När man använder ett elektriskt värmerör av titan för att koka 20 % saltsyra, hur ändrar syrans halt av löst syre den kritiska gropbildningstemperaturen?

De flesta metaller är ganska aggressiva när det gäller att koka 20% HCl vid en temperatur på cirka 105 grader. Titan rekommenderas normalt inte för HCl-användning på grund av den snabba aktiva korrosionen. Andra tillämpningar kräver dock kort eller reglerad exponering såsom betningslinjer för titandelar eller specifika kemiska förfaranden. Under dessa begränsade förhållanden blir koncentrationen av löst syre i syran det huvudsakliga kriteriet för att fastställa om titan tål även kortvarig användning. Syre fungerar som en katodisk depolarisator och flyttar titanytans potential till det passiva området. Den kritiska gropbildningstemperaturen (CPT)-temperaturen över vilken stabil gropbildning initieras-ökar avsevärt med koncentrationen av löst syre. Titan angrips vid rumstemperatur i avluftad 20 % HCl. I 20 % HCl vid 1 atm partialtryck av syre klättrar CPT till cirka 80 grader, fortfarande under kokpunkten, men tillräckligt högt för en begränsad lågtemperaturservice.

Syre-beroende passiveringsmekanism i saltsyra

Titan kräver en oxiderande atmosfär för att behålla sin passiva TiO2-film. Saltsyra är ett reduktionsmedel, och kloridjoner angriper kraftfullt alla oxiddefekter. Syret i lösningen i syran tillhandahåller den oxidationspotential som är nödvändig för filmåterställning. Syreminskning sker på titanytan: O 2 + 4H + + 4e - → 2H 2 O. Denna katodiska reaktion ökar ytpotentialen och hämmar därmed upplösningen av titan. Om koncentrationen av det lösta syret sänks till ett kritiskt värde, kan den katodiska strömmen på grund av syrereduktionen inte kompensera den anodiska strömmen på grund av titanupplösningen. Ytpotentialen faller in i det aktiva området och likformig korrosion eller gropbildning initieras. Den kritiska punktfrätningstemperaturen är den temperatur vid vilken hastigheten för passiv filmnedbrytning är högre än hastigheten för syreassisterad återpassivering vid en given syrekoncentration.

Kvantitativ förändring av den kritiska gropfrätningstemperaturen med löst syre

CPT-värdena för grad 2 titan i 20 % HCl vid atmosfärstryck ges nedan från kontrollerad testning:

Upplöst syre < 0,5 ppm (avluftad, N2-renad) CPT < 25 grader . Titan vid rumstemperatur - aggressiv korrosion. Korrosionshastighet 2-5 mm/år. Rekommenderas inte för någon het tjänst.

Upplöst syre vid 2–5 ppm (luft-mättad vid 1 atm, typiskt öppet kärl): CPT 45–50 grader . Passivt beteende under 45 grader, korrosionshastighet<0.1 mm/year. Pitting starts within hours at temperatures above 50 °C. Attack is quick and devastating at boiling (105°C).

CPT på 60-65 grader). Upplöst syre vid 10-15 ppm (syregenomsprutad vid 1 atm). ACCEPTERAR VID 60 grader MEN INTE VID KOKTEMPERATUR. Gropdjup 0,5 mm efter 100 timmar vid 65 grader.

Upplöst syre 30-40 ppm (syre 3 atm partialtryck, trycksatt system). CPT 75-80 grader. Vid 75 grader förblir ytan passiv . 20% HCl vid 105oC (1 atm) Fortfarande under kokpunkten

Dissolved oxygen >50 ppm (rent syre under 5 atm, specifik utrustning): CPT 85-90 grader . När inte koktemperatur vid atmosfärstryck utan närmar sig det. Kräver ett trycksatt system för att upprätthålla DO.

Praktiska konsekvenser för service vid kokning av 20 % saltsyra

Bulktemperaturen för 20% HCl som kokar vid atmosfärstryck är 105 grader. Vilken mängd löst syre som helst vid ett partialtryck på 1 atm kan inte höja CPT till 105 grader . 65 grad är den högsta möjliga CPT med syre-mättad syra vid 1 atm. Därför, oavsett syrgasspridning, är användningen av grad 2 titan för att koka 20 % HCl i grunden olämplig. Tryck av syrepartialtryck större än 1 atm skulle kräva ett trycksatt kärl som motsäger koktillståndet. 1. Kokande 20 % HCl: Tantal, zirkonium eller något gjutjärn med hög kiselhalt.

Kontroll av upplöst syre för lågtemperatur-HCl-service

Grad 2 titan med syrgaskontroll anges i följande tabell för HCl-service under CPT.

HCl-koncentration och driftstemperatur Minimum som krävs Upplöst syre Maximal tillåten Kloridkoncentration Rekommenderad driftstrategi
3 ppm (luftmättnad) 40 grader 10% HCl20% Standard öppet kärl. Ingen specifik syrgasspridning krävs.
8 ppm (kontinuerlig luftspridning) 20% 15% HCl 50 grader Placera luftspridaren nära värmaren. Veckovis DO-kontroller
20 % HCl @ 60 grader 15 ppm (kräver syrespridning) 20 % Använd ren syrespridning. Trycksätt kärlet till 2 atm för DO-underhåll Rekommenderas: titan Grade 7.
20 % HCl, 70 grader C. Inte genomförbart vid 1 atm 20 % Grad 2 olämpligt. Använd 3 atm syrespridning på grad 7.
Chlorides >25% Any concentration at >25°CNo benefit >25% Titan Rekommenderas inte oavsett syre.
Alternativ till HCl Service Engineering Boiling

If you need to boil 20% HCl, use tantalum or zirconium heaters instead of titanium. Tantalum is passive even in deaerated acid and has a CPT >150 grader i 20% HCl. Zirkonium är mycket resistent mot kokande HCl i alla koncentrationer. Om titan krävs av ekonomiska skäl, kör driften under 50 grader med kontinuerlig sprutning av syre och acceptera en begränsad livslängd på värmaren på 6-12 månader. Grad 7 titan (palladiumstabiliserat) ger en 10-15 graders ökning av CPT jämfört med grad 2 under samma syreförhållanden och utökar det användbara temperaturområdet till cirka 75 grader med syrgasspridning.

Att göra en informerad specifikation<

Om du funderar på ett elektriskt värmerör av titan för någon saltsyratjänst är det första du ska göra att bestämma eller definiera syrans halt av löst syre. Observera att titan sannolikt inte kommer att ge en tillfredsställande livslängd för applikationer över 60 grader om inte systemet trycksätts för att öka syrelösligheten . 20% HCl, omgivande tryck, kokning. Ange inte titan. Begär istället offerter på tantalklädd eller zirkoniumvärmare. Om processen endast innefattar intermittent kokning (t.ex. rengöringscykler), överväg en avtagbar värmare som kan tas ut ur syran under kokningsperioder. Ingenjören, genom att ha det grundläggande förhållandet mellan löst syre och kritisk groptemperatur, undviker den vanliga fallgropen att tro att titans allmänna korrosionsbeständighet gäller het, koncentrerad saltsyra.