυμένου οξυγόνου σε θερμαντήρες ανθρακικού καλίου

Οι συστάσεις για επίπεδα διαλυμένου οξυγόνου σε 50% K2CO3 στους 110 βαθμούς για θερμαντήρες τιτανίου Βαθμού 2 και Βαθμού 7 δίνονται στον παρακάτω πίνακα.

Μετρημένη DO (ppm) Σταθερότητα στρώματος τιτανικού Αναμενόμενος ρυθμός διάβρωσης (mm ετησίως) Συνιστώμενη δράση:5 Άριστα 0,005 έως 0,015 Κανένα 3-5Καλό 0,01–0,03 Εβδομαδιαία οθόνη 2-3 Οριακός 0,083 ή αέρας. 0,08-0,15 Αύξηση αερισμού
0.5 - 1 Ασταθής 0.15 - 0.30 Επανασχεδιασμός. προσθέστε οξειδωτικό<0.5 Very unstable >0,30 Μη αποδεκτό
Engineering Beyond DO

Η ποιότητα τιτανίου επηρεάζει την απαραίτητη DO. Ο βαθμός 7 (σταθεροποιημένο με παλλάδιο) δημιουργεί ένα σταθερό στρώμα τιτανικού σε χαμηλότερα επίπεδα DO (1-2 ppm στους 110 C) λόγω της μείωσης του οξυγόνου που καταλύεται από το παλλάδιο. Το επίπεδο Grade 12 είναι για ενδιάμεση βελτίωση. Το πάχος του τοιχώματος παρέχει περιθώριο διάβρωσης. Η διάβρωση 0,03 mm/έτος σε τοίχο 2,0 mm διαρκεί για 60 χρόνια. Η συγκέντρωση του K2CO3 επηρεάζει την παθητικοποίηση και το χαμηλότερο απαραίτητο DO παρατηρείται στο 40% K2CO3. Η ανάγκη DO αυξάνεται κατά 1-2 ppm λόγω της παρουσίας χλωριδίων στο διάλυμα K 2 CO 3 (από ακαθαρσίες).

Κάνοντας μια ενημερωμένη εικασία

For titanium heat rod in 50% K₂CO₃ at 110°C, ensure dissolved oxygen >5 ppm με ψεκασμό αέρα ή έγχυση οξυγόνου. Προσθέστε τον αισθητήρα DO με ξυπνητήρι ρυθμισμένο στις 4 σελ/λεπτό και κλειδαριά στις 3 σελ/λεπτό. Για υπάρχοντα συστήματα με DO < 3 ppm, εγκαταστήστε ένα sparger ή αυξήστε τον ρυθμό αερισμού . Εάν ο αερισμός δεν είναι δυνατός, αραιώστε το K2CO3 στο 40% ή χαμηλώστε τη θερμοκρασία στους 100 βαθμούς. Ο μηχανικός ελέγχει το διαλυμένο οξυγόνο πάνω από 5 ppm για να προωθήσει ένα σταθερό, προστατευτικό στρώμα τιτανικού καλίου και να ελαχιστοποιήσει τη διάβρωση.