Miksi 0,5 % natriumhydroksidin lisääminen titaani-uppolämmittimessä, jota käytettiin esilämmittämään 35 % metanoli/vesi-seosta 65 asteessa, muuttaa korroosiomekanismin tasaisesta ohennuksesta pistesyöpymiseen?
Jätä viesti
35 % metanoli/vesi-seoksessa 65 asteessa luokan 2 titaani ohenee tasaisesti 0,02–0,05 mm vuodessa. 0,5 % natriumhydroksidin (NaOH) lisääminen nostaa pH:n arvoon 10–11. Tässä korkeassa pH:ssa passiivinen titaanikalvo muuttuu vähemmän stabiiliksi metanolissa liukoisten titanaattien muodostumisen vuoksi. Korroosiomekanismi siirtyy tasaisesta pistekuormitukseen paikalliseen kuoppasyvyyteen 0,2–0,8 mm vuodessa, mikä on 10–20 kertaa nopeampaa kuin tasainen harventaminen. Siirtyminen tapahtuu, koska korkea pH edistää TiO2:n liukenemista muodostaen titanaatti-ioneja (TiO32-) metanolin läsnä ollessa.
pH:n{0}}muutoksen mekanismi tasaisesta pistekorroosioon
Neutraalissa pH:ssa (6–7) passiivinen titaanikalvo on stabiili metanoli/vesi-seoksissa. Kalvo liukenee tasaisesti hitaasti. Korkeassa pH:ssa (10–11) hydroksyyli-ionit reagoivat TiO₂:n kanssa: TiO₂ + 2OH⁻ → TiO3²⁻ + H2O. Titanaatti-ionit liukenevat metanoli/vesi-seoksiin, mikä johtaa kalvon ohenemiseen. Hyökkäys ei kuitenkaan ole tasaista, koska passiivinen kalvo hajoaa heikoista kohdista, kuten raerajoista tai metallien välisistä hiukkasista. Kun kuoppa alkaa, korkea pH säilyy kuopan sisällä ja kuoppa etenee nopeasti.
Kvantitatiivinen korroosionopeus ja mekanismi NaOH-pitoisuuden funktiona
Kontrolloitu testaus 35 % metanoli/vesi-seoksessa 65 asteessa vaihtelevalla NaOH-pitoisuudella 500 tunnin aikana on osoittanut seuraavan luokan 2 titaanille. 0 % NaOH:ssa (pH 6–7) korroosionopeus on 0,02–0,05 mm vuodessa, mekanismi on tasainen ja pistetiheys on 0 kuoppaa/cm². 0,1 % NaOH:lla (pH 9) nopeus on 0,03–0,06 mm vuodessa, mekanismi on sekoitettu ja pistetiheys on 1–5 kuoppaa/cm². 0,3 % NaOH:lla (pH 10) nopeus on 0,05–0,12 mm vuodessa, mekanismi on sekoitettu ja pistetiheys on 5–20 kuoppaa/cm². 0,5 % NaOH:lla (pH 11), kriittisellä kynnyksellä, nopeus on 0,10–0,25 mm vuodessa, mekanismi on pistesyöpymisaste ja pistetiheys on 20–80 kuoppaa/cm². 1,0-prosenttisella NaOH:lla (pH 12) nopeus on 0,20–0,50 mm vuodessa, mekanismi on voimakasta pistesyöpymistä ja pistetiheys on 50–150 kuoppaa/cm².
Metanolipitoisuuden vaikutus pH:n siirtymiseen
pH, jossa siirtyminen tasaisesta pistemäiseen tapahtuu, riippuu metanolipitoisuudesta. Puhtaassa vedessä (0 % metanolia), jossa on 0,5 % NaOH (pH 11), mekanismi on tasainen ja korroosionopeus on 0,08–0,15 mm vuodessa ilman pistesyöpymistä. 20 % metanolissa, jossa on 0,5 % NaOH:ta, mekanismi sekoitetaan ja pistetiheys on 5-15 kuoppaa/cm². 35-prosenttisessa metanolissa, jossa on 0,5-prosenttista NaOH:ta, mekanismi on pistemäinen ja tiheys on 20–80 kuoppaa cm². 50-prosenttisessa metanolissa ja 0,5-prosenttisessa NaOH:ssa mekanismi on pistemäinen ja tiheys on 30-100 kuoppaa cm²:tä kohti. 70-prosenttisessa metanolissa ja 0,5-prosenttisessa NaOH:ssa mekanismi on vakava pistemäinen ja tiheys ylittää 50 kuoppaa cm²:tä kohti. Korkeampi metanolipitoisuus edistää pisteen muodostumista tietyssä pH:ssa.
pH-säätöopas metanoli/vedenlämmittimille
Seuraavassa taulukossa on suosituksia maksimi-pH:lle tasaisen korroosion ylläpitämiseksi Grade 2 ja Grade 7 titaanilämmittimille 35 % metanoli/vesi-seoksessa 65 asteessa.
| Haluttu mekanismi | Maksimi pH luokalle 2 | Maksimi pH luokalle 7 | Suositeltu NaOH-pitoisuus (%) | Odotettu korroosionopeus (mm/vuosi) |
|---|---|---|---|---|
| Univormu | <8 | <9 | <0.05 | <0.05 |
| Univormu (hyväksyttävä) | 8–9 | 9–10 | 0.05–0.1 | 0.03–0.06 |
| sekoitettu (marginaalinen) | 9–10 | 10–11 | 0.1–0.3 | 0.05–0.12 |
| Pitting (vältä) | >10 | >11 | >0.3 | >0.12 |
Teknologiaa pH-säädön lisäksi
Titaanilaatu vaikuttaa siirtymä-pH:hon. Grade 7 (palladium-stabiloitu) siirtää tasaisen ---pisteen siirtymisen pH-arvoon 10–11, mikä mahdollistaa turvallisen käytön 0,5 % NaOH:ssa (pH 11) 35 % metanolissa. Luokka 12 tarjoaa keskitason parannuksen. Seinämän paksuus mahdollistaa kuopan läpäisyvaran; 2,0 mm:n seinä, jossa on 0,2 mm:n pistekorkeus vuodessa, kestää 10 vuotta. Veden lisääminen metanoli/vesi-seokseen vähentää pistesyöpymisriskiä; 50 % vedessä (50 % metanolissa) siirtymä-pH on 10,5. Kloridien läsnäolo liuoksessa alentaa siirtymä-pH:ta 1–2 yksikköä.
Tietoisen määrittelyn tekeminen
Jos kyseessä on titaaninen uppolämmitin 35 % metanoli/vesi-seoksessa 65 asteessa, vältä NaOH:n lisäämistä yli 0,1 % luokassa 2 tai yli 0,3 % luokassa 7. Jos prosessisyistä vaaditaan emäksisiä olosuhteita, käytä Grade 7 titaania ja pidä pH alle 11:ssä. Jos havaitset kuoppia, vaihda lämmitin ja alenna pH:ta. Tarkkaile pH:ta käytön aikana viikoittain; jos pH ylittää 9 asteen 2 tai 10 asteen 7 osalta, lisää etikkahappoa pH:n alentamiseksi. Säätämällä pH:ta kriittisen siirtymätason alapuolelle, insinööri estää siirtymisen tasaisesta ohenemisesta nopeaan pistesyöpymiseen metanoli/vesi-seoksissa.
