Katera površinska obdelava (toplotna oksidacija ali eloksiranje) v visoko{0}}okolju CO₂ s sledmi kloridov pri 120 stopinjah zagotavlja najnižjo stopnjo privzema vodika za titanov plašč?

Zajem in shranjevanje ogljika, proizvodnja nafte in plina ter superkritični energetski cikli CO2 so nekatera od področij, kjer se pogosto nahajajo sledovi klorida v okoljih z visokotlačnim ogljikovim dioksidom (CO2). CO 2 se raztopi v vodi pri 120 stopinjah in 50–200 barih, da nastane ogljikova kislina (H 2 CO 3 ), pri čemer pH pade na 3–4. Absorpcijo vodika v titanove ovoje pospešujejo nizek pH, kloridi in povišana temperatura. Površinske obdelave, ki povečajo debelino in stabilnost pasivnega filma, zmanjšajo absorpcijo vodika. Termična oksidacija (segrevanje zraka na 400-600 stopinj) daje debelo (0,5-2 μm) kristalno plast TiO2 z mikrorazpokami. Anodizacija (elektrokemična oksidacija) proizvaja tanek (0,05–0,2 mm), amorfen, zelo gost oksid. Anodizacija zagotavlja najnižjo stopnjo privzema vodika pri visokem tlaku CO2 s sledmi kloridov zaradi najboljše gostote filma in homogenosti.

Mehanizem zmanjšanja privzema vodika s površinskimi oksidi

Atomi vodika, ki nastanejo s korozijskimi procesi (2H₂CO3 + 2e⁻ → H₂ + 2HCO3⁻), morajo difundirati skozi oksidno plast do kovine titana. Anodiziran oksid je amorfen, brez meja zrn in izjemno stehiometričen (TiO 2 ). Difuzivnost vodika v anodiziranem TiO2 je 10-100-krat manjša kot v termično proizvedenem oksidu, ki obsega mikro-razpoke, meje zrn in nestehiometrična območja (Ti2O3, TiO). Poleg tega večja dielektrična trdnost anodiziranih filmov zmanjša elektronsko prevodnost, kar lahko spodbuja redukcijo vodika. Termični oksidi so debelejši, vendar imajo zaradi neusklajenosti toplotnega raztezanja ponavadi razpoke, ki vodiku zagotavljajo hitro difuzijsko pot.

Kvantitativne stopnje privzema vodika za različne površinske obdelave

Stopnje privzema vodika za titanove ovoje stopnje 2 so bile ugotovljene z nadzorovanim testiranjem pri visokem -tlaku CO2 (100 barov, 120 stopinj) s 500 ppm klorida (kot NaCl) za 1000 ur. Ker-lukana površina z naravnim oksidom (2–5 nm) absorbira 80–150 ppm vodika na 1000 ur, zato ni primerna za dolgotrajno-uporabo. Oksidacija pri 400 stopinjah za 2 uri daje oksid 0,3–0,5 µm in absorpcijo vodika 30–60 ppm na 1000 ur. Toplotna oksidacija pri 600 stopinjah za 2 uri proizvede 1,0-2,0 µm oksid, vendar pri ohlajanju nastanejo mikrorazpoke, ki dajejo privzem 20-40 ppm. Anodiziranje pri 10 V v 1% fosforni kislini 10 minut. proizvaja amorfni film debeline 0,10–0,15 µm z absorpcijo 5–15 ppm. Anodizacija za 20 minut pri 30 V v 0,5 % žveplovi kislini ustvari plast debeline 0,20–0,30 µm z privzemom 3–8 ppm. Najboljša zaščita je eloksiranje, ki mu sledi tesnjenje v vreli deionizirani vodi za 30 minut, kar zagotavlja absorpcijo manj kot 3 ppm na 1000 ur.

Vpliv tlaka CO₂ in koncentracije klorida na učinkovitost zdravljenja

Hitrost privzema vodika se poveča, ko se povečata tlak CO2 in koncentracija klorida, vendar je relativna učinkovitost površinske obdelave podobna. -Prevzem anodiziranih površin (30 V) je 2–5 ppm pri 50 barih CO₂ in 100 ppm klorida v primerjavi s 15–25 ppm za termično oksidirane (600 stopinj). Anodizirane površine 5-10 ppm Toplotna oksidacija 25-40 ppm 100 barov CO2 500 ppm klorida Anodizirane površine se povečajo na 10-20 ppm, termična oksidacija pa na 40-65 ppm pri 200 barih CO 2 in 500 ppm klorida. Anodizirane površine absorbirajo 8-15 ppm s 1000 ppm klorida pri 100 barih CO2, termična oksidacija pa absorbira 35-55 ppm. Zanimivo je, da je prednost eloksiranja učinkovitejša pri visoki temperaturi (150 stopinj), ker je amorfna struktura bolj odporna na toplotno poslabšanje kot kristalni termični oksid.

Izbirni vodnik za površinsko obdelavo visokotlačnih storitev CO₂-

Spodnja tabela vsebuje predloge za izbiro površinske obdelave za titanove ovoje stopnje 2 glede na meje absorpcije vodika, čas delovanja in tlak CO2.

Nominal Service Life (hours) CO2 Pressure (bar) Chloride Concentration (ppm) Suggested Surface Treatment Hydrogen Uptake (ppm/1,000h)Pickled just 40–80 10,000 50 500 Thermal oxidation (400°C) 15–30 20,000 100 500 Anodizing (10V) 5–15 20,000 100 1,000 Anodizing (30V) + sealing 3–8 50,000 200 500 Anodizing (30V) + sealing + Grade 7 1–3 10,000 200 2,000Not suitable for Grade 2 >30 (tudi eloksiran)
Inženiring poleg izbire površinske obdelave

Na sorpcijo vodika močno vpliva kakovost titana, ne pa površinska obdelava. Stopnja 7 (stabiliziran s paladijem) ima 3-5-krat nižjo osnovno porabo vodika kot stopnja 2 za dano površinsko obdelavo zaradi rekombinacije vodika, katalizirane s paladijem-. Debelina stene daje pufer za koncentracijo vodika in stena debeline 2,0 mm z 200 ppm enakomerno porazdeljenega vodika ima manjše tveganje za obarjanje hidrida kot stena debeline 1,0 mm z enako koncentracijo. Čistost toka CO 2 je pomembna; kontaminacija s kisikom že pri 10 ppm močno zmanjša privzem vodika s spodbujanjem stabilnosti pasivnega filma, s čimer se zmanjša bistvena narava eloksiranja v prisotnosti kisika. Periodično elektrokemično spremljanje vodika z uporabo polprevodniške sonde se lahko uporablja za spremljanje kopičenja vodika med delovanjem.

Specifikacije-Obveščeni

Anodizirajte pri 30 V v 0,5 % žveplovi kislini za 20 minut in nato zaprite v vrelo deionizirano vodo za 30 minut. Titanov plašč pri visokem tlaku CO₂ pri 120 stopinjah s sledmi kloridov. Za blage pogoje (tlak CO₂ < 50 barov, kloridi < 100 ppm) je toplotna oksidacija pri 600 stopinjah za 2 uri stroškovno učinkovit način za sprejemljivo zaščito. Za najzahtevnejše aplikacije (tlak CO2 nad 150 barov, kloridi nad 500 ppm, življenjska doba nad 30.000 ur) poleg eloksiranja določite titan razreda 7. Zagon: Pasivirajte grelnik v de-vodi pri 80 stopinjah za 24 ur, da stabilizirate anodiziran film. Namesto tega inženir izbere eloksiranje namesto toplotne oksidacije, da zmanjša tveganje vodikove krhkosti in zagotovi dosledno dolgoročno-zmogljivost v pogojih visokega{24}}tlaka CO 2.