Hur ändrar den kvarvarande kolföroreningen från sugning av smörjmedel (0,05 mg/cm² vs . 0.5 mg/cm²) den kritiska punktföroreningstemperaturen för en titanvärmare i 1 % HCl vid 70 grader?

Resterande kolförorening av titanvärmarrör från klorerade paraffindragningssmörjmedel är ett vanligt tillverkningsproblem. När värmaren sätts i 1% saltsyra vid 70 grader, sönderdelas kolresterna oxidativt vid lokala punkter, vilket skapar reducerande omständigheter som leder till nedbrytning av den passiva filmen. Den kritiska gropbildningstemperaturen (CPT), som är den temperatur vid vilken stabil gropfrätning startar, minskar med ökningen av ytkolkontamination. För en ren yta som innehåller 0,05 mg/cm$^2$ kol är CPT cirka 75 grader i 1 % HCl, vilket ger en säkerhetsmarginal på cirka 70 grader . För en förorenad yta med 0,5 mg/cm2 kol minskar CPT till 50–55 grader, vilket innebär att gropbildning uppstår vid normala driftstemperaturer på 70 grader.

Mechanism of Carbon-Inducerad sänkning av kritisk punktfrätningstemperatur

Vid höga temperaturer kombineras resterande kol med spår av syre eller vatten för att producera kolmonoxid och koldioxid. Denna reaktion använder syre vid titanytan, vilket ger en lokalt reducerande miljö. Nedbrytning av den passiva beläggningen från TiO 2 till Ti 2 O 3 eller till och med till metalliskt titan minskar gropbildningspotentialen. Kolpartiklar används också som spaltplatser för klorider att koncentrera sig. Den kombinerade effekten orsakar en 15–25 graders minskning av CPT vid måttliga föroreningsnivåer. Skiftet skalar nästan logaritmiskt med kolbelastning, med varje decennium av ökande kolföroreningar minskar CPT med 10-15 grader C.

Kvantitativ variation av den kritiska punktfrätningstemperaturen med kolinnehåll

Titanium Grade 2 CPT-värden har bestämts genom kontrollerad potentiostatisk testning i avluftad 1% HCl med varierande mängd ytkol. CPT är 75-80 grader med kolkontamination < 0,05 mg/cm2 (korrekt rengjord) och säker drift vid 70 grader utan gropfrätning efter 1 000 timmar. Med kol vid 0,05-0,10 mg/cm2 sjunker CPT till 65-70 grader; borderline operation vid 70 grader resulterar i gropbildning efter 200-500 timmar. Vid 0,10-0,25 mg/cm² kol är CPT 55-65 grader, gropbildning sker vid 70 grader på 50-200 timmar och gropdjupet är 0,1-0,3 mm på 500 timmar. Vid 0,25–0,50 mg/cm2 kol sänks CPT till 45–55 grader och vid 70 grader sker snabb gropbildning inom 10–50 timmar med allvarlig attack. Om synliga rester finns och kolet är över 0,50 mg/cm², är CPT under 40 grader och gropbildning sker omedelbart vid 70 grader.

Inverkan av HCl-koncentration på kolinducerad CPT-förskjutning

Storleken på CPT-förskjutningen är HCl-koncentrationsberoende. För 0,5 % HCl är CPT 90 grader för en ren yta och 70 grader för en yta med 0,25 mg/cm2 kol, en förskjutning på 20 grader . Vid 1,0 % HCl är den rena CPT 78 grader och den förorenade CPT är 58 grader, ytterligare 20 graders förändring. Vid 2,0 % HCl är den rena CPT 65 grader och den kontaminerade CPT är 45 grader, en 20 graders förskjutning igen. Den rena CPT är 55 grader vid 3,0 % HCl medan den kontaminerade CPT är 35 grader, en förändring på 20 grader. Den enhetliga 20-gradersförskjutningen över koncentrationsintervallet visar att effekten av kolföroreningar på den absoluta CPT är en konstant förskjutning, inte en relativ förskjutning.

Gränser för kolkontamination och rengöringsvalidering för 70 graders HCl-service

Följande tabell visar de maximala mängderna kolkontamination som säkert kan användas vid 70 grader i 1 % HCl, med rekommenderade rengöringsmetoder och verifieringstester.

Mållivslängd vid 70ºCVerifieringstest för erforderlig rengöringsmetod Maximalt tillåtet kol (mg/cm2)5 år<0.05Alkaline clean, ultrasonic, and vapor degreaseSolvent extraction + gravimetric 2-5 years <0.10Vapor degrease + alkaline washWater break test (continuous film)
1–2 år<0.15Visual inspection (no smears) Vapor degreasing solely
<1 year (intermittent) <0.25 Solvent wipe None
Not acceptable >0,25 Reclean N/A
Engineering Beyond Carbon Removal och betygsvalet

CPT-skiftet från kolföroreningen påverkas av titankvaliteten. Grad 7 (palladium-stabiliserad) har en baslinje-CPT 15–20 grader högre än grad 2, därför har en förorenad grad 7-värmare med 0,25 mg/cm2 kol en CPT på ~65 grader, vilket fortfarande är under 70 graders drift. Så Betyg 7 eliminerar inte risken, det ger en marginal. CPT påverkas inte av väggtjockleken men varaktigheten för gropens utbredning påverkas. En väggtjocklek på 2,0 mm med gropbildning i en hastighet av 0,1 mm per timme skulle överleva i 20 timmar, vilket möjliggör detektering. Kolkontamination kan elimineras genom plasmarengöring eller vakuumbakning vid 300 grader i 2 timmar, vilket sänker kolet till under 0,01 mg/cm². ASTM F331 lösningsmedelsextraktion är den mest robusta metoden för att mäta kvarvarande kol.

En kunnig specifikation

Behöver en maximal återstående kolkontamination på 0,05 mg/cm2 (lösningsmedelsextraktion ASTM F331) för en titanvärmare i 1% HCl vid 70 grader. Definiera en rengöringsprocedur: ångavfettning med trikloretylen eller ett alternativt acceptabelt lösningsmedel, alkalisk rengöring vid 60 grader i 10 minuter, ultraljudsrengöring i avjoniserat vatten och torkning i ren och filtrerad luft. För viktiga applikationer, specificera ett verifieringstest efter rengöring: Doppa en provkupong i 1 % HCl vid 70 grader i 168 timmar och undersök om det finns gropbildning under 50× mag; avvisa partiet om några gropar observeras. Om kolhalten är okänd på befintliga värmare, gör ett vattenbrottstest efter rengöring. Om vatten inte bildar en kontinuerlig hinna på ytan måste den rengöras igen. Ingenjören kontrollerar kvarvarande kolkontamination till 0,05 mg/cm2, så att den kritiska groptemperaturen är över 70 grader för att undvika för tidig gropbildning i utspädd saltsyra.