Za titanovo grelno cev, ki se uporablja za predgretje 40-odstotne raztopine natrijevega hidroksida pri 80 stopinjah, zakaj ima titan stopnje 7 prednost pred stopnjo 2 kljub enaki debelini stene?

Temeljni kompromisi-pri izbiri kakovosti titana za kavstične storitve
Titan ni samo zelo odporen proti koroziji v večini vodnih raztopin, ampak ima tudi odlično odpornost proti koroziji v vročih, koncentriranih jedkih raztopinah, kot je natrijev hidroksid (NaOH). Titan stopnje 2 (komercialno čist) tvori zaščitni film titanovega dioksida v nevtralnih in kislih raztopinah, vendar se oksidni film raztopi, da nastane topen natrijev titanat v koncentrirani jedki raztopini pri visoki temperaturi. To vodi do doslednega tanjšanja in, kar je še pomembneje, do absorpcije vodika, kar vodi do krhkosti. Titan (Ti-0,15 % Pd) stopnje 7 vsebuje paladij, plemenito kovino, ki premakne korozijski potencial v pasivno področje tudi v redukcijskih ali jedkih okoljih. Vključitev paladija omogoča, da razred 7 tvori vzdržljiv pasivni film v 40 % NaOH pri 80 stopinjah, medtem ko razred 2 korodira z nezaželeno hitrostjo. Ta analiza primerja dva razreda pri enaki debelini stene in zakaj je izbran razred 7, čeprav so stroški materiala višji.

"Težave z mehansko celovitostjo – korozija in vodikova krhkost v kavstiku"
Titan stopnje 2 ima stopnje korozije 0,1–0,3 mm na leto v 40 % NaOH pri 80 stopinjah, na podlagi potopnega testiranja po ASTM G31 . Za tipično debelino stene 1,2 mm to ustreza času perforacije 4–12 let, kar bi bilo vredno. Vendar je najresnejši scenarij okvare vodikova krhkost. V jedki reakciji korozije nastane atomski vodik: Ti + 4OH⁻ → TiO₂ + 2H₂O + 4e⁻ (anodno) 2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻ (katodno) Atomski vodik difundira v mrežo titana in tvori krhek titanov hidrid (TiH 2 ) na mejah zrn. Stopnja 2, v 40 % NaOH pri 80 stopinjah je stopnja privzema vodika približno 50-100 ppm/mesec. Nad 200-300 ppm koncentracije vodika titan postane krhek in podvržen razpokam pod toplotno ali zaostalo obremenitvijo. Ta okvara zaradi krhkosti se zgodi, preden se stena močno stanjša in pogosto z malo vidne korozije. V kavstičnih predgrelnikih pride do okvare titanovih cevi razreda 2 v obliki razpok na zvarih ali radijih upogibov v 12-18 mesecih. Vendar pa je debelina stene blizu izvirnika.

Titan stopnje 7 z 0,12 do 0,25 odstotka paladija deluje drugače. Paladij je katodni katalizator za rekombinacijo atomskega vodika v molekulo H 2, ki ne vstopi v mrežo titana. Potencial korozije stopnje 7 v 40 % NaOH pri 80 stopinjah je približno +0.2 V v primerjavi s SHE v primerjavi z -0,3 V za stopnjo 2-500 mV premik v pasivno območje. Stopnja korozije za stopnjo 7 je manjša od 0,01 mm/leto, absorpcije vodika pa ni mogoče zaznati (<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.

Vpliv na toplotno zmogljivost: enak prenos toplote
Toplotna prevodnost titana stopnje 2 in stopnje 7 je zelo podobna (17 W/m·K pri 80 stopinjah), saj je dodatek paladija le 0,15 %. Temperatura zunanje površine in hitrost prenosa toplote sta enaki za enako debelino stene in gostoto moči. Torej pri izbiri razreda 7 ni toplotnih stroškov. Glavna slabost je razlika v stroških materiala (razred 7 je približno 50–70 % dražji od razreda 2).

Jedka matrika za izbiro stopnje storitev: Sinteza kompromisov-
Koncentracija NaOH in temperatura Življenjska stopnja 2 (stena 1,2 mm) Življenjska stopnja 7 (stena 1,2 mm) Priporočena stopnja Core Engineering Reasoning
20 % NaOH, 60 stopinj > 10 let > 15 let 2. stopnja 2. stopnja je ustrezna; Stopnja 7 je nad-navedena.
30 % NaOH, 70 stopinj 3 – 5 let (krhkost) 10 let Stopnja 7 Stopnja 2 pokvari zaradi vodikovega razpokanja pred perforacijo zaradi korozije.
40% NaOH, 80°C 1 to 2 years (embrittlement) >10 let 7. stopnja 2. stopnja ni primerna. Potreben dodatek paladija.
50 % NaOH, 90oC < 6 mesecev 5 – 8 let 7. stopnja Tudi 7. stopnja je skrajšala življenjsko dobo; preučite druge materiale.
40 % NaOH, 80 stopinj, s kloridi (onesnaženo) < 6 mesecev 3 – 5 let Stopnja 7 + CP Kloridi povečajo luknjičastost, morda bo potreben CP.
Inženiring nad stopnjo: stanje površine in varjenje
Titan stopnje 7 bo deloval po pričakovanjih pri jedkih le, če na površini ni kontaminacije z železom. Galvanski členi, ki jih tvorijo vdelani delci železa, lokalno poškodujejo pasivno plast in vodijo do luknjičaste luknje celo v razredu 7. Izdelavi sledi luženje v 10 % HNO₃ + 2 % HF za 5 minut, da se odstrani površinsko železo. Razred 7 za varjenje upošteva enake previdnostne ukrepe kot razred 2 (zaščita z argonom, brez kontaminacije) in kovina zvara ohranja podobno odpornost proti koroziji kot osnovna kovina, saj paladij ostane v raztopini. Žarjenje po varjenju ni potrebno za jedko uporabo, lahko pa se uporabi za razbremenitev napetosti.

Zaključek: Debelejša jedka zahteva oceno 7 tudi pri enaki debelini stene
Titan stopnje 7 je zelo zaželen pred titanom stopnje 2 za titanovo grelno cev, ki segreva 40 % natrijevega hidroksida pri 80 stopinjah, tudi če imata oba določeno enako debelino stene. Razred 2 odpove zaradi vodikove krhkosti po 1-2 letih zaradi absorpcije vodika iz kavstične korozije. Stopnja 7 ostane pasivna in se upira privzemu vodika več kot 10 let. Prisotnost 0,15 % paladija spremeni korozijski potencial v pasivno področje, zmanjša stopnjo korozije za faktor 30 in prepreči absorpcijo vodika. Glede toplotne učinkovitosti med obema kategorijama ni razlik. Povečanje materialnih stroškov razreda 7 je upravičeno z bistveno daljšo življenjsko dobo. Za koncentrirano jedko uporabo uporabite titanove grelnike stopnje 7 z dokumentirano koncentracijo paladija (0,12 do 0,25 %) in dekapiranjem po izdelavi, da ustvarite čisto, pasivno površino. Za to uporabo je treba razred 2 zavrniti ne glede na debelino stene.