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?

Zaščitna plast kalijevega titanata (K₂TiO₃) se oblikuje na površini titana v 50% kalijevem karbonatu (K₂CO3) pri 110 stopinjah. Tvorba titanata je kritično odvisna od raztopljenega kisika (DO). Pri nizkem DO (0,5 ppm) je plast titanata tanka (0,1–0,5 µm) in porozna ter zagotavlja slabo zaščito. Pri visokem DO (5 ppm) je prevleka debela (1-3 µm) in gosta, kar zmanjša stopnjo korozije za 5-10-krat. Titanatna plast nastane z reakcijo TiO 2 + K 2 O → K 2 TiO 3, kjer K 2 O nastane z razgradnjo K 2 CO 3 .

Mehanizem vpliva raztopljenega kisika na nastanek titanatnega sloja

Kisik je bistven za ohranjanje površine titana v pasivnem stanju, v katerem lahko raste TiO_2. TiO2 reagira v prisotnosti K2CO3 in tvori K2TiO3. Ob pomanjkanju kisika je plast TiO2 tanka in defektna, podobno defektna je tudi nastala plast K2TiO3. Pri nizkem DO vsebuje plast razpoke in pore, ki omogočajo nadaljnjo korozijo. Pri visokem DO se plast enakomerno poveča in postane zaščitna. V stabilnem stanju je hitrost korozije določena s prehodom kisika skozi plast titanata.

Kvantitativne lastnosti plasti titanata kot funkcija raztopljenega kisika

110 stopinj v 50 % K 2 CO 3 za 1000 ur je dokazalo naslednje v kontroliranem testiranju za titan stopnje 2. Pri 0 ppm DO (deaerirano) je debelina titanatnega sloja 0,05–0,1 µm, stopnja korozije 0,15–0,30 mm/leto in temna porozna površina. Pri 0,5 ppm DO je debelina 0,1–0,3 µm, stopnja korozije 0,08–0,15 mm/leto in površina je siva z zmerno poroznostjo. Debelina je 0,5–1,0 µm. Stopnja korozije je 0,03–0,08 mm na leto. Površina je svetlo siva z 2 ppm DO. Pri 5 ppm DO je debelina 1,0–2,0 µm, stopnja korozije 0,01–0,03 mm/leto, površina pa je svetla in zaščitena. Pri 10 ppm DO je debelina 2,0–3,0 µm, stopnja korozije je 0,005–0,015 mm na leto, površina pa je svetla in stabilna.

Vpliv temperature na povpraševanje po raztopljenem kisiku

Z naraščajočo temperaturo se minimalni DO, potreben za stabilno pasivacijo, povečuje. Najmanjši DO pri 80 stopinjah za stabilno pasivno plast (stopnja korozije<0.02 mm per year) is 1 ppm. The minimum is 2ppm at 100°C. At 110°C the minimum is 3ppm. The minimum is at 120 °C (4 ppm). 5 ppm, 130°C. The DO for a safety margin should be 2–3 times the minimum.

Vodnik za upravljanje ravni raztopljenega kisika v grelnikih kalijevega karbonata

Priporočila za ravni raztopljenega kisika v 50 % K2CO3 pri 110 stopinjah za titanove grelnike stopnje 2 in 7 so navedena v spodnji tabeli.

Izmerjeni DO (ppm) Stabilnost titanatnega sloja Pričakovana stopnja korozije (mm na leto) Priporočeni ukrep: 5 Odlično 0,005 do 0,015 Brez 3-5 Dobro 0,01–0,03 Tedensko spremljanje 2-3 Mejno 0,03-0,08 Razpršeni zrak 1-2 Slabo 0,08-0,15 Povečajte prezračevanje
0.5 - 1 Nestabilen 0.15 - 0.30 Prenova; dodajte oksidant<0.5 Very unstable >0,30 Ni sprejemljivo
Engineering Beyond DO

Kvaliteta titana vpliva na potreben DO. Stopnja 7 (stabiliziran s paladijem) ustvari stabilno plast titana pri nižjih ravneh DO (1-2 ppm pri 110C) zaradi redukcije kisika, ki jo katalizira paladij. Stopnja 12. stopnje je namenjena srednjemu napredku. Debelina stene zagotavlja dodatek proti koroziji; Korozija 0,03 mm/leto na 2,0 mm steni traja 60 let. Koncentracija K2CO3 vpliva na pasivacijo in pri 40 % K2CO3 opazimo manjšo potrebno DO. Potreba po DO se poveča za 1-2 ppm zaradi prisotnosti kloridov v raztopini K 2 CO 3 (iz nečistoč).

Ustvarjanje informiranih špekulacij

For titanium heat rod in 50% K₂CO₃ at 110°C, ensure dissolved oxygen >5 ppm z razprševanjem zraka ali vbrizgavanjem kisika. Dodajte sondo DO z alarmom, nastavljenim na 4 ppm, in blokado na 3 ppm. Za obstoječe sisteme z DO < 3 ppm namestite razpršilnik ali povečajte stopnjo prezračevanja. Če prezračevanje ni mogoče, razredčite K2CO3 na 40 % ali znižajte temperaturo na 100 stopinj. Inženir nadzoruje raztopljeni kisik nad 5 ppm, da spodbuja stabilno, zaščitno plast kalijevega titanata in zmanjša korozijo.