В нагревател с титаниева обвивка, подложен на ежедневно почистване с 10% фосфорна киселина при 80 градуса, как качеството на водата за изплакване (чешмяна срещу дейонизирана) влияе върху кинетиката на репасивация и последващото образуване на ями в експлоатация?

Нагревателите с титаниева обвивка са изложени на редуващи се корозивни условия и условия на изплакване в промишлени процеси с ежедневни цикли на почистване с използване на 10% фосфорна киселина при 80 градуса. Качеството на водата за изплакване между циклите на почистване е важно за определяне на кинетиката на повторно пасивиране на титановата повърхност. Дейонизирана вода със съпротивление по-високо от 1 MΩ·cm се използва за бързо повторно пасивиране и се образува стабилен пасивен филм за 10–30 минути. Наличието на хлориди (средните концентрации в чешмяната вода са 50-200 ppm) и други йони във водата забавя репасивацията, което води до увеличено време за развитие на стабилен слой в диапазона от 2 до 6 часа. Освен това, адсорбираните хлориди остават на повърхността и действат като места за започване на питинг при последващо обслужване. Характерът на водата за изплакване има пряко отношение към плътността на ямите и живота на нагревателя.

Ефект на водата за изплакване върху кинетиката на репасивация

Излагането на 10% фосфорна киселина оставя титановата повърхност в активно или полу{1}}пасивно състояние. Изплакването елиминира киселината, но също така контролира химията на разтвора, в който се извършва репасивацията. Чистата среда с ниска-проводимост на дейонизираната вода позволява равномерно израстване на титановия пасивен слой. Липсата на враждебни йони позволява създаването на плътен стехиометричен слой TiO₂. Към чешмяната вода се добавят хлоридни йони, които се прикрепят към титановата повърхност и се конкурират с кислорода за местата на адсорбция. Хлоридите забавят растежа на пасивния слой и сами по себе си могат да се уловят под развиващия се оксид, оставяйки слаби места, които ще бъдат началните места за питинг при възстановяване на работата на нагревателя. Времето за повторно пасивиране е времето, необходимо на плътността на корозионния ток да падне под 1 µA/cm² след изплакване.

Количествени времена на репасивация и скорости на питинг за различни качества на водата за изплакване

Controlled testing of Grade 2 titanium coupons, immersed for 1 hr daily in 10% phosphoric acid at 80°C, followed by a 15-min rinse and then immersion in 3% NaCl at 60°C to replicate service, has established the following behaviour over 30 cycles. Repassivation time: 10-30 min with deionised water rinse of 18 MΩ·cm resistivity. Passive film thickness: 3-5 nm after 1 hour. Pitting density in future service: 0-5 pits per cm². Maximum pit depth after 500 hours: 0-20 μm. This is considered a good performance. The repassivation period is 30-90 min, the film thickness is 2-4 nm after 1 hr, pitting density is 5-20 pits/cm2 and pit depth is 20-80 um with softened tap water of 10,000 Omega.cm resistivity and 20 ppm chloride. This is good performance. For ordinary tap water (2,000 Ω .cm resistivity, 100 ppm chloride), repassivation duration is 1–3 h, film thickness is 1–3 nm after 1 h, pitting density is 20–80 pits per cm2, and pit depth is 80–200 µm, moderate to poor. Using hard tap water (resistivity 500 Ω.cm, chloride 200 ppm) the repassivation duration is 3-6 hours, film thickness 1-2 nm after 1 hour, pitting density >80 pits/cm2 and pit depth >200 µm, което е неприемлива производителност.

Влияние на времето за изплакване и температурата върху качеството на репасивация

Ефективността на изплакването зависи от параметрите на изплакване и от качеството на водата. Например, 5-минутно изплакване с дейонизирана вода произвежда 80% от репасивацията, постигната при 30-минутно изплакване. Дори при използване на чешмяна вода със 100 ppm хлорид, 60-минутно изплакване не осигурява същото ниво на репасивация като 10-минутно изплакване с дейонизирана вода. Температурата на изплакване също е важна. Както за дейонизирана, така и за чешмяна вода, топло изплакване при 40 градуса подобрява кинетиката на репасивация с 30–50% в сравнение със студено изплакване при 20 градуса. Въпреки това топлата чешмяна вода може да концентрира хлоридите, когато изсъхне и да влоши ситуацията. Последното пръскане на дейонизирана вода след основното изплакване е полезно за всички качества на водата.

Операция за почистване с фосфорна киселина Ръководство за избор на качество на вода за изплакване

Следващата таблица дава препоръки за качеството на водата за изплакване при ежедневни цикли на почистване с 10% фосфорна киселина при 80 градуса въз основа на желаната устойчивост на точкова кора и експлоатационен живот при последващо обслужване,-съдържащо хлорид.

Желана гъстота на питинг (pits/cm2) след 500 часа Максимално допустим хлорид във водата за изплакване (ppm) Минимално препоръчително съпротивление на вода за изплакване (Ohm-cm) Препоръчителна продължителност на изплакване (минути) Изисква се последно изплакване<5 <10 >100,000 15 Да (DI спрей)
5-20 10-50 10 000-100 000 20 Препоръчва се
20–80 50–150 1,000–10,000 30 Recommended >80 >150 <1,000 60+ Not effective Engineering Beyond Rinse Water Quality Control

Класът на титана влияе върху кинетиката на репасивацията. Степен 7 (стабилизиран с паладий) ре-пасивира 2-3 пъти по-бързо от степен 2, независимо от качеството на водата за изплакване, като по този начин намалява чувствителността към замърсяване с хлорид. Дебелината на стената дава възможност за питинг. Стена от 2,0 mm с умерена питинга поради измиване с чешмяна вода може да оцелее 5-8 години, 1,2 mm ще се повреди по-рано. Процедурата на сушене след изплакване е важна, остатъчната вода се отстранява чрез принудителен горещ въздух при 60 градуса за 10 минути, за да се избегнат зони с концентрация на хлорид. Когато обемът на дейонизираната вода е ограничен, двустепенното изплакване (чешмяна вода, последвана от дейонизирана вода) е рентабилен компромис.

Създаване на информирана спекулация

За нагревател с титанова обвивка, изложен на ежедневно почистване с 10% фосфорна киселина при 80 градуса и след това използван в хлоридна среда, посочете дву{2}}етапно изплакване, състоящо се от първоначално изплакване с чешмяна вода за 1 минута, последвано от окончателно изплакване с дейонизирана вода с 18 MΩ.cm съпротивление за 10 минути при 40 градуса. Водата за последното изплакване трябва да бъде < 10 ppm хлорид. Ако няма дейонизирана вода за съществуващите инсталации, добавете дейонизираща касета към линията за изплакване или увеличете времето за изплакване до 60 минути с принудително изсушаване на въздуха. По време на пускането в експлоатация оценете потенциала за репасивация на тестов купон след процедурата на изплакване. Стойност по-малка от -0,1 V спрямо Ag/AgCl в 3% NaCl показва частично повторно пасивиране и по-дълго или по-добро изплакване. Инженерът използва дейонизирана вода за изплакване, а не вода от чешмата, така че да настъпи бърза репасивация и да няма по-нататъшни питинги по време на работа.