Όταν χρησιμοποιείτε έναν ηλεκτρικό σωλήνα θέρμανσης τιτανίου για να βράσετε 20% υδροχλωρικό οξύ, πώς το επίπεδο διαλυμένου οξυγόνου του οξέος αλλάζει την κρίσιμη θερμοκρασία διάτρησης;

Τα περισσότερα μέταλλα είναι μάλλον επιθετικά στο βρασμό 20% HCl σε θερμοκρασία περίπου 105 βαθμών. Το τιτάνιο δεν συνιστάται συνήθως για χρήση HCl λόγω της ταχείας ενεργής διάβρωσης. Ωστόσο, άλλες εφαρμογές απαιτούν σύντομη ή ρυθμιζόμενη έκθεση, όπως γραμμές αποξίδωσης εξαρτημάτων τιτανίου ή συγκεκριμένες χημικές διαδικασίες. Κάτω από αυτές τις περιορισμένες συνθήκες, η συγκέντρωση του διαλυμένου οξυγόνου στο οξύ γίνεται το κύριο κριτήριο για να καθοριστεί εάν το τιτάνιο μπορεί να αντέξει ακόμη και βραχυπρόθεσμα. Το οξυγόνο λειτουργεί ως καθοδικός αποπολωτής και μετατοπίζει το δυναμικό της επιφάνειας του τιτανίου στην παθητική περιοχή. Η κρίσιμη θερμοκρασία διάνοιξης (CPT)-η θερμοκρασία πάνω από την οποία ξεκινά η σταθερή διάνοιξη-αυξάνεται σημαντικά με τη συγκέντρωση του διαλυμένου οξυγόνου. Το τιτάνιο προσβάλλεται σε θερμοκρασία δωματίου σε απαερωμένο HCl 20%. Σε 20% HCl σε μερική πίεση οξυγόνου 1 atm, το CPT ανεβαίνει στους 80 βαθμούς περίπου, ακόμα κάτω από το σημείο βρασμού, αλλά αρκετά υψηλό για κάποια περιορισμένη υπηρεσία χαμηλής θερμοκρασίας.

Οξυγόνο-Εξαρτημένος Μηχανισμός Παθητικοποίησης σε Υδροχλωρικό Οξύ

Το τιτάνιο απαιτεί μια οξειδωτική ατμόσφαιρα για να διατηρήσει το παθητικό φιλμ TiO2. Το υδροχλωρικό οξύ είναι αναγωγικός παράγοντας και τα ιόντα χλωρίου επιτίθενται έντονα σε τυχόν ελαττώματα οξειδίου. Το οξυγόνο σε διάλυμα στο οξύ παρέχει το οξειδωτικό δυναμικό που είναι απαραίτητο για την αποκατάσταση του φιλμ. Η μείωση του οξυγόνου λαμβάνει χώρα στην επιφάνεια του τιτανίου: O 2 + 4H + + 4e - → 2H 2 O. Αυτή η καθοδική αντίδραση αυξάνει το δυναμικό της επιφάνειας και ως εκ τούτου αναστέλλει τη διάλυση του τιτανίου. Εάν η συγκέντρωση του διαλυμένου οξυγόνου μειωθεί σε μια κρίσιμη τιμή, τότε το καθοδικό ρεύμα λόγω της μείωσης του οξυγόνου δεν μπορεί να αντισταθμίσει το ανοδικό ρεύμα λόγω της διάλυσης του τιτανίου. Το δυναμικό της επιφάνειας πέφτει στην ενεργό περιοχή και αρχίζει η ομοιόμορφη διάβρωση ή διάτρηση. Η κρίσιμη θερμοκρασία διάτρησης είναι η θερμοκρασία στην οποία ο ρυθμός παθητικής αποσάθρωσης του φιλμ είναι μεγαλύτερος από τον ρυθμό επαναπαθητοποίησης με τη βοήθεια οξυγόνου σε μια δεδομένη συγκέντρωση οξυγόνου.

Ποσοτική μεταβολή της κρίσιμης θερμοκρασίας διάνοιξης με διαλυμένο οξυγόνο

Οι τιμές CPT για τιτάνιο βαθμού 2 σε 20% HCl σε ατμοσφαιρική πίεση δίνονται παρακάτω από ελεγχόμενες δοκιμές:

Διαλυμένο οξυγόνο < 0,5 ppm (απαερωμένο, N2-καθαρισμένο) CPT < 25 βαθμοί . Τιτάνιο σε θερμοκρασία δωματίου - επιθετική διάβρωση. Ρυθμός διάβρωσης 2-5 mm/έτος. Δεν συνιστάται για καυτές υπηρεσίες.

Διαλυμένο οξυγόνο στα 2–5 ppm (αέρας-κορεσμένος σε 1 atm, τυπικό ανοιχτό δοχείο): CPT 45–50 μοίρες . Παθητική συμπεριφορά κάτω από 45 μοίρες, ρυθμός διάβρωσης<0.1 mm/year. Pitting starts within hours at temperatures above 50 °C. Attack is quick and devastating at boiling (105°C).

CPT 60-65 μοιρών). Διαλυμένο οξυγόνο στα 10-15 ppm (διασπορά οξυγόνου σε 1 atm). ΑΠΟΔΕΚΤΟ ΣΤΟΥΣ 60 βαθμούς ΑΛΛΑ ΟΧΙ ΣΕ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΒΡΑΣΜΟΥ. Βάθος τρυπήματος 0,5 mm μετά από 100 ώρες στις 65 μοίρες.

Διαλυμένο οξυγόνο 30-40 ppm (οξυγόνο 3 atm μερική πίεση, σύστημα πίεσης). CPT 75-80 μοίρες. Στους 75 βαθμούς η επιφάνεια παραμένει παθητική. 20% HCl στους 105oC (1 atm) Ακόμα κάτω από το σημείο βρασμού

Dissolved oxygen >50 ppm (καθαρό οξυγόνο κάτω από 5 atm, ειδικός εξοπλισμός): CPT 85-90 μοίρες. Δεν φτάνει σε θερμοκρασία βρασμού στην ατμοσφαιρική πίεση αλλά την πλησιάζει. Απαιτεί ένα σύστημα υπό πίεση για τη διατήρηση του DO.

Πρακτικές συνέπειες για το σέρβις σε βρασμό υδροχλωρικού οξέος 20%.

Η θερμοκρασία του όγκου του 20% HCl που βράζει σε ατμοσφαιρική πίεση είναι 105 βαθμούς. Οποιαδήποτε ποσότητα διαλυμένου οξυγόνου σε μερική πίεση 1 atm δεν μπορεί να ανυψώσει το CPT στους 105 βαθμούς . 65 μοίρες είναι η υψηλότερη δυνατή CPT με κορεσμένο οξύ με οξυγόνο- σε 1 atm. Ως εκ τούτου, ανεξάρτητα από τη διαρροή οξυγόνου, η χρήση τιτανίου βαθμού 2 για βρασμό 20% HCl είναι βασικά ακατάλληλη. Πιέσεις μερικής πίεσης οξυγόνου μεγαλύτερες από 1 atm θα απαιτούσαν ένα δοχείο υπό πίεση που έρχεται σε αντίθεση με την κατάσταση βρασμού. 1. Βρασμός 20% HCl: ταντάλιο, ζιρκόνιο ή μερικοί χυτοσίδηροι υψηλής περιεκτικότητας σε πυρίτιο.

Έλεγχος διαλυμένου οξυγόνου για υπηρεσία HCl χαμηλής θερμοκρασίας

Το τιτάνιο βαθμού 2 με έλεγχο οξυγόνου υποδεικνύεται στον ακόλουθο πίνακα για την υπηρεσία HCl κάτω από το CPT.

Συγκέντρωση HCl & θερμοκρασία λειτουργίας Ελάχιστη απαιτούμενη διαλυμένο οξυγόνοΜέγιστη επιτρεπόμενη συγκέντρωση χλωρίου Συνιστώμενη στρατηγική λειτουργίας
3 ppm (κορεσμός αέρα) 40 βαθμοί 10% HCl20% Πρότυπο ανοιχτό δοχείο. Δεν απαιτείται ειδική παροχή οξυγόνου.
8 ppm (συνεχής ροή αέρα) 20% 15% HCl 50 μοίρες Τοποθετήστε το ψεκαστήρα αέρα κοντά σε θερμάστρα. Εβδομαδιαίοι έλεγχοι DO
20% HCl @ 60 μοίρες 15 ppm (απαιτείται ψεκασμός με οξυγόνο) 20% Χρησιμοποιήστε καθαρό οξυγόνο. Πιέστε το δοχείο σε 2 atm για συντήρηση DO Συνιστάται: τιτάνιο Βαθμού 7.
20% HCl, 70 βαθμοί C. Δεν είναι εφικτό σε 1 atm 20 % Βαθμός 2 ακατάλληλο. Χρησιμοποιήστε 3 atm οξυγόνου στον βαθμό 7.
Chlorides >25% Any concentration at >25°CNo benefit >25% τιτάνιο Δεν συνιστάται ανεξάρτητα από το οξυγόνο.
Εναλλακτικές λύσεις για το HCl Service Engineering Boiling

If you need to boil 20% HCl, use tantalum or zirconium heaters instead of titanium. Tantalum is passive even in deaerated acid and has a CPT >150 βαθμούς σε 20% HCl. Το ζιρκόνιο είναι πολύ ανθεκτικό στο βρασμό HCl σε όλες τις συγκεντρώσεις. Εάν απαιτείται τιτάνιο για οικονομικούς λόγους, εκτελέστε τη λειτουργία κάτω από 50 βαθμούς με συνεχή ροή οξυγόνου και αποδεχτείτε μια περιορισμένη διάρκεια ζωής του θερμαντήρα 6-12 μηνών. Το τιτάνιο βαθμού 7 (σταθεροποιημένο με παλλάδιο) δίνει μια αύξηση 10-15 μοιρών στο CPT σε σχέση με το Βαθμού 2 υπό τις ίδιες συνθήκες οξυγόνου και επεκτείνει το χρησιμοποιήσιμο εύρος θερμοκρασίας σε περίπου 75 βαθμούς με εκροή οξυγόνου.

Κάνοντας μια ενημερωμένη προδιαγραφή<

Εάν σκέφτεστε έναν ηλεκτρικό σωλήνα θέρμανσης τιτανίου για οποιαδήποτε υπηρεσία υδροχλωρικού οξέος, το πρώτο πράγμα που πρέπει να κάνετε είναι να προσδιορίσετε ή να καθορίσετε το επίπεδο διαλυμένου οξυγόνου του οξέος. Λάβετε υπόψη ότι το τιτάνιο είναι απίθανο να παρέχει ικανοποιητική διάρκεια ζωής για εφαρμογές άνω των 60 μοιρών, εκτός εάν το σύστημα πιεστεί για να αυξήσει τη διαλυτότητα του οξυγόνου. 20% HCl, πίεση περιβάλλοντος, βρασμός Μην προσδιορίζετε τιτάνιο. Αντ 'αυτού, ζητήστε προσφορές σε θερμάστρα με επένδυση τανταλίου ή ζιρκονίου. Εάν η διαδικασία περιλαμβάνει μόνο διακοπτόμενο βρασμό (π.χ. κύκλους καθαρισμού), σκεφτείτε μια αποσπώμενη θερμάστρα που μπορεί να αφαιρεθεί από το οξύ κατά τη διάρκεια των περιόδων βρασμού. Ο μηχανικός, έχοντας τη βασική σχέση μεταξύ του διαλυμένου οξυγόνου και της κρίσιμης θερμοκρασίας διάτρησης, αποφεύγει τη συνήθη παγίδα να πιστεύει ότι η γενική αντίσταση στη διάβρωση του τιτανίου ισχύει για ζεστό, συμπυκνωμένο υδροχλωρικό οξύ.