50-prosenttisessa kaliumkarbonaattiliuoksessa 110 asteessa toimivan titaanilämpötangon osalta kuinka liuenneen hapen taso (0,5 ppm vs . 5 ppm) muuttaa titanaattipassivointikerroksen vakautta?

Titaanipinnalle muodostuu suojaava kaliumtitanaattikerros (K2TiO3) 50-prosenttisessa kaliumkarbonaatissa (K2CO3) 110 asteessa. Titanaatin muodostuminen on kriittisesti riippuvainen liuenneesta hapesta (DO). Alhaisella DO:lla (0,5 ppm) titanaattikerros on ohut (0,1–0,5 µm) ja huokoinen ja tarjoaa huonon suojan. Korkealla DO-arvolla (5 ppm) pinnoite on paksu (1-3 pm) ja tiheä, korroosionopeus pienenee 5-10 kertaa. Titanaattikerros muodostuu reaktiolla TiO 2 + K 2 O → K 2 TiO 3, jossa K 2 O syntyy K 2 CO:n 3 . hajoamisesta.

Liuenneen hapen vaikutuksen mekanismi titanaattikerroksen muodostumiseen

Happi on välttämätöntä titaanipinnan pitämiseksi passiivisessa tilassa, jossa TiO_2 voi kasvaa. TiO2 reagoi K2CO3:n läsnä ollessa ja muodostaa K2TiO3:a. Hapen puutteessa TiO2-kerros on ohut ja viallinen ja muodostunut K2TiO3-kerros on samoin viallinen. Alhaisella DO:lla kerros sisältää halkeamia ja huokosia, jotka mahdollistavat jatkuvan korroosion. Korkealla DO:lla kerros kasvaa tasaisesti ja tulee suojaavaksi. Vakaassa tilassa korroosionopeus määräytyy hapen kulun perusteella titanaattikerroksen läpi.

Kvantitatiiviset titanaattikerroksen ominaisuudet liuenneen hapen funktiona

110 astetta 50 % K 2 CO 3:ssa 1 000 tunnin ajan on osoittanut seuraavan luokan 2 titaanin kontrolloidussa testauksessa. 0 ppm DO:lla (ilmanpoisto) titanaattikerroksen paksuus on 0,05–0,1 µm, korroosionopeus 0,15–0,30 mm/vuosi ja tumma huokoinen pinta. 0,5 ppm DO:lla paksuus on 0,1-0,3 µm, korroosionopeus 0,08-0,15 mm/v ja pinta on harmaa ja kohtalaisen huokoinen. Paksuus 0,5-1,0 µm. Korroosionopeus on 0,03–0,08 mm vuodessa. Pinta on vaaleanharmaa, 2 ppm DO. 5 ppm DO:lla paksuus on 1,0-2,0 µm, korroosionopeus 0,01-0,03 mm/vuosi ja pinta on kirkas ja suojattu. 10 ppm DO:lla paksuus on 2,0–3,0 µm, korroosionopeus 0,005–0,015 mm vuodessa ja pinta on kirkas ja vakaa.

Lämpötilan vaikutus liuenneen hapen kysyntään

Lämpötilan noustessa stabiiliin passivoimiseen vaadittava vähimmäisDO-arvo kasvaa. Minimi DO 80 asteessa vakaalle passivointikerrokselle (korroosionopeus<0.02 mm per year) is 1 ppm. The minimum is 2ppm at 100°C. At 110°C the minimum is 3ppm. The minimum is at 120 °C (4 ppm). 5 ppm, 130°C. The DO for a safety margin should be 2–3 times the minimum.

Opas liuenneen happitason hallintaan kaliumkarbonaattilämmittimissä

Suositukset liuenneen hapen tasoille 50 % K2CO3:ssa 110 asteessa luokan 2 ja 7 titaanilämmittimille on annettu alla olevassa taulukossa.

Mitattu DO (ppm) Titanaattikerroksen stabiiliusOdotettu korroosionopeus (mm vuodessa) Suositeltu toimenpide:5 Erinomainen 0,005 - 0,015 Ei mitään 3-5Hyvä 0,01-0,03 Tarkkaile viikoittain 2-3 Marginaali 0,03-0,1-0 Poistoilma-0,1-0,08 ilmastus
0.5 - 1 Epävakaa 0.15 - 0.30 Uudelleensuunnittelu; lisää hapetin<0.5 Very unstable >0,30 Ei hyväksyttävää
Engineering Beyond DO

Titaanilaatu vaikuttaa tarvittavaan DO-arvoon. Grade 7 (palladium-stabiloitu) luo vakaan titanaattikerroksen alemmilla DO-tasoilla (1-2 ppm 110 °C:ssa) palladiumin katalysoiman hapen pelkistyksen ansiosta. Luokan 12 taso on tarkoitettu keskitason parantamiseen. Seinämän paksuus sallii korroosion; 0,03 mm/vuosi korroosio 2,0 mm seinässä kestää 60 vuotta. K2CO3-pitoisuus vaikuttaa passivointiin ja pienempi tarvittava DO havaitaan 40 % K2CO3:lla. DO-tarve kasvaa 1-2 ppm, koska K 2 CO 3 -liuoksessa on klorideja (epäpuhtauksista).

Tietoisen spekuloinnin tekeminen

For titanium heat rod in 50% K₂CO₃ at 110°C, ensure dissolved oxygen >5 ppm ilmapuhalluksella tai happiruiskutuksella. Lisää DO-anturi hälytyksellä 4 ppm ja lukitus 3 ppm. Olemassa oleviin järjestelmiin, joissa DO < 3 ppm, asenna suihkutin tai lisää ilmastusnopeutta. Jos ilmastus ei ole mahdollista, laimenna K2CO3 40 %:iin tai laske lämpötila 100 asteeseen. Insinööri hallitsee yli 5 ppm:n liuennutta happea vakaan, suojaavan kaliumtitanaattikerroksen edistämiseksi ja korroosion minimoimiseksi.