W 50% węglanie potasu (K₂CO₃) w temperaturze 110 stopni na powierzchni tytanu tworzy się ochronna warstwa tytanianu potasu (K₂TiO₃). Rozpuszczony tlen (DO) ma kluczowe znaczenie dla tworzenia tytanianów. Przy niskim DO (0,5 ppm) warstwa tytanianu jest cienka (0,1–0,5 µm) i porowata, co zapewnia słabą ochronę. Przy wysokim DO (5 ppm) warstwa jest grubsza (1–3 µm) i gęstsza, co zmniejsza szybkość korozji 5–10 razy. Warstwa tytanianu powstaje w wyniku reakcji TiO₂ + K₂O → K₂TiO₃, gdzie K₂O powstaje w wyniku rozkładu K₂CO₃.

Mechanizm wpływu rozpuszczonego tlenu na tworzenie się warstwy tytanianu

Tlen jest niezbędny do utrzymania powierzchni tytanu w stanie pasywnym, w którym może tworzyć się TiO₂. W obecności K₂CO₃ TiO₂ reaguje tworząc K₂TiO₃. Bez wystarczającej ilości tlenu warstwa TiO₂ jest cienka i wadliwa, podobnie jak powstająca warstwa K₂TiO₃ jest również wadliwa. Przy niskim DO warstwa ma pęknięcia i pory, które umożliwiają ciągłą korozję. Przy wysokim DO warstwa rośnie równomiernie i staje się ochronna. Szybkość korozji w warunkach stabilnych jest regulowana przez dyfuzję tlenu przez warstwę tytanianu.

Ilościowa charakterystyka warstwy tytanianu w funkcji rozpuszczonego tlenu

Kontrolowane testy w 50% K₂CO₃ w temperaturze 110 stopni przez 1000 godzin ustaliły następujące wyniki dla tytanu klasy 2. Przy 0 ppm DO (odpowietrzony) grubość warstwy tytanianu wynosi 0,05–0,1 µm, szybkość korozji 0,15–0,30 mm rocznie, a powierzchnia jest ciemna i porowata. Przy 0,5 ppm DO grubość wynosi 0,1–0,3 µm, szybkość korozji 0,08–0,15 mm rocznie, a powierzchnia jest szara i ma umiarkowaną porowatość. Przy 2 ppm DO grubość wynosi 0,5–1,0 µm, szybkość korozji 0,03–0,08 mm rocznie, a powierzchnia jest jasnoszara. Przy 5 ppm DO grubość wynosi 1,0–2,0 µm, szybkość korozji 0,01–0,03 mm rocznie, a powierzchnia jest jasna i ochronna. Przy 10 ppm DO grubość wynosi 2,0–3,0 µm, szybkość korozji 0,005–0,015 mm rocznie, a powierzchnia jest jasna i stabilna.

Wpływ temperatury na zapotrzebowanie na rozpuszczony tlen

Minimalna ilość DO wymagana do stabilnej pasywacji wzrasta wraz z temperaturą. Przy 80 stopniach minimalne DO dla stabilnej warstwy pasywacyjnej (szybkość korozji<0.02 mm per year) is 1 ppm. At 100°C, the minimum is 2 ppm. At 110°C, the minimum is 3 ppm. At 120°C, the minimum is 4 ppm. At 130°C, the minimum is 5 ppm. The recommended DO for a safety margin is 2–3 times the minimum.

Przewodnik po zarządzaniu rozpuszczonym tlenem w podgrzewaczach węglanu potasu

Poniższa tabela zawiera zalecenia dotyczące poziomów rozpuszczonego tlenu w 50% K₂CO₃ w temperaturze 110 stopni dla grzejników tytanowych klasy 2 i 7.

Inżynieria wykraczająca poza kontrolę rozpuszczonego tlenu

Gatunek tytanu wpływa na wymagany DO. Stopień 7 (stabilizowany-palladem) tworzy stabilną warstwę tytanianu przy niższych poziomach DO (1–2 ppm w 110 stopniach) w wyniku redukcji tlenu katalizowanej palladem-. Stopień 12 oferuje pośrednią poprawę. Grubość ścianki zapewnia naddatek na korozję; ściana o grubości 2,0 mm i korozji 0,03 mm rocznie wytrzymuje 60 lat. Stężenie K₂CO₃ wpływa na pasywację; przy 40% K₂CO₃ wymagany DO jest niższy. Obecność chlorków w roztworze K₂CO₃ (z zanieczyszczeń) zwiększa zapotrzebowanie na DO o 1–2 ppm.

Sporządzanie świadomej specyfikacji

W przypadku tytanowego pręta grzejnego w 50% K₂CO₃ w temperaturze 110 stopni, utrzymuj rozpuszczony tlen na poziomie powyżej 5 ppm poprzez przedmuchiwanie powietrzem lub wstrzykiwanie tlenu. Zainstaluj sondę DO z alarmem ustawionym na 4 ppm i blokadą na 3 ppm. W przypadku istniejących systemów z DO poniżej 3 ppm dodaj bełkotkę lub zwiększ szybkość napowietrzania. Jeśli napowietrzanie nie jest możliwe, rozcieńcz K₂CO₃ do 40% lub obniż temperaturę do 100 stopni. Kontrolując zawartość rozpuszczonego tlenu powyżej 5 ppm, inżynier tworzy stabilną, ochronną warstwę tytanianu potasu i minimalizuje korozję.