За цев за грејач од титанијума која се користи за претходно загревање 40% раствора натријум хидроксида на 80 степени, зашто је титанијум степена 7 пожељнији у односу на степен 2 упркос истој дебљини зида?

Фундаменталне промене-у избору квалитета титанијума за каустичну услугу
Титанијум не само да је веома отпоран на корозију у већини водених раствора, већ има и одличну отпорност на корозију у врућим, концентрованим каустичним растворима као што је натријум хидроксид (НаОХ). Титанијум 2. степена (комерцијално чист) формира заштитни филм титанијум диоксида у неутралним и киселим растворима, али се оксидни филм раствара да би се створио растворљиви натријум титанат у концентрованом каустику на високој температури. Ово доводи до сталног стањивања и, што је још важније, апсорпције водоника што доводи до кртости. Титанијум (Ти-0,15% Пд) степена 7 садржи паладијум, племенити метал, који помера потенцијал корозије у пасивни регион чак иу редукционом или каустичном окружењу. Укључивање паладијума омогућава Граде 7 да формира издржљив пасивни филм у 40% НаОХ на 80 степени, док Граде 2 кородира непожељним темпом. Ова анализа упоређује две класе при истој дебљини зида и зашто је изабрана класа 7 иако је цена материјала већа.

„Проблеми механичког интегритета – корозија и крхкост водоника у каустици“
Титанијум 2. степена има стопе корозије од 0,1-0,3 мм годишње у 40% НаОХ на 80 степени, на основу тестирања урањања према АСТМ Г31 . За типичну дебљину зида од 1,2 мм, ово одговара времену перфорације од 4-12 година, што би се исплатило. Међутим, најозбиљнији сценарио квара је кртост водоником. У каустици, реакција корозије ствара атомски водоник: Ти + 4ОХ⁻ → ТиО₂ + 2Х₂О + 4е⁻ (анодни) 2Х₂О + 2е⁻ → Х₂ + 2ОХ⁻ Ат у (катодни диоксид) претвара у титан водоник у облику крхки титанијум хидрид (ТиХ 2 ) на границама зрна. Степен 2, у 40% НаОХ на 80 степени, брзина узимања водоника је око 50-100 ппм/месечно. Изнад 200-300 ппм концентрације водоника титанијум постаје крт и подложан је пуцању под термичким или резидуалним напрезањем. Овај недостатак кртости се дешава пре него што се зид много истањи и често са мало видљиве корозије. У каустичним предгрејачима, кварови на титанијумским цевима степена 2 настају у виду пукотина на завареним или полупречникима савијања, у року од 12-18 месеци. Међутим, дебљина зида је блиска оригиналу.

Титанијум 7 степена са 0,12 до 0,25 процената паладијума делује другачије. Паладијум је катодни катализатор за рекомбинацију атомског водоника у молекул Х 2 који не улази у решетку титанијума. Потенцијал корозије степена 7 у 40% НаОХ на 80 степени је отприлике +0.2 В у односу на СХЕ, у поређењу са -0,3 В за степен 2-а 500 мВ помера у пасивни опсег. Стопа корозије за степен 7 је мања од 0,01 мм/год, а апсорпција водоника се не може детектовати (<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.

Утицај на термичке перформансе: Исти пренос топлоте
Топлотна проводљивост титанијума степена 2 и 7 је веома слична (17 В/м·К на 80 степени) пошто је додатак паладијума само 0,15%. Температура спољне површине и брзина преноса топлоте су исти за исту дебљину зида и густину снаге. Дакле, одабир степена 7 нема топлотних трошкова. Главни недостатак је разлика у цени материјала (Град 7 је око 50-70% скупљи од степена 2).

Матрица за избор степена каустичне услуге: синтеза{0}}замена
Концентрација и температура НаОХ Степен 2 Животни век (1,2 мм зид) Град 7 Живот (1,2 мм зид) Препоручени степен Цоре Инжењерско образложење
20% НаОХ, 60 степени > 10 година > 15 година Оцена 2 Оцена 2 је адекватна; Оцена 7 је преко{7}}наведена.
30% НаОХ, 70 степени 3 – 5 година (кртост) 10 година Степен 7 Степен 2 пропада услед водоничног пуцања пре перфорације корозијом.
40% NaOH, 80°C 1 to 2 years (embrittlement) >10 година Оцена 7 Оцена 2 није погодна. Потребан додатак паладијума.
50% НаОХ, 90оЦ < 6 месеци 5 – 8 година Степен 7 Чак и Град 7 има скраћени животни век; истражити друге материјале.
40% НаОХ, 80 степени, са хлоридима (контаминирани) < 6 месеци 3 – 5 година Степен 7 + ЦП Хлориди повећавају питтинг, ЦП може бити неопходан.
Инжењеринг изнад нивоа: стање површине и заваривање
Титанијум 7. степена ће радити како се очекује у нагризајућим условима само ако површина није контаминирана гвожђем. Галванске ћелије формиране од уграђених честица гвожђа локално оштећују пасивни слој и доводе до рупица чак и код степена 7. Након производње следи кисељење у 10% ХНО₃ + 2% ХФ током 5 минута да би се уклонило површинско гвожђе. Степен заваривања 7 прати исте мере предострожности као и степен 2 (заштита аргоном, без контаминације) и метал шава задржава отпорност на корозију сличну основном металу пошто паладијум остаје у раствору. Жарење након завара није неопходно за каустичну употребу, али се може користити за ублажавање напрезања.

Закључак: Дебљи каустични захтеви за оцену 7 чак и при истој дебљини зида
Титанијум степена 7 је веома пожељнији у односу на титанијум степена 2 за цев од титанијумског грејача која загрева 40% натријум хидроксида на 80 степени чак и када су оба наведена на истој дебљини зида. Степен 2 пропада услед водоничне кртости након 1-2 године због апсорпције водоника из реакције каустичне корозије. Степен 7 остаје пасиван и отпоран је на узимање водоника више од 10 година. Присуство 0,15% паладијума мења потенцијал корозије у пасивни регион, смањује брзину корозије за фактор 30 и спречава апсорпцију водоника. За термичке перформансе нема разлике између ове две категорије. Повећана цена материјала за Граде 7 оправдава се знатно дужим веком трајања. За концентровану нагризајућу употребу, користите грејаче од титанијума 7 степена са документованом концентрацијом паладијума (0,12 до 0,25%) и декапирањем након производње да бисте створили чисту, пасивну површину. За ову примену, Граде 2 треба одбацити без обзира на дебљину зида.