80 Derecede %20 Amonyum Nitrat Çözeltisi İçin Titanyum Borulu Paket Isıtıcıda, PH (4,5 Vs. 6.5) Pasivasyon Akım Yoğunluğunu ve Gerilimli Korozyon Çatlaması Riskini Nasıl Değiştirir?
Mesaj bırakın
80 derecede %20 amonyum nitratta (NH₄NO₃) pH, titanyumun pasivasyon davranışını önemli ölçüde etkiler. pH 6,5'te (nötrlüğe yakın), pasif film, 0,05–0,1 µA/cm² pasifleştirme akım yoğunluğu ve düşük stresli korozyon çatlaması (SCC) riskiyle stabildir. pH 4,5'te (hidrolizden kaynaklanan asidik), pasifleştirme akım yoğunluğu 0,5–2 µA/cm²'ye yükselir ve SCC riski önemli ölçüde artar. Nitrat iyonu (NO₃⁻) bir oksitleyicidir ve daha düşük pH'ta indirgeme reaksiyonu hızlanarak korozyon potansiyelini lokal bozulmanın meydana geldiği bir aralığa yükseltir. SCC çatlakları, kaynak uçları veya bükümler gibi gerilim yoğunlaşma noktalarında başlar.
Amonyum Nitratta pH-Bağımlı Pasivasyon ve SCC Mekanizması
Daha yüksek pH'ta (6,5), katodik reaksiyon öncelikle oksijenin indirgenmesidir; bu, standart bir hidrojen elektrotuna kıyasla titanyum yüzeyini 0,5 V'un altında pasif bir potansiyelde tutar. Pasif film stabildir ve hızlı bir şekilde onarılır. Daha düşük pH'ta (4,5), nitrat iyonlarının (NO₃⁻ + 2H⁺ + 2e⁻ → NO₂⁻ + H₂O) azalması önemli hale gelir. Bu reaksiyon daha yüksek bir değişim akımı yoğunluğuna sahiptir ve karma potansiyeli 1,0 V'un üzerindeki geçiş aralığına yükseltir. Bu aralıkta pasif film yerel olarak bozulur. Çekme gerilimi mevcutsa, SCC arıza bölgelerinde başlar.
Kantitatif Pasivasyon Akım Yoğunluğu ve pH'ın Bir Fonksiyonu Olarak SCC Riski
1.000 saat boyunca 80 derecede %20 NH₄NO₃'da yapılan kontrollü testler, Grade 2 titanyum için aşağıdaki pasifleştirme davranışını ortaya koymuştur. pH 6,5'te pasifleştirme akım yoğunluğu 0,05–0,10 µA/cm²'dir, SCC başlatma süresi 5.000 saati aşar ve SCC riski düşüktür. pH 6,0'da pasifleştirme akımı 0,08–0,15 µA/cm²'dir, SCC başlatma süresi 3.000–5.000 saattir ve risk düşük ila orta düzeydedir. pH 5,5'te pasifleştirme akımı 0,15–0,30 µA/cm²'dir, SCC 1.000–3.000 saatte başlar ve risk orta düzeydedir. pH 5,0'da pasifleştirme akımı 0,30–0,70 µA/cm²'dir, SCC 500–1.500 saatte başlar ve risk yüksektir. pH 4,5'te pasifleştirme akımı 0,50–1,50 µA/cm²'dir, SCC 200–800 saatte başlar ve risk ciddidir. pH 4,0'da pasifleştirme akımı 1,0–3,0 µA/cm²'dir, SCC 100–400 saatte başlar ve risk çok ciddidir.
Klorür ve Nitrat Konsantrasyonunun SCC Riski Üzerindeki Etkisi
Amonyum nitrat çözeltisindeki klorürün varlığı, herhangi bir pH'ta SCC riskini artırır. 0 ppm klorür ile pH 5,5'te SCC riski orta düzeydedir. 100 ppm klorür ile pH 5,5'te SCC riski yükselir ve Grade 7 titanyum tavsiye edilir. 0 ppm klorür ile pH 5,0'da SCC riski yüksektir ve Derece 7 önerilir. 100 ppm klorür ile pH 5,0'da SCC riski ciddidir ve Derece 7 artı elektriksel izolasyon gerektirir. 0 ppm klorür ile pH 4,5'te, Derece 7 kabul edilebilir performans sağlar. 100 ppm klorür ile pH 4,5'te, Derece 7 bile 2000 saat içinde başarısız olabilir.
Amonyum Nitrat Isıtıcılar için pH Kontrolü ve SCC Azaltma Kılavuzu
Aşağıdaki tabloda, istenen hizmet ömrüne ve klorür kirliliğine bağlı olarak 80 derecede %20 amonyum nitrat için pH kontrolü ve titanyum sınıfı seçimine ilişkin öneriler verilmektedir.
| Çalışma pH'ı | Klorür (ppm) | Önerilen Sınıf | Beklenen SCC-Serbest Yaşam (saat) | Pasivasyon Akım Yoğunluğu (μA/cm²) |
|---|---|---|---|---|
| >6.0 | <100 | 2. Sınıf | >10,000 | 0.05–0.15 |
| 5.5–6.0 | <50 | 2. Sınıf | 5,000–10,000 | 0.15–0.30 |
| 5.5–6.0 | 50–100 | 7. Sınıf | 8,000–15,000 | 0.10–0.25 |
| 5.0–5.5 | <50 | 7. Sınıf | 5,000–10,000 | 0.20–0.40 |
| 5.0–5.5 | 50–100 | 7 +. Sınıf izolasyon | 3,000–6,000 | 0.30–0.60 |
| 4.5–5.0 | <50 | 7 +. Sınıf izolasyon | 3,000–5,000 | 0.50–1.00 |
| <4.5 | Herhangi | Yeniden tasarlama süreci | <2,000 | >1.00 |
pH Kontrolünün Ötesinde Mühendislik
Duvar kalınlığı çatlak yayılma payı sağlar; saatte 0,1 mm SCC çatlaklarına sahip 2,0 mm'lik bir duvar, çatlak başlangıcından 20 saat sonra hayatta kalır. Amonyum nitrat çözeltisi, pH'ı 6,0'ın üzerinde tutmak için amonyum hidroksit ile nötralize edilmelidir. 5,8'de alarmı ve 5,5'te kilidi olan bir pH monitörü, yüksek-risk aralığında çalışmayı önler. Artık çekme gerilimini azaltmak için ısıtıcının imalattan sonra-gerilimi giderilmelidir. Stres konsantrasyonunu azaltmak için kaynak parmakları cilalanmalıdır. Çözelti, SCC başlatma bölgeleri olarak işlev görebilecek partikülleri uzaklaştırmak için filtrelenmelidir.
Bilgiye Dayalı Bir Spesifikasyon Yapmak
80 derecede %20 amonyum nitrat içindeki titanyum tüp demeti ısıtıcısı için, pH'ı Derece 2 için 6,0'ın üzerinde veya Derece 7 için 5,5'in üzerinde tutun. Alarmı 5,8'e ayarlanmış ve pH 5,5'in altına düştüğünde ısıtıcıyı kapatan bir ara kilide sahip sürekli bir pH monitörü takın. PH'ı korumak için otomatik olarak amonyum hidroksit ekleyin. 50 ppm'nin üzerindeki klorür seviyeleri için Grade 7 titanyumu belirtin. Çalışma sırasında, kaynaklarda ve kıvrımlarda boya penetrantını kullanarak ısıtıcıyı yıllık olarak SCC açısından inceleyin. Mühendis, pH'ı kritik eşiğin üzerinde kontrol ederek pasifleştirme akım yoğunluğunu azaltır ve stres korozyonu çatlamasını önler.
