Πώς η υπολειμματική μόλυνση άνθρακα από το λιπαντικό έλξης (0,05 mg/cm² έναντι. 0.5 mg/cm²) μετατοπίζει την κρίσιμη θερμοκρασία διάτρησης ενός θερμαντήρα τιτανίου σε 1% HCl στους 70 βαθμούς;

Η υπολειμματική μόλυνση με άνθρακα των σωλήνων θέρμανσης τιτανίου από λιπαντικά έλξης χλωριωμένης παραφίνης είναι ένα κοινό πρόβλημα παραγωγής. Όταν ο θερμαντήρας τοποθετηθεί σε υδροχλωρικό οξύ 1% στους 70 βαθμούς, το υπόλειμμα άνθρακα αποσυντίθεται οξειδωτικά σε τοπικά σημεία, δημιουργώντας συνθήκες μείωσης που οδηγούν στη διάσπαση του παθητικού φιλμ. Η κρίσιμη θερμοκρασία διάτρησης (CPT), η οποία είναι η θερμοκρασία στην οποία ξεκινά η σταθερή διάνοιξη, μειώνεται με την αύξηση της επιφανειακής μόλυνσης από άνθρακα. Για μια καθαρή επιφάνεια που περιέχει 0,05 mg/cm$^2$ άνθρακα, το CPT είναι περίπου 75 μοίρες σε 1% HCl, δίνοντας ένα περιθώριο ασφαλείας περίπου 70 μοιρών. Για μια μολυσμένη επιφάνεια με 0,5 mg/cm2 άνθρακα, το CPT μειώνεται σε 50–55 μοίρες που σημαίνει ότι το τρύπημα εμφανίζεται σε κανονικές θερμοκρασίες λειτουργίας 70 μοιρών.

Μηχανισμός άνθρακα-Προκαλούμενη μείωση της κρίσιμης θερμοκρασίας διάτρησης

Σε υψηλές θερμοκρασίες, ο υπολειμματικός άνθρακας συνδυάζεται με ίχνη οξυγόνου ή νερού για να παράγει μονοξείδιο του άνθρακα και διοξείδιο του άνθρακα. Αυτή η αντίδραση χρησιμοποιεί οξυγόνο στην επιφάνεια του τιτανίου, παράγοντας ένα τοπικά αναγωγικό περιβάλλον. Η αποικοδόμηση της παθητικής επίστρωσης από TiO 2 σε Ti 2 O 3 ή ακόμα και σε μεταλλικό τιτάνιο μειώνει το δυναμικό διάτρησης. Τα σωματίδια άνθρακα χρησιμοποιούνται επίσης ως θέσεις ρωγμών για τη συγκέντρωση χλωριδίων. Το συνδυασμένο αποτέλεσμα προκαλεί μείωση 15-25 μοιρών του CPT σε μέτρια επίπεδα ρύπανσης. Η μετατόπιση κλιμακώνεται σχεδόν λογαριθμικά με τη φόρτωση άνθρακα, με κάθε δεκαετία αυξανόμενης ρύπανσης από άνθρακα να μειώνει το CPT κατά 10-15 βαθμούς Κελσίου.

Ποσοτική διακύμανση της κρίσιμης θερμοκρασίας διάτρησης με περιεκτικότητα σε άνθρακα

Οι τιμές CPT τιτανίου βαθμού 2 έχουν προσδιοριστεί με ελεγχόμενη ποτενσιοστατική δοκιμή σε απαερωμένο 1% HCl με ποικίλες ποσότητες επιφανειακού άνθρακα. Το CPT είναι 75-80 μοιρών με μόλυνση από άνθρακα < 0,05 mg/cm2 (καθαρισμένο σωστά) και ασφαλή λειτουργία στους 70 βαθμούς χωρίς τρύπημα μετά από 1.000 ώρες. Με άνθρακα στα 0,05-0,10 mg/cm2 το CPT πέφτει στους 65-70 βαθμούς. η οριακή λειτουργία στις 70 μοίρες έχει ως αποτέλεσμα την εκκίνηση των κοιλωμάτων μετά από 200-500 ώρες. Σε 0,10-0,25 mg/cm2 άνθρακα, το CPT είναι 55-65 μοίρες, το κοίλωμα εμφανίζεται στις 70 μοίρες σε 50-200 ώρες και το βάθος του κοιλώματος είναι 0,1-0,3 mm σε 500 ώρες. Σε 0,25–0,50 mg/cm2 άνθρακα, η CPT μειώνεται στους 45–55 μοίρες και στις 70 μοίρες η γρήγορη διάνοιξη εμφανίζεται εντός 10–50 ωρών με σοβαρή προσβολή. Εάν υπάρχει ορατό υπόλειμμα και ο άνθρακας είναι πάνω από 0,50 mg/cm², η CPT είναι κάτω από 40 μοίρες και η διάνοιξη εμφανίζεται αμέσως στους 70 βαθμούς.

Επίδραση της συγκέντρωσης HCl στη μετατόπιση CPT που προκαλείται από άνθρακα

Το μέγεθος της μετατόπισης του CPT εξαρτάται από τη συγκέντρωση HCl-. Για 0,5% HCl, η CPT είναι 90 μοίρες για καθαρή επιφάνεια και 70 μοίρες για επιφάνεια με 0,25 mg/cm2 άνθρακα, μετατόπιση 20 μοιρών. Σε 1,0% HCl, το καθαρό CPT είναι 78 μοίρες και το μολυσμένο CPT είναι 58 μοίρες, άλλη αλλαγή 20 μοιρών. Σε 2,0% HCl, το καθαρό CPT είναι 65 μοίρες και το μολυσμένο CPT είναι 45 μοίρες, μια μετατόπιση 20 μοιρών και πάλι. Το καθαρό CPT είναι 55 μοίρες σε 3,0 % HCl ενώ το μολυσμένο CPT είναι 35 μοίρες, μια αλλαγή 20 μοιρών. Η ομοιόμορφη μετατόπιση 20 μοιρών στο εύρος των συγκεντρώσεων δείχνει ότι η επίδραση της ρύπανσης από άνθρακα στο απόλυτο CPT είναι μια σταθερή μετατόπιση και όχι μια σχετική μετατόπιση.

Όρια μόλυνσης από άνθρακα και επικύρωση καθαρισμού για υπηρεσία HCl 70 μοιρών

Ο παρακάτω πίνακας δείχνει τις μέγιστες ποσότητες μόλυνσης από άνθρακα που μπορούν να λειτουργήσουν με ασφάλεια στους 70 βαθμούς σε 1% HCl, με συνιστώμενες μεθόδους καθαρισμού και δοκιμές επαλήθευσης.

Στόχος η διάρκεια ζωής στους 70ºC Δοκιμή επαλήθευσης για την απαιτούμενη μέθοδο καθαρισμού Μέγιστος επιτρεπόμενος άνθρακας (mg/cm2) 5 χρόνια<0.05Alkaline clean, ultrasonic, and vapor degreaseSolvent extraction + gravimetric 2-5 years <0.10Vapor degrease + alkaline washWater break test (continuous film)
1-2 χρόνια<0.15Visual inspection (no smears) Vapor degreasing solely
<1 year (intermittent) <0.25 Solvent wipe None
Not acceptable >0,25 Reclean N/A
Engineering Beyond Carbon Removal and the Grade Election

Η μετατόπιση CPT από τη μόλυνση του άνθρακα επηρεάζεται από την ποιότητα τιτανίου. Ο βαθμός 7 (-σταθεροποιημένο παλλάδιο) έχει CPT 15–20 μοιρών βάσης υψηλότερο από τον Βαθμού 2, επομένως ένας μολυσμένος θερμαντήρας Βαθμού 7 με 0,25 mg/cm2 άνθρακα έχει CPT ~65 μοιρών, ο οποίος εξακολουθεί να λειτουργεί κάτω από 70 μοίρες. Άρα ο βαθμός 7 δεν εξαλείφει τον κίνδυνο, δίνει ένα περιθώριο. Το CPT δεν επηρεάζεται από το πάχος του τοιχώματος αλλά επηρεάζεται η διάρκεια για τη διάδοση του λάκκου. Ένα πάχος τοιχώματος 2,0 mm με διάτρηση με ρυθμό 0,1 mm ανά ώρα θα επιβίωσε για 20 ώρες, επιτρέποντας την ανίχνευση. Η μόλυνση από άνθρακα μπορεί να εξαλειφθεί με καθαρισμό πλάσματος ή ψήσιμο σε κενό στους 300 βαθμούς για 2 ώρες, γεγονός που μειώνει τον άνθρακα κάτω από 0,01 mg/cm². Η εκχύλιση με διαλύτη ASTM F331 είναι η πιο ισχυρή μέθοδος για τη μέτρηση του υπολειμματικού άνθρακα.

Μια ενημερωμένη προδιαγραφή

Απαιτείται μέγιστη υπολειμματική μόλυνση άνθρακα 0,05 mg/cm2 (εκχύλιση με διαλύτη ASTM F331) για θερμαντήρα τιτανίου σε 1% HCl στους 70 βαθμούς. Καθορίστε μια διαδικασία καθαρισμού: απολίπανση ατμού με τριχλωροαιθυλένιο ή εναλλακτικό αποδεκτό διαλύτη, αλκαλικός καθαρισμός στους 60 βαθμούς για 10 λεπτά, καθαρισμός με υπερήχους σε απιονισμένο νερό και στέγνωμα σε καθαρό και φιλτραρισμένο αέρα. Για σημαντικές εφαρμογές, καθορίστε μια δοκιμή επαλήθευσης μετά τον καθαρισμό: Βυθίστε ένα κουπόνι δείγματος σε 1% HCl στους 70 βαθμούς για 168 ώρες και εξετάστε για σκασίματα κάτω από 50× mag. απορρίψτε την παρτίδα εάν παρατηρηθούν λάκκοι. Εάν το επίπεδο άνθρακα είναι άγνωστο στις υπάρχουσες θερμάστρες, κάντε μια δοκιμή θραύσης νερού μετά τον καθαρισμό. Εάν το νερό δεν σχηματίζει συνεχές φιλμ στην επιφάνεια, πρέπει να καθαριστεί ξανά. Ο μηχανικός ελέγχει την υπολειμματική μόλυνση από άνθρακα στα 0,05 mg/cm2, έτσι ώστε η κρίσιμη θερμοκρασία σκασίματος να είναι πάνω από 70 βαθμούς για να αποφευχθεί η πρόωρη διάνοιξη σε υπηρεσία αραιού υδροχλωρικού οξέος.