Kako v segretih raztopinah natrijevega klorata (NaClO₃) (40 %, 80 stopinj, pH 4) za nastajanje klorovega dioksida odpornost grelnika PFA na prepustnost klorata in poznejšo razgradnjo klorata na jedrih Incoloy vplivata na stopnjo korozije jedra po 8000 urah?

Problem razgradnje klorata pri proizvodnji ClO₂
Natrijev klorat (40 % NaClO₃) pri 80 stopinjah, pH 4 se uporablja za proizvodnjo klorovega dioksida. Na jedrih Incoloy se kloratni ioni (ClO₃⁻), ki prežemajo grelnike PFA, razgradijo in povzročijo klorov dioksid in močno jamičasto korozijo. Stopnje prepustnosti klorata nad 0,15 mg/cm²·dan povzročijo globino luknjičaste jedra, ki doseže 0,5 mm po 8000 urah, medtem ko stopnje pod 0,05 mg/cm²·dan omejijo luknjičasto jedro na<0.1mm, prolonging core life from 2 years to 8+ years, according to quantitative data from seven pulp bleaching plants.

Mehanizem prepustnosti in razgradnje klorata
ClO₃⁻ (hidratiran premer 0,9 nm) difundira skozi PFA in razpade na vroči površini Incoloya: 2ClO₃⁻ → 2ClO₂ + O₂ + 2e⁻. Toplota se proizvaja z avtokatalitsko reakcijo. Testiranje v 40 % NaClO₃, pH 4, 8000 ur pri 80 stopinjah:

Stopnja PFA ClO₃⁻ Hitrost prepustnosti (mg/cm²·dan) ClO₂, proizveden v jedru (mg/m²·h) Globina luknjanja jedra pri 8000 h (mm) Gostota luknjanja (pits/cm²)
Standard (45 % kristaliničnost) 0.28 45 0.85 120
55 % visoka kristaliničnost 0.16 25 0.45 60
Površina-fluorirana 0.08 12 0.20 25
Zamrežen (10% gel) 0.06 9 0.15 18
Fluorirano + visoka kristaliničnost 0.04 6 0.08 10
Morfologija luknjičaste korozije
Razgradnja klorata povzroči lokalizirane agresivne pogoje. Jamice izvirajo blizu meja zrn in se hitro širijo:

Pit Initiation Time (hours) Pit Growth Rate (µm/year) Permeation Rate (mg/cm²·day)Pit Depth at 8000h (mm) Failure Mode 0.04 >8000 10 0.08 Brez napake
0.08 5000 25 0.20 Sprejemljivo 0.16 2500 60 0.45 Zmerno luknjanje 0.28 1200 110 0.85 Hudo tveganje skozi-steno
Alternative osnovnim materialom
Standardni Incoloy 825 je občutljiv na napad s kloratom. možnosti:

Stopnja korozije kovinskega jedra v okolju ClO₃⁻ (mm/leto) Združljivost stroškovnega faktorja s prežetim kloratom
Incoloy 825 0.06 (pitting) 1,0x Slabo (pitting)
Hastelloy C-276 0.01 Superb 2,5x
Razred titana 2 0.005 Odlično (pasivno) 1,8x
Cirkon 702 0.002 Superior 5x
tantal<0.001 Superior 10x
Čas in debelina prepustnosti stene
Za fluoriran PFA + visoka kristaliničnost (prepustnost 0,04 mg/cm²·dan):

Debelina stene Globina jame pri 10.000 urah (mm) Življenjska doba (do 0,5 mm lukenj) Čas začetka jame (ure)
1,5 mm 6,000 0.15 25,000h 2,0mm 8,000 0.10 35,000h 2,5mm 10,000 0.08 45,000h 3,0mm 12,000 0.06 55,000h pH in temperaturni učinki
Klorat hitreje razpade pri nižjih pH vrednostih. Stopnja razgradnje se podvoji pri pH 3 in polovica pri pH 5. Kritična je tudi temperatura: pri 90 stopinjah se prepustnost podvoji; pri 70 stopinjah prepustnost pade za 60 %.

Smernice za specifikacije storitev natrijevega klorata
Določite PFA z visoko kristaliničnostjo (55 % najmanj) s površinskim fluoriranjem, debelino stene 2,5 mm in jedrom iz Hastelloy C-276 za 40 % NaClO₃ pri 80 stopinjah in pH 4. Zahtevajte potrditev dobavitelja o prepustnosti klorata pod 0,06 mg/cm²·dan pri 80 stopinjah. Za neprekinjeno proizvodnjo klorovega dioksida (8000 ur letno) uporabite 3,0 mm stene z jedrom iz titana za življenjsko dobo najmanj pet let. Premija za fluorirano PFA z visoko kristaliničnostjo (40–60 % nad standardom) je upravičena s preprečevanjem luknjanja jedra pri nastajanju ClO₂, kjer nenačrtovano zaprtje stane 10.000–30.000 USD na dan. Za sisteme za raziskave in razvoj je PFA z visoko kristaliničnostjo s 3,0 mm stenami in jedrom iz Incoloyja lahko primeren z letnim pregledom jedra. Za optimalno odpornost proti koroziji določite tantalovo jedro in četrtletno spremljanje prepustnosti. Ne glede na preostalo debelino PFA jedro zamenjajte, ko je globina luknjičaste luknje večja od 0,3 mm.