250 derecede %5 Asetik Asit ve 200 ppm Klorür içeren Yüksek-Basınçlı Otoklavda Çalışan Titanyum Isıtma Borusu için, Teflon Conta Altında Çatlak Korozyonuna Direnmek İçin Hangi Duvar Kalınlığı Gereklidir?

Yüksek Sıcaklıklı Otoklavlar için Titanyum Isıtıcılar Tasarlarken-Kritik Dengeler
Yüksek basınçlı otoklavlarda 250 derecede 200 ppm klorür ve %5 asetik asit titanyum için zorlu bir ortamdır. Titanyum normalde asetik asite karşı dayanıklıdır ancak yüksek sıcaklık, klorürler ve Teflon (PTFE) contanın birleşimi çatlak korozyonu için büyük bir tehlike oluşturur. Otoklav kafası boyunca ısıtıcı girişini kapatan PTFE conta, titanyum kılıf-conta arayüzünde sıkı bir boşluk oluşturur. Bu çatlakta oksijen kaybolur, klorürler yoğunlaşır ve titanyum klorürün hidrolizi nedeniyle pH lokal olarak düşer. Klorür çözeltilerindeki Grade 2 titanyumun kritik aralık sıcaklığı (CCT) normalde 70-80 derecedir. 250 derecede titanyum CCT değerinin çok üzerindedir ve aralık geometrisi değiştirilmediği veya titanyum alaşımlanmadığı sürece aralık korozyonu hızlı bir şekilde başlayacaktır. Çatlak korozyonu duvar kalınlığının bir fonksiyonu olmaya başladıktan sonra delinmeye kadar geçen sürede başlama engellenemez. Bu araştırma, kaçınılmaz çatlak durumları altında tolere edilebilir bir hizmet ömrü için gerekli duvar kalınlığını tahmin etmektedir.

250 Derecede Aralık Korozyonunun Kinetiği: Mekanik Bütünlük İçin Etkiler
Derece 2 titanyum üzerindeki pasif kaplama, 250 derecede klorürlerin varlığında, bir çatlak olmasa bile termodinamik olarak kararsızdır. 250 derecede 200 ppm Cl- ile %5 asetik asitte düzgün korozyon oranı yaklaşık 0,1-0,2 mm/yıldır. Bununla birlikte, PTFE contanın altında çatlak korozyonunun hızı 10-50 kat daha yüksektir. Simüle edilmiş otoklav koşullarında yapılan elektrokimyasal testler, yarık büyüme oranlarının yılda 2-5 mm olduğunu göstermektedir. 1,0 mm'lik bir duvar için bu, 2,5–6 ay içinde delinmeyi öngörür. 2.0 mm duvar: 5-12 ay içinde delinme. Perforasyon duvarı 3,0 mm 7-18 ay. Geniş yayılma, conta sıkıştırması, yüzey kalitesi ve oksijen konsantrasyonundaki heterojenlikten kaynaklanmaktadır. Daha da önemlisi, bağlantı aslında doğrusaldır: duvar kalınlığının iki katına çıkarılması, delme süresini iki katına çıkarır. Daha kalın duvarların faydalarının katlanarak artabileceği pasifleştirilmiş korozyondan farklı olarak, 250 derecede aralık korozyonu, saldırıyı durdurmak için stabil bir pasif kaplama oluşturamaması nedeniyle doğrusal kinetik sergiler.

Arıza, conta-kılıf arayüzünde, genellikle conta kenarından 5-10 mm uzakta meydana gelir. Başlangıç ​​sonrasında korozyon oluğu hızla gelişir. Isıtıcı, daldırılan parçanın delinmesiyle değil, girişteki sızıntı nedeniyle arızalanır. Arıza sonrası-incelemede contanın altında keskin bir bıçak-oluğu görülüyor.

Termal Performans Üzerindeki Etki: Sıcaklık Değişimi ve Conta Bozulması
Contanın genellikle ısıtıcının soğuk ucunda (ısıtılmış bölgenin üstünde) bulunması nedeniyle, conta bölgesindeki titanyum duvar boyunca termal gradyan küçüktür. Ancak kılıftan yukarıya aktarılan ısı conta sıcaklığını artırır. 250 derecelik bir otoklav için conta alanı sıcaklığı, duvar kalınlığına ve ısıtılmamış kısmın uzunluğuna bağlı olarak 150-200 derece olabilir. PTFE 260 derecenin üzerinde kırılır, ancak 200 derece civarında yumuşar ve sürünür, bu da conta üzerindeki baskıyı artırır ve aralık aralığını azaltır. Sığ bir çatlak (< 0.05 mm) increases the crevice corrosion because the diffusion of the oxygen is totally prevented. Thicker wall is more conductive for heat transfer to the gasket (lower thermal resistance per unit length). This may result in a 10-20°C increase in gasket temp for a 2.0 mm wall over a 1.0 mm wall. The increase in temperature brings an increase in PTFE creep and crevice corrosion kinetics which partly offsets the benefit of the increased wall thickness.

Sentez-Değişimi: 1 Yıllık Hizmet Ömrü için Duvar Kalınlığı
Duvar Kalınlığı (mm) Tahmini Aralık Korozyon Oranı (250 derecede mm/yıl) Delinmeye Kadar Geçen Süre (ay) Conta Sıcaklığı (derece) 1 Yıllık Ömür için Önerilir mi?
1,0 mm 3,5 mm/yıl (tipik) 3,5 ay 180 derece Hayır
1,5 mm 3,5 mm/yıl 5 ay 185 derece Hayır
2,0 mm 3,5 mm/yıl 7 ay 190 derece Hayır (12 aydan önce kopma)
2,5 mm 3,5 mm/yıl 8,5 ay 195 derece Hayır
3,0 mm 3,5 mm/yıl 10 ay 200 derece Kenar (12 aya ulaşmayabilir)
4,0 mm 3,5 mm/yıl 13,5 ay 210 derece Evet (PTFE'nin bozulma riski)
Veriler, 4,0 mm'lik bir duvarın bile 3,5 mm/yıl aralık korozyon oranında 13,5 aydan fazla dayanamayacağını ve conta sıcaklığının (210 derece) PTFE için tavsiye edilen maksimum sıcaklığın (200 derece sürekli) ötesinde olduğunu göstermektedir. Agresif aralık koşullarında 1 yıllık hizmet ömrü sağlamak için yalnızca duvar kalınlığına güvenilemez.

Duvarın Ötesinde Mühendislik: Çatlak Giderme ve Alaşım Yükseltmesi
Duvar kalınlığı çatlak korozyonu ömrünü yalnızca doğrusal olarak artırdığından, mühendislikte çatlak gelişiminin önlenmesine veya titanyum alaşımının iyileştirilmesine önem verilmelidir. İlk olarak, PTFE conta, çatlağı ortadan kaldıran kaynaklı bir titanyum--flanş bağlantısıyla-değiştirilir. Kaynaklı bir conta (örneğin, otoklav kafasına kaynaklanmış bir titanyum saplama tüpü), korozyon bölgesi olan conta-kılıf arayüzünü ortadan kaldırır. İkincisi, titanyum 2. sınıftan 7. dereceye yükseltildiğinde kritik çatlak sıcaklığı ~150 dereceye yükselir (Ti-%0,15 Pd). 250 derecede Grade 7 hala paslanır, ancak yılda 0,5-1,0 mm veya Grade 2'den 3-7 kat daha yavaştır. 2,0 mm et kalınlığına sahip Grade 7 tüpün servis ömrü 2-4 yıldır. Üçüncü olarak, conta bölgesindeki titanyum kılıfın üzerine PTFE ısıyla daralan manşon uygulandı. Manşon, doğrudan metal aralık temasını önlemek için titanyum ile conta arasında bir bariyer görevi görür.

Sonuç: Duvar kalınlığı tek başına yeterli değildir; çatlakların giderilmesi gerekir
250 derecede %5 asetik asit ve 200 ppm klorür içeren yüksek-basınçlı bir otoklavdaki titanyum ısıtma tüpü için, bir PTFE contanın altında aralık korozyonuna dayanmak için gereken duvar kalınlığı makul olmayacak derecede büyüktür (4,0 mm veya daha fazla) ve 18 aydan daha kısa bir hizmet ömrü sağlar. Aralık korozyonunun bu sıcaklığı doğrusaldır (yılda 2-5 mm), dolayısıyla daha kalın bir duvar, buna bağlı olarak daha uzun ömür anlamına gelir. Önerilen çözüm, çatlağı ortadan kaldırmak için titanyum kılıfı doğrudan bir titanyum halka veya flanş üzerine kaynaklamak veya PTFE manşon bariyerli Grade 7 titanyum kullanmaktır. Contalı bir nüfuza ihtiyaç duyulursa, minimum 2,5 mm et kalınlığına sahip Grade 7 titanyum, conta alanı üzerinde PTFE ısıyla büzüşen manşon ve aralık açma için 6 aylık bir inceleme aralığı belirtin. En iyi alaşım, duvar kalınlığı ve sızdırmazlık yöntemi kombinasyonunu belirlemek için üreticiye otoklav çalışma sıcaklığını, klorür konsantrasyonunu ve tahmini hizmet ömrünü verin. Bu zorlu ortamda duvar kalınlığı yeterli olmayacaktır.