Kako raven raztopljenega kisika (0,5 ppm proti . 5 ppm) za titanovo toplotno palico, ki deluje v 50-odstotni raztopini kalijevega karbonata pri 110 stopinjah, spremeni stabilnost pasivacijske plasti titanata?

V 50 % kalijevem karbonatu (K2CO3) pri 110 stopinjah na površini titana nastane zaščitna prevleka iz kalijevega titanata (K2TiO3). Raztopljeni kisik (DO) je ključni element pri proizvodnji titanatov. Pri nizkem DO (0,5 ppm) je plast titanata tanka (0,1–0,5 µm) in porozna ter zagotavlja neustrezno zaščito. Pri visokem DO (5 ppm) je sloj debelejši (1–3 µm) in gostejši ter zmanjša stopnjo korozije za 5–10-krat. Titanatna plast nastane z reakcijo TiO₂ + K₂O → K₂TiO3, pri čemer se K₂O pridobi z razpadom K₂CO3.

Vpliv raztopljenega kisika na mehanizem nastajanja plasti titanata

Kisik je potreben za ohranjanje površine titana v pasivnem stanju za razvoj TiO2. TiO 2 reagira v prisotnosti K 2 CO 3 in ustvari K 2 TiO 3 . Kisik-pogoji s pomanjkanjem povzročijo tanko in poškodovano plast TiO$_2$ in s tem tanko in poškodovano plast K$_2$TiO$_3$. Pri nizkem DO je prevleka razpokana in porozna ter omogoča nadaljnjo korozijo. Pri visokem DO plast dosledno raste in je zaščitna. V stabilnem stanju je hitrost korozije nadzorovana z difuzijo kisika skozi plast titanata.

Kvantitativne značilnosti plasti titanata kot funkcija raztopljenega kisika

Naslednje je bilo ugotovljeno za titan stopnje 2 s kontroliranim testiranjem v 50 % K2CO3 pri 110 stopinjah. za 1.000 ur. Pri 0 ppm DO (deaerirano) je debelina titanatnega sloja 0,05–0,1 µm, stopnja korozije je 0,15–0,30 mm/leto, površina pa je temna in porozna. Pri 0,5 ppm DO je debelina 0,1–0,3 mikrona, stopnja korozije 0,08–0,15 mm/leto, površina pa je siva in zelo porozna. 2 ppm DO Debelina 0,5–1,0 µm Stopnja korozije 0,03–0,08 mm/leto Površina Svetlo siva Debelina pri 5 ppm DO je 1,0–2,0 µm, stopnja korozije je 0,01–0,03 mm na leto, površina pa je svetla in zaščitena. Površina pri 10 ppm DO je svetla in stabilna, z debelino 2,0–3,0 μm in stopnjo korozije 0,005–0,015 mm na leto.

Vpliv temperature na povpraševanje po raztopljenem kisiku

Najmanjši DO, potreben za stabilno pasivacijo, narašča s temperaturo. Najmanjši DO za stabilno pasivno plast (stopnja korozije<0.02 mm per year) is 1 ppm at 80°C. Minimum is 2 ppm at 100°C. The minimum at 110°C is 3 ppm. The minimum is 4 ppm at 120 °C. 5 ppm minimum at 130 °C. The DO advised for a safety margin is 2-3 times the minimum.

Vodnik za upravljanje raztopljenega kisika v grelniku kalijevega karbonata

Naslednja tabela podaja smernice za raztopljeni kisik v 50 % K 2 CO 3 pri 110 stopinjah za titanove grelnike stopnje 2 in 7.

Measured DO (ppm) Stability of Titanate LayerPredicted corrosion rate (mm/year)>Priporočeni ukrep5 Odlično 0,005-0,015 nič 3 do 5 Dobro 0,01–0,032-3 Mejno 0,03–0,08 Razprševanje zraka 1–2 Slabo 0,08–0,15 Povečajte prezračevanje Spremljajte tedensko
0,5–1 Nestabilen 0,15–0,30 Prenova; dodajte oksidant<0.5 Very unstable >0,30 Ni sprejemljivo
Inženiring zunaj nadzora DO

Odvisno od razreda titana, DO po potrebi. Stopnja 7 (stabiliziran s paladijem) ustvari stabilno plast titana pri nizkih ravneh DO (1-2 ppm pri 110oC) iz redukcije kisika, ki jo katalizira paladij. Ocena 12 zagotavlja zmeren napredek. Debelina stene daje dovoljenje za korozijo; 2,0 mm stena korodira s hitrostjo 0,03 mm na leto in bo preživela 60 let. Na pasivizacijo vpliva koncentracija K₂CO3; pri 40 % K₂CO3 se potrebni DO zmanjša. Kloridi v raztopini K2CO3 (iz nečistoč) povečajo potrebo po DO za 1-2 ppm.

Izdelava dobro obveščene specifikacije

Za toplotno palico iz titana v 50 % K2CO3 pri 110C Ohranjajte raztopljeni kisik nad 5 ppm z razprševanjem zraka ali infuzijo kisika. Namestite sondo DO z alarmom pri 4 ppm in zaporo pri 3 ppm. Pri obstoječih sistemih z DO < 3 ppm dodajte razpršilnik ali povečajte stopnjo prezračevanja. Če prezračevanje ni mogoče, razredčite K₂CO3 na 40 % ali znižajte temperaturo na 100 stopinj. Z uravnavanjem raztopljenega kisika nad 5 ppm lahko inženir izdela stabilno, zaščitno plast kalijevega titanata in zmanjša korozijo.