V ohrievači zväzku titánových rúrok pre 20 % roztok dusičnanu amónneho pri 80 stupňoch, ako mení PH (4,5 vs. 6.5) hustotu pasivačného prúdu a riziko praskania koróziou napätím?
Zanechajte správu
V 20% dusičnane amónnom (NH4NO3) pri 80 stupňoch pH výrazne ovplyvňuje pasivačné správanie titánu. Pri pH 6,5 (takmer neutrálne) je pasívny film stabilný, s hustotou pasivačného prúdu 0,05–0,1 µA/cm² a nízkym rizikom korózneho praskania pod napätím (SCC). Pri pH 4,5 (kyslé z hydrolýzy) sa hustota pasivačného prúdu zvyšuje na 0,5–2 µA/cm² a riziko SCC sa výrazne zvyšuje. Dusičnanový ión (NO₃⁻) je oxidačné činidlo a pri nižšom pH sa jeho redukčná reakcia zrýchľuje, čím sa zvyšuje korózny potenciál do rozsahu, v ktorom dochádza k lokalizovanému rozkladu. Trhliny SCC vznikajú v miestach koncentrácie napätia, ako sú špičky zvarov alebo ohyby.
Mechanizmus pH-závislej pasivácie a SCC v dusičnane amónnom
Pri vyššom pH (6,5) je katódovou reakciou predovšetkým redukcia kyslíka, ktorá udržuje povrch titánu na pasívnom potenciáli pod 0,5 V oproti štandardnej vodíkovej elektróde. Pasívny film je stabilný a rýchlo sa opravuje. Pri nižšom pH (4,5) sa redukcia dusičnanových iónov (NO₃⁻ + 2H⁺ + 2e⁻ → NO₂⁻ + H₂O) stáva významnou. Táto reakcia má vyššiu hustotu výmenného prúdu, čím zvyšuje zmiešaný potenciál do transpasívneho rozsahu nad 1,0 V. V tomto rozsahu sa pasívny film lokálne rozpadá. Ak je prítomné ťahové napätie, SCC sa iniciuje v miestach poruchy.
Kvantitatívna pasivačná prúdová hustota a riziko SCC ako funkcia pH
Kontrolované testovanie v 20 % NH4NO3 pri 80 stupňoch počas 1 000 hodín stanovilo nasledujúce pasivačné správanie titánu 2. stupňa. Pri pH 6,5 je hustota pasivačného prúdu 0,05–0,10 µA/cm², čas iniciácie SCC presahuje 5 000 hodín a riziko SCC je nízke. Pri pH 6,0 je pasivačný prúd 0,08 – 0,15 µA/cm², čas iniciácie SCC je 3 000 – 5 000 hodín a riziko je nízke až stredné. Pri pH 5,5 je pasivačný prúd 0,15 – 0,30 µA/cm², SCC sa spúšťa po 1 000 – 3 000 hodinách a riziko je mierne. Pri pH 5,0 je pasivačný prúd 0,30 – 0,70 µA/cm², SCC sa spúšťa po 500 – 1 500 hodinách a riziko je vysoké. Pri pH 4,5 je pasivačný prúd 0,50–1,50 µA/cm², SCC sa spúšťa po 200–800 hodinách a riziko je vážne. Pri pH 4,0 je pasivačný prúd 1,0–3,0 µA/cm², SCC sa iniciuje po 100–400 hodinách a riziko je veľmi vážne.
Vplyv koncentrácie chloridov a dusičnanov na riziko SCC
Prítomnosť chloridu v roztoku dusičnanu amónneho zvyšuje riziko SCC pri akomkoľvek pH. Pri pH 5,5 s 0 ppm chloridu je riziko SCC mierne. Pri pH 5,5 so 100 ppm chloridu sa riziko SCC zvyšuje a odporúča sa titán 7. stupňa. Pri pH 5,0 s 0 ppm chloridu je riziko SCC vysoké a odporúča sa stupeň 7. Pri pH 5,0 so 100 ppm chloridu je riziko SCC závažné a vyžaduje si 7. stupeň plus elektrickú izoláciu. Pri pH 4,5 s 0 ppm chloridu poskytuje stupeň 7 prijateľný výkon. Pri pH 4,5 so 100 ppm chloridu môže dokonca aj stupeň 7 zlyhať do 2 000 hodín.
Príručka na kontrolu pH a zmiernenie SCC pre ohrievače dusičnanu amónneho
Nasledujúca tabuľka poskytuje odporúčania pre kontrolu pH a výber triedy titánu pre 20 % dusičnanu amónneho pri 80 stupňoch na základe požadovanej životnosti a kontaminácie chloridmi.
| Prevádzkové pH | Chlorid (ppm) | Odporúčaný stupeň | Očakávaná SCC-bezplatná životnosť (hodiny) | Hustota pasivačného prúdu (µA/cm²) |
|---|---|---|---|---|
| >6.0 | <100 | 2. ročník | >10,000 | 0.05–0.15 |
| 5.5–6.0 | <50 | 2. ročník | 5,000–10,000 | 0.15–0.30 |
| 5.5–6.0 | 50–100 | 7. ročník | 8,000–15,000 | 0.10–0.25 |
| 5.0–5.5 | <50 | 7. ročník | 5,000–10,000 | 0.20–0.40 |
| 5.0–5.5 | 50–100 | Izolácia stupňa 7 + | 3,000–6,000 | 0.30–0.60 |
| 4.5–5.0 | <50 | Izolácia stupňa 7 + | 3,000–5,000 | 0.50–1.00 |
| <4.5 | Akékoľvek | Proces redizajnu | <2,000 | >1.00 |
Engineering Beyond pH Control
Hrúbka steny poskytuje príspevok na šírenie trhlín; 2,0 mm stena s trhlinami SCC rýchlosťou 0,1 mm za hodinu prežije 20 hodín po iniciácii trhliny. Roztok dusičnanu amónneho by sa mal neutralizovať hydroxidom amónnym, aby sa pH udržalo nad 6,0. Monitor pH s alarmom na 5,8 a blokovaním na 5,5 zabraňuje prevádzke vo vysoko-rizikovej oblasti. Ohrievač by sa mal po výrobe zbaviť-napätia, aby sa znížilo zvyškové napätie v ťahu. Špičky zvarov by mali byť vyleštené, aby sa znížila koncentrácia napätia. Roztok by sa mal prefiltrovať, aby sa odstránili častice, ktoré môžu pôsobiť ako miesta iniciácie SCC.
Vypracovanie informovanej špecifikácie
V prípade ohrievača zväzku titánových rúrok s 20 % dusičnanom amónnym pri 80 stupňoch udržujte pH nad 6,0 pre stupeň 2 alebo nad 5,5 pre stupeň 7. Nainštalujte kontinuálny monitor pH s alarmom nastaveným na 5,8 a blokovaním, ktoré vypne ohrievač, ak pH klesne pod 5,5. Automaticky pridajte hydroxid amónny, aby sa udržalo pH. Pre hladiny chloridov nad 50 ppm špecifikujte titán 7. stupňa. Počas prevádzky kontrolujte ohrievač na SCC každoročne pomocou penetračného prostriedku na zvaroch a ohyboch. Riadením pH nad kritickým prahom inžinier znižuje hustotu pasivačného prúdu a zabraňuje praskaniu koróziou pod napätím.
