Приликом одабира титанијумског грејача-отпорног на корозију за примену у морској води, како стабилност површинског оксидног слоја мења дуготрајне-перформансе?

Metallic immersion heaters are one of the hardest electrolyte medium in sea water. In a chloride rich environment (about 19,000 ppm) in the presence of dissolved oxygen, different pH and biofouling potential most engineering alloys will rapidly degrade. The remarkable corrosion resistance of titanium in seawater is related to the spontaneously produced and thermodynamically stable TiO 2 passive layer, which is usually 2-5 nm thick . But the long term performance of a titanium heating tube in seawater depends not only on the inherent qualities of the base metal but also on the stability of this oxide layer under cyclic thermal and electrochemical stress. If the oxide is stable, it will give you decades of trouble free service. If it is unstable, localized pitting, hydrogen absorption and untimely failure will result. Formation and Destruction Mechanisms of Oxide Films in Marine Service Titanium spontaneously develops a passive layer in contact with oxygenated sea water. Stability is defined by three parameters, the electrochemical potential at the tube surface, the local pH at the metal-fluid interface and the temperature gradient in the sheath. Ideally, if the oxide is mechanically damaged, it will heal itself in seconds. But the difference in thermal expansion between the oxide and the metal substrate leads to micro-strains when a titanium heater is cycled between ambient and severe temperatures (e.g. 25°C to 80°C in a seawater tank). Repeated cycling can generate nano-scale cracks, exposing fresh titanium. If the surrounding seawater has a low level of dissolved oxygen (such as in stagnant areas, or underneath biofilms) repassivation is very slow, and the exposed metal starts to corrode locally. The activity of sulfate reducing bacteria reduces the local pH further to 4-5 and enhances oxide solubility. How heater performance deteriorates with time due to oxide instability The deterioration oxide layer is not leading to rapid failure but it is leading to detectable changes in the behavior of the heater. First, the corrosion potential of the titanium tube (E corr ) shifts from the passive area (typically +0.1 to +0.3 V vs. SCE) to active values (less than -0.3 V vs. SCE). This evolution can be monitored periodically using electrochemical measurements. Second, localised breakdown of the oxide allows access of chloride ions to the metal substrate and induces metastable pitting. Each metastable pit event gives rise to a small current transient which can be measured but has not yet pierced the wall. Third, after the stable pits are produced, the heat transfer area is reduced, thus increasing the local heat flow at the remaining intact oxide. The higher flux raises the temperature of the metal and further deteriorates the oxide in a positive feedback loop. Data from seawater cooled heat exchangers suggests that a 20% drop in the oxide stability (i.e., an increase in the passive current density) corresponds to a 35% loss in the remaining tube life. Oxide Management with a Scenario Based Strategy The following table is a decision guide for selection and maintenance of titanium heaters according to service circumstances in seawater and priorities for oxide stability. Scenario & Main Concern of Seawater UsageProposed Improvement on Oxide Stability Basic Rationale & Change in Performance High flow (>1 м/с), континуално аерирано загревање морске воде са отвореним кругом Титанијум степена 2 као нацртано није примењена површинска обрада Остаци природног оксида. Кисеоник је веома доступан. Покрет спречава стагнацију. Више није потребно побољшање. Ниски проток или стационарни резервоари морске воде (докови, загревање баластне воде)Анодна пасивизација или пре{6}}оксидована цев (топлотна нијанса на 400 Ц) Густи вештачки оксид (до 50 нм) може да преживи распад у условима ниског кисеоника. Прихвата мало већу отпорност на топлоту. Периодично биообраштање и шок хлоринације Ињекција морске воде Титанијум обложен племенитим металом (паладијум, 0,5 µм). Пд убрзава репасивацију оксида након излагања Цл. Промените начин квара са питинга на равномерно растварање брзу брзину испаравања слана вода (70-90 степени) Катодна заштита грејача (-0,6 В у односу на Аг/АгЦл) Стабилност оксида по цену спољашњег напона преко критичне температуре. Заштитна струја мора се с времена на време проверавати. Фактори дизајна за дугорочну поузданост (додатни) Дебљина зида је мање важна од стабилности оксида у морској води. Без обзира колико је дебела цев, свака цев са нестабилним оксидом ће проћи кроз неколико месеци. Напротив, цев са добром оксидном стабилношћу и танким зидовима (0,6 мм) може да издржи годинама у чистој текућој морској води. Неопходно је редовно чистити да бисте уклонили биофилмове, одржавали нивое раствореног кисеоника изнад 5 ппм и спречили катодну прекомерну заштиту (која би могла да подстакне апсорпцију водоника). Ако наведете грејач од титанијума за употребу у морској води, затражите од добављача податке о спектроскопији електрохемијске импедансе (ЕИС) који показују отпор пасивног филма у синтетичкој сланој води на наведеној радној температури. Спецификација-Управљана спецификацијама Приликом одабира титанијумског грејача отпорног на корозију за морску воду, мора се прећи са својстава масивног метала на својства површинског оксида. Цеви од природног оксида Стандард Граде 2 ефикасно раде у апликацијама са високим протоком и газирањем. Пре-оксидација или премази од племенитих метала модификују начин квара од брзог питтинга у стагнирајућим, врућим или биообрастаним условима до константног, предвидљивог разређивања. Комбинујте контролу стабилности оксида са правилним интервалима чишћења и праћењем раствореног кисеоника. Овај приступ претвара титанијумски грејач из пасивног елемента у предвидљиву компоненту дугог века трајања у поморском окружењу.