Kako PH (4,5 Vs. 6.5) v grelniku snopa titanovih cevi za 20-odstotno raztopino amonijevega nitrata pri 80 stopinjah spremeni gostoto pasivacijskega toka in tveganje za razpoke zaradi napetostne korozije?
Pustite sporočilo
V 20 % amonijevem nitratu (NH₄NO3) pri 80 stopinjah pH bistveno vpliva na pasivno obnašanje titana. Pri pH 6,5 (skoraj nevtralnem) je pasivni film stabilen, z gostoto pasivacijskega toka 0,05–0,1 µA/cm² in nizkim tveganjem za razpoke zaradi napetostne korozije (SCC). Pri pH 4,5 (kislo zaradi hidrolize) se gostota pasivacijskega toka poveča na 0,5–2 µA/cm² in tveganje za SCC se znatno poveča. Nitratni ion (NO₃⁻) je oksidant in pri nižjem pH se njegova redukcijska reakcija pospeši, kar poveča potencial korozije v območje, kjer pride do lokalne razgradnje. SCC razpoke se začnejo na točkah koncentracije napetosti, kot so konice zvara ali krivine.
Mehanizem pH-odvisne pasivacije in SCC v amonijevem nitratu
Pri višjem pH (6,5) je katodna reakcija predvsem redukcija kisika, ki vzdržuje površino titana pri pasivnem potencialu pod 0,5 V v primerjavi s standardno vodikovo elektrodo. Pasivna folija je stabilna in se hitro popravi. Pri nižjem pH (4,5) postane redukcija nitratnih ionov (NO₃⁻ + 2H⁺ + 2e⁻ → NO₂⁻ + H₂O) pomembna. Ta reakcija ima večjo gostoto izmenjevalnega toka, kar dvigne mešani potencial v transpasivno območje nad 1,0 V. V tem območju se pasivni film lokalno poruši. Če je prisotna natezna napetost, se SCC začne na mestih razgradnje.
Kvantitativna gostota pasivacijskega toka in tveganje SCC kot funkcija pH
Nadzorovano testiranje v 20 % NH₄NO3 pri 80 stopinjah v 1000 urah je pokazalo naslednje pasivno obnašanje za titan stopnje 2. Pri pH 6,5 je gostota pasivacijskega toka 0,05–0,10 µA/cm², čas iniciacije SCC presega 5000 ur in tveganje za SCC je majhno. Pri pH 6,0 je pasivacijski tok 0,08–0,15 µA/cm², čas iniciacije SCC je 3000–5000 ur, tveganje pa je majhno do zmerno. Pri pH 5,5 je pasivacijski tok 0,15–0,30 µA/cm², SCC se začne pri 1000–3000 urah in tveganje je zmerno. Pri pH 5,0 je pasivacijski tok 0,30–0,70 µA/cm², SCC se začne pri 500–1500 urah in tveganje je visoko. Pri pH 4,5 je pasivacijski tok 0,50–1,50 µA/cm², SCC se začne pri 200–800 urah in tveganje je veliko. Pri pH 4,0 je pasivacijski tok 1,0–3,0 µA/cm², SCC se začne pri 100–400 urah in tveganje je zelo veliko.
Vpliv koncentracije kloridov in nitratov na tveganje za SCC
Prisotnost klorida v raztopini amonijevega nitrata poveča tveganje za SCC pri katerem koli pH. Pri pH 5,5 z 0 ppm klorida je tveganje za SCC zmerno. Pri pH 5,5 s 100 ppm klorida postane tveganje za SCC visoko, zato se priporoča titan stopnje 7. Pri pH 5,0 z 0 ppm klorida je tveganje za SCC visoko, zato je priporočljiva stopnja 7. Pri pH 5,0 s 100 ppm klorida je tveganje za SCC resno in zahteva stopnjo 7 plus električno izolacijo. Pri pH 4,5 z 0 ppm klorida razred 7 zagotavlja sprejemljivo delovanje. Pri pH 4,5 s 100 ppm klorida lahko celo stopnja 7 odpove v 2000 urah.
Vodnik za nadzor pH in zmanjšanje SCC za grelnike z amonijevim nitratom
Naslednja tabela podaja priporočila za nadzor pH in izbiro stopnje titana za 20 % amonijev nitrat pri 80 stopinjah na podlagi želene življenjske dobe in kontaminacije s kloridom.
| Delovni pH | klorid (ppm) | Priporočena ocena | Pričakovano SCC-prosto življenje (ure) | Gostota pasivnega toka (µA/cm²) |
|---|---|---|---|---|
| >6.0 | <100 | 2. razred | >10,000 | 0.05–0.15 |
| 5.5–6.0 | <50 | 2. razred | 5,000–10,000 | 0.15–0.30 |
| 5.5–6.0 | 50–100 | 7. razred | 8,000–15,000 | 0.10–0.25 |
| 5.0–5.5 | <50 | 7. razred | 5,000–10,000 | 0.20–0.40 |
| 5.0–5.5 | 50–100 | Izolacija stopnje 7 + | 3,000–6,000 | 0.30–0.60 |
| 4.5–5.0 | <50 | Izolacija stopnje 7 + | 3,000–5,000 | 0.50–1.00 |
| <4.5 | katera koli | Postopek preoblikovanja | <2,000 | >1.00 |
Inženiring zunaj nadzora pH
Debelina stene zagotavlja dodatek za širjenje razpok; 2,0 mm stena s SCC razpokami pri 0,1 mm na uro preživi 20 ur po začetku razpoke. Raztopino amonijevega nitrata je treba nevtralizirati z amonijevim hidroksidom, da ohranimo pH nad 6,0. Monitor pH z alarmom pri 5,8 in zaporo pri 5,5 preprečuje delovanje v območju visokega-tveganja. Grelec je treba po izdelavi-razbremeniti, da se zmanjša preostala natezna napetost. Zvarjeni prsti morajo biti polirani, da se zmanjša koncentracija napetosti. Raztopino je treba filtrirati, da se odstranijo delci, ki lahko delujejo kot mesta iniciacije SCC.
Izdelava informirane specifikacije
Pri grelniku snopa titanovih cevi v 20 % amonijevem nitratu pri 80 stopinjah vzdržujte pH nad 6,0 za stopnjo 2 ali nad 5,5 za stopnjo 7. Namestite neprekinjen monitor pH z alarmom, nastavljenim na 5,8, in zaporo, ki izklopi grelec, če pH pade pod 5,5. Samodejno dodajte amonijev hidroksid, da ohranite pH. Za ravni klorida nad 50 ppm navedite titan razreda 7. Med delovanjem enkrat letno pregledajte grelec za SCC z uporabo penetranta z barvilom na zvarih in krivinah. Z nadzorom pH nad kritičnim pragom inženir zmanjša gostoto pasivacijskega toka in prepreči razpoke zaradi napetostne korozije.
