Kako kakovost vode za izpiranje (iz pipe v primerjavi z deionizirano) vpliva na kinetiko repasivacije in poznejšo luknjastost med delovanjem v grelniku iz titanovega plašča, ki je izpostavljen dnevnemu čiščenju z 10 % fosforno kislino pri 80 stopinjah?

Grelniki s titanovim plaščem so izpostavljeni izmenično korozivnim pogojem in pogojem izpiranja v industrijskih procesih z dnevnimi cikli čiščenja z uporabo 10 % fosforne kisline pri 80 stopinjah. Kakovost vode za izpiranje med cikli čiščenja je pomembna za določanje kinetike repasivacije površine titana. Za hitro repasivacijo se uporabi deionizirana voda z upornostjo večjo od 1 MΩ·cm in v 10–30 minutah nastane stabilen pasivni film. Prisotnost kloridov (povprečne koncentracije v vodi iz pipe so 50-200 ppm) in drugih ionov v vodi zavira repasivacijo, kar ima za posledico podaljšan čas do razvoja stabilne plasti, v razponu od 2 do 6 ur. Poleg tega adsorbirani kloridi ostanejo na površini in delujejo kot mesta za nastanek lukenj v kasnejši uporabi. Značaj vode za izpiranje ima neposreden vpliv na gostoto jam in življenjsko dobo grelnika.

Vpliv vode za izpiranje na kinetiko repasivacije

Izpostavljenost 10-odstotni fosforni kislini pusti površino titana v aktivnem ali pol-pasivnem stanju. Izpiranje odstrani kislino, vendar tudi nadzoruje kemijo raztopine, v kateri poteka repasivacija. Čisto, nizko{4}}prevodno okolje deionizirane vode omogoča enakomerno rast titanovega pasivnega sloja. Odsotnost sovražnih ionov omogoča ustvarjanje goste stehiometrične plasti TiO₂. Kloridni ioni so dodani vodi iz pipe, ki se pritrdijo na površino titana in tekmujejo s kisikom za adsorpcijska mesta. Kloridi zavirajo rast pasivne plasti in se lahko sami ujamejo pod razvijajoči se oksid, pri čemer puščajo šibke točke, ki bodo izhodiščna mesta za luknjanje ob obnovitvi delovanja grelnika. Čas repasivacije je čas, ki je potreben, da gostota korozijskega toka po izpiranju pade pod 1 µA/cm².

Kvantitativni časi repasivacije in stopnje pitinga za različne kakovosti vode za izpiranje

Controlled testing of Grade 2 titanium coupons, immersed for 1 hr daily in 10% phosphoric acid at 80°C, followed by a 15-min rinse and then immersion in 3% NaCl at 60°C to replicate service, has established the following behaviour over 30 cycles. Repassivation time: 10-30 min with deionised water rinse of 18 MΩ·cm resistivity. Passive film thickness: 3-5 nm after 1 hour. Pitting density in future service: 0-5 pits per cm². Maximum pit depth after 500 hours: 0-20 μm. This is considered a good performance. The repassivation period is 30-90 min, the film thickness is 2-4 nm after 1 hr, pitting density is 5-20 pits/cm2 and pit depth is 20-80 um with softened tap water of 10,000 Omega.cm resistivity and 20 ppm chloride. This is good performance. For ordinary tap water (2,000 Ω .cm resistivity, 100 ppm chloride), repassivation duration is 1–3 h, film thickness is 1–3 nm after 1 h, pitting density is 20–80 pits per cm2, and pit depth is 80–200 µm, moderate to poor. Using hard tap water (resistivity 500 Ω.cm, chloride 200 ppm) the repassivation duration is 3-6 hours, film thickness 1-2 nm after 1 hour, pitting density >80 pits/cm2 and pit depth >200 µm, kar je nesprejemljiva zmogljivost.

Vpliv časa izpiranja in temperature na kakovost repasivacije

Učinkovitost izpiranja je odvisna od parametrov izpiranja in kakovosti vode. Na primer, 5-minutno izpiranje z deionizirano vodo povzroči 80 % repasivacije, dosežene s 30-minutnim izpiranjem. Tudi pri uporabi vode iz pipe s 100 ppm klorida 60-minutno izpiranje ne zagotavlja enake stopnje repasivacije kot 10-minutno izpiranje z deionizirano vodo. Pomembna je tudi temperatura izpiranja. Pri deionizirani vodi in vodi iz pipe toplo izpiranje pri 40 stopinjah izboljša kinetiko repasivacije za 30–50 % v primerjavi s hladnim izpiranjem pri 20 stopinjah. Vendar pa lahko topla voda iz pipe koncentrira kloride, ko se posuši, in poslabša situacijo. Končno pršenje deionizirane vode po primarnem izpiranju je koristno za vse kakovosti vode.

Vodnik za izbiro kakovosti vode za izpiranje s fosforno kislino

Naslednja tabela podaja priporočila za kakovost vode za izpiranje v dnevnih ciklih čiščenja z 10-odstotno fosforno kislino pri 80 stopinjah na podlagi želene odpornosti proti luknjanju in življenjske dobe pri naslednjih storitvah, ki vsebujejo klorid-.

Želena gostota lukenj (pits/cm2) po 500 urah Največji dovoljeni klorid v vodi za izpiranje (ppm) Najmanjša priporočena upornost vode za izpiranje (Ohm-cm) Priporočeno trajanje izpiranja (minute) Potrebno končno izpiranje<5 <10 >100,000 15 Da (DI sprej)
5-20 10-50 10 000-100 000 20 Priporočeno
20–80 50–150 1,000–10,000 30 Recommended >80 >150 <1,000 60+ Not effective Engineering Beyond Rinse Water Quality Control

Stopnja titana vpliva na kinetiko repasivacije. Stopnja 7 (stabilizirano s paladijem) re-pasivira 2-3-krat hitreje kot stopnja 2 ne glede na kakovost vode za izpiranje, zato se zmanjša občutljivost na kontaminacijo s kloridi. Debelina stene daje dovoljenje za luknjanje. 2,0 mm stena z zmernimi luknjicami zaradi pranja z vodo iz pipe lahko preživi 5-8 let, 1,2 mm bi odpovedala prej. Postopek sušenja po izpiranju je pomemben, preostanek vode je bil odstranjen s prisilnim vročim zrakom pri 60 stopinjah 10 minut, da bi se izognili območjem koncentracije klorida. Ko je količina deionizirane vode omejena, je dvostopenjsko izpiranje (voda iz pipe, ki ji sledi deionizirana voda) stroškovno učinkovit kompromis.

Izdelava informiranih špekulacij

Za grelnik iz titanovega plašča, ki je izpostavljen dnevnemu čiščenju z 10-odstotno fosforno kislino pri 80 stopinjah in se nato uporablja v kloridnem okolju, navedite dvo-stopenjsko izpiranje, sestavljeno iz začetnega izpiranja z vodo iz pipe 1 minuto, ki mu sledi končno izpiranje z deionizirano vodo z upornostjo 18 MΩ.cm 10 minut pri 40 stopinjah. Voda za končno izpiranje mora imeti < 10 ppm klorida. Če za obstoječe naprave ni de{11}}vode, dodajte de{12}}kartušo za izpiranje ali podaljšajte čas izpiranja na 60 minut s prisilnim sušenjem na zraku. Med zagonom ocenite potencial repasivacije testnega kupona po postopku izpiranja. Vrednost, manjša od -0,1 V v primerjavi z Ag/AgCl v 3 % NaCl, kaže na delno repasivacijo in daljše ali boljše izpiranje. Inženir uporablja deionizirano vodo za izpiranje, ne vode iz pipe, tako da pride do hitre repasivacije in med delovanjem ni nadaljnjega pitinga.