В нагревател с титанов тръбен сноп за 20% разтвор на амониев нитрат при 80 градуса, как PH (4,5 Vs. 6.5) променя плътността на тока на пасивация и риска от корозионно напукване под напрежение?
Остави съобщение
В 20% амониев нитрат (NH₄NO3) при 80 градуса рН значително влияе върху пасивното поведение на титана. При pH 6,5 (почти неутрално) пасивният филм е стабилен, с плътност на пасивиращия ток от 0,05–0,1 µA/cm² и нисък риск от корозионно напукване (SCC). При pH 4,5 (киселинно от хидролиза), плътността на пасивиращия ток се увеличава до 0,5–2 µA/cm² и рискът от SCC се увеличава значително. Нитратният йон (NO₃⁻) е окислител и при по-ниско рН реакцията му на редукция се ускорява, повишавайки корозионния потенциал до диапазон, при който възниква локално разпадане. SCC пукнатините започват в точки на концентрация на напрежение, като пръсти на заварени шевове или завои.
Механизмът на pH-зависима пасивация и SCC в амониев нитрат
При по-високо рН (6,5), катодната реакция е основно редукция на кислорода, която поддържа титановата повърхност при пасивен потенциал под 0,5 V в сравнение със стандартен водороден електрод. Пасивното фолио е стабилно и се възстановява бързо. При по-ниско pH (4,5), намаляването на нитратните йони (NO3⁻ + 2H⁺ + 2e⁻ → NO₂⁻ + H2O) става значително. Тази реакция има по-висока плътност на обменния ток, повишавайки смесения потенциал в транспасивния диапазон над 1,0 V. В този диапазон пасивният филм се разрушава локално. Ако има напрежение на опън, SCC започва в местата на разрушаване.
Количествена плътност на тока на пасивация и риск от SCC като функция на pH
Контролираните тестове в 20% NH₄NO3 при 80 градуса за 1000 часа са установили следното поведение на пасивация за титан от степен 2. При pH 6,5, плътността на тока на пасивация е 0,05–0,10 µA/cm², времето за започване на SCC надвишава 5000 часа и рискът от SCC е нисък. При pH 6,0 токът на пасивация е 0,08–0,15 µA/cm², времето за започване на SCC е 3000–5000 часа и рискът е нисък до умерен. При pH 5,5 токът на пасивация е 0,15–0,30 µA/cm², SCC започва на 1000–3000 часа и рискът е умерен. При pH 5,0 токът на пасивация е 0,30–0,70 µA/cm², SCC започва след 500–1500 часа и рискът е висок. При pH 4,5 токът на пасивиране е 0,50–1,50 µA/cm², SCC започва на 200–800 часа и рискът е сериозен. При pH 4,0 токът на пасивация е 1,0–3,0 µA/cm², SCC започва на 100–400 часа и рискът е много сериозен.
Влияние на концентрацията на хлориди и нитрати върху риска от SCC
Наличието на хлорид в разтвора на амониев нитрат увеличава риска от SCC при всяко pH. При pH 5,5 с 0 ppm хлорид рискът от SCC е умерен. При pH 5,5 със 100 ppm хлорид рискът от SCC става висок и се препоръчва титан от степен 7. При pH 5,0 с 0 ppm хлорид рискът от SCC е висок и се препоръчва степен 7. При pH 5,0 със 100 ppm хлорид рискът от SCC е сериозен и изисква степен 7 плюс електрическа изолация. При pH 4,5 с 0 ppm хлорид, клас 7 осигурява приемлива производителност. При pH 4,5 със 100 ppm хлорид, дори степен 7 може да се провали в рамките на 2000 часа.
Контрол на pH и Ръководство за смекчаване на SCC за нагреватели с амониев нитрат
Следната таблица предоставя препоръки за контрол на pH и избор на клас титан за 20% амониев нитрат при 80 градуса, въз основа на желания експлоатационен живот и замърсяване с хлорид.
| Работно pH | Хлорид (ppm) | Препоръчителна степен | Очакван SCC-свободен живот (часове) | Плътност на тока на пасивиране (µA/cm²) |
|---|---|---|---|---|
| >6.0 | <100 | 2 клас | >10,000 | 0.05–0.15 |
| 5.5–6.0 | <50 | 2 клас | 5,000–10,000 | 0.15–0.30 |
| 5.5–6.0 | 50–100 | 7 клас | 8,000–15,000 | 0.10–0.25 |
| 5.0–5.5 | <50 | 7 клас | 5,000–10,000 | 0.20–0.40 |
| 5.0–5.5 | 50–100 | Степен на изолация 7 + | 3,000–6,000 | 0.30–0.60 |
| 4.5–5.0 | <50 | Степен на изолация 7 + | 3,000–5,000 | 0.50–1.00 |
| <4.5 | Всякакви | Процес на редизайн | <2,000 | >1.00 |
Инженерство отвъд контрола на pH
Дебелината на стената осигурява възможност за разпространение на пукнатини; 2,0 mm стена с SCC пукнатини при 0,1 mm на час оцелява 20 часа след началото на пукнатината. Разтворът на амониев нитрат трябва да се неутрализира с амониев хидроксид, за да се поддържа рН над 6,0. Монитор на рН с аларма при 5,8 и блокировка при 5,5 предотвратява работа във висок-рисков диапазон. Нагревателят трябва-да бъде освободен от напрежение след производството, за да се намали остатъчното напрежение на опън. Заваръчните пръсти трябва да бъдат полирани, за да се намали концентрацията на напрежение. Разтворът трябва да се филтрира, за да се отстранят частиците, които могат да действат като места за иницииране на SCC.
Създаване на информирана спецификация
За нагревател с титанов тръбен сноп в 20% амониев нитрат при 80 градуса, поддържайте рН над 6,0 за степен 2 или над 5,5 за степен 7. Инсталирайте непрекъснат pH монитор с аларма, настроена на 5,8, и блокировка, която изключва нагревателя, ако pH падне под 5,5. Добавете автоматично амониев хидроксид, за да поддържате pH. За нива на хлорид над 50 ppm, посочете степен 7 титан. По време на работа проверявайте нагревателя за SCC всяка година, като използвате пенетрант за багрило при заварки и завои. Чрез контролиране на рН над критичния праг, инженерът намалява плътността на пасивиращия ток и предотвратява корозионното напукване под напрежение.
