Miks eelistatakse 40% naatriumhüdroksiidi lahuse eelsoojendamiseks 80 kraadini titaanküttetoru puhul 7. klassi titaani 2. klassi titaani vaatamata samale seinapaksusele?

Söövitavate teenuste{0}}põhimõtted titaanklassi valikul
Titaan ei ole mitte ainult väga korrosioonikindel enamikus vesilahustes, vaid sellel on ka suurepärane korrosioonikindlus kuumades kontsentreeritud söövitavates lahustes, nagu naatriumhüdroksiid (NaOH). 2. klassi titaan (kaubanduslikult puhas) moodustab titaandioksiidist kaitsva kile neutraalsetes ja happelistes lahustes, kuid oksiidkile lahustub, et tekitada kõrgel temperatuuril kontsentreeritud leeliselises lahustuv naatriumtitanaat. See toob kaasa järjekindla hõrenemise ja veelgi olulisem vesiniku neeldumise, mis põhjustab haprust. Titaan (Ti-0,15% Pd) klassi 7 sisaldab pallaadiumi, väärismetalli, mis nihutab korrosioonipotentsiaali passiivsesse piirkonda isegi redutseerivas või söövitavas keskkonnas. Pallaadiumi lisamine võimaldab 7. klassil moodustada 80 kraadi juures 40% NaOH-s vastupidava passiivse kile, samas kui klass 2 korrodeerub soovimatu kiirusega. Selles analüüsis võrreldakse kahte sama seinapaksusega klassi ja miks valitakse klass 7, kuigi materjali maksumus on kõrgem.

"Mehaanilise terviklikkuse probleemid – söövitav korrosioon ja vesiniku murenemine"
2. klassi titaani korrosioonimäär on 0,1–0,3 mm aastas 40% NaOH-s 80 kraadi juures, põhinedes keelekümblustestil ASTM G kohta 31 . Tavalise seinapaksuse 1,2 mm korral vastab see 4–12-aastasele perforatsiooniajale, mis oleks seda väärt. Kõige tõsisem rikkestsenaarium on aga vesiniku rabestumine. Söövis tekitab korrosioonireaktsioon aatomi vesiniku: Ti + 4OH⁻ → TiO₂ + 2H₂O + 4e⁻ (anoodne) 2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻ (hüdrogeeniline tiitium- ja difftaanium) habras titaanhüdriid (TiH 2 ) tera piiridel. 2. klass, 40% NaOH-s 80 kraadi juures, on vesiniku omastamise kiirus umbes 50-100 ppm/kuus. Vesiniku kontsentratsiooniga üle 200–300 ppm muutub titaan rabedaks ja termilise või jääkpinge mõjul praguneb. See murenemise tõrge toimub enne, kui sein on palju õhenenud ja sageli vähese nähtava korrosiooniga. Söövitavates eelsoojendites tekivad 2. klassi titaantorude välirikked keevisõmbluste või painderaadiuste pragudena 12-18 kuu jooksul. Seina paksus on aga originaalilähedane.

7. klassi titaan, milles on 0,12–0,25 protsenti pallaadiumi, toimib erinevalt. Pallaadium on katoodkatalüsaator aatomi vesiniku rekombineerimiseks molekuliks H2, mis ei sisene titaanvõre. 7. astme korrosioonipotentsiaal 40% NaOH-s 80 kraadi juures on ligikaudu +0.2 V vs. SHE, võrreldes -0,3 V astme 2 puhul – 500 mV nihe passiivsesse vahemikku. 7. klassi korrosioonikiirus on alla 0,01 mm aastas ja vesiniku neeldumine on tuvastamatu (<1 ppm/mo). A similar Grade 7 tube with a wall thickness of 1.2 mm has a service life of more than 10 years limited by mechanical considerations only, not by corrosion or embrittlement.

Mõju soojustõhususele: sama soojusülekanne
2. ja 7. klassi titaani soojusjuhtivus on väga sarnane (17 W/m·K 80 kraadi juures), kuna pallaadiumi lisamine on vaid 0,15%. Välispinna temperatuur ja soojusülekande kiirus on sama seina paksuse ja võimsustiheduse korral samad. Seega ei kaasne 7. klassi valimisel soojuskulusid. Peamine negatiivne külg on materjalikulude erinevus (7. klass on umbes 50–70% kallim kui klass 2).

Söövitava teenusetaseme valikumaatriks: kaubanduse süntees-väljas
NaOH kontsentratsioon ja temperatuur 2. aste eluiga (1,2 mm sein) 7. aste (sein 1,2 mm) Soovitatav klassi põhitehniline põhjendus
20% NaOH, 60 kraadi > 10 aastat > 15 aastat 2. klass 2. klass on piisav; 7. klass on üle-määratud.
30% NaOH, 70 kraadi 3–5 aastat (haprus) 10 aastat 7. aste 2. aste ebaõnnestub vesinikkrakkimise tõttu enne korrosiooniga perforeerimist.
40% NaOH, 80°C 1 to 2 years (embrittlement) >10 aastat 7. klass 2. klass ei sobi. Vajalik pallaadiumi lisamine.
50% NaOH, 90oC < 6 kuud 5 – 8 aastat 7. klass Isegi 7. klass on lühendanud eluiga; uurida muid materjale.
40% NaOH, 80 kraadi , kloriididega (saastunud) < 6 kuud 3–5 aastat Klass 7 + CP Kloriidid suurendavad täppide moodustumist, CP võib osutuda vajalikuks.
Tipptasemel tehnika: pinna seisukord ja keevitamine
7. klassi titaan töötab söövitava töö ajal ootuspäraselt ainult siis, kui pind on rauasaastusest vaba. Sisseehitatud rauaosakestest moodustunud galvaanilised elemendid kahjustavad lokaalselt passiivset kihti ja põhjustavad isegi 7. klassi puhul täppide moodustumist. Valmistamisele järgneb 5-minutiline peitsimine 10% HNO₃ + 2% HF-s, et eemaldada pinnaraud. Keevitusaste 7 järgib samu ettevaatusabinõusid nagu klass 2 (argoonivarjestus, saastumata) ja keevismetall säilitab korrosioonikindluse sarnaselt mitteväärismetallile, kuna pallaadium jääb lahusesse. Keevitusjärgne lõõmutamine ei ole söövitava hoolduse jaoks vajalik, kuid seda võib kasutada stressi leevendamiseks.

Järeldus: paksem söövitav aine nõuab 7. klassi isegi sama seinapaksusega
7. klassi titaan on 40% naatriumhüdroksiidiga 80 kraadini kuumutatava titaanküttetoru jaoks 2. klassi titaanist eelistatavam isegi siis, kui mõlema seina paksus on sama. Klass 2 ebaõnnestub vesiniku hapruse tõttu 1-2 aasta pärast söövitava korrosioonireaktsiooni vesiniku neeldumise tõttu. 7. klass jääb passiivseks ja talub vesinikku üle 10 aasta. 0,15% pallaadiumi olemasolu muudab korrosioonipotentsiaali passiivsesse piirkonda, vähendab korrosioonikiirust 30 korda ja takistab vesiniku imendumist. Soojusomaduste osas ei ole kahe kategooria vahel vahet. 7. klassi suurenenud materjalikulu on põhjendatud oluliselt pikema kasutuseaga. Kontsentreeritud söövitava hoolduse jaoks kasutage 7. klassi titaankuumutisi dokumenteeritud pallaadiumisisaldusega (0,12–0,25%) ja tootmisjärgset peitsimist, et luua puhas passiivne pind. Selle rakenduse puhul tuleks 2. klass tagasi lükata, olenemata seina paksusest.