W jaki sposób resztkowe zanieczyszczenie węglem ze smaru ciągnącego (0,05 mg/cm² w porównaniu z. 0.5 mg/cm²) zmienia krytyczną temperaturę wżerów grzejnika tytanowego w 1% HCl w temperaturze 70 stopni?

Zanieczyszczenie resztkowe węglem tytanowych rur grzewczych ze smarów do ciągnienia chlorowanej parafiny jest częstym problemem produkcyjnym. Gdy grzejnik zostanie umieszczony w 1% kwasie solnym w temperaturze 70 stopni, pozostałość węgla rozkłada się lokalnie w sposób utleniający, tworząc warunki redukujące, które prowadzą do rozkładu warstwy pasywnej. Krytyczna temperatura wżerów (CPT), czyli temperatura, w której rozpoczyna się stabilne wżery, zmniejsza się wraz ze wzrostem powierzchniowego zanieczyszczenia węglem. Dla czystej powierzchni zawierającej 0,05 mg/cm^2$ węgla CPT wynosi około 75 stopni w 1% HCl, co daje margines bezpieczeństwa około 70 stopni. W przypadku zanieczyszczonej powierzchni zawierającej 0,5 mg/cm2 węgla CPT spada do 50–55 stopni, co oznacza, że ​​wżery występują w normalnej temperaturze roboczej wynoszącej 70 stopni.

Mechanizm-wywołanego przez węgiel obniżenia krytycznej temperatury wżerów

W wysokich temperaturach resztkowy węgiel łączy się ze śladowym tlenem lub wodą, tworząc tlenek i dwutlenek węgla. W tej reakcji wykorzystuje się tlen na powierzchni tytanu, tworząc lokalnie redukujące środowisko. Degradacja powłoki pasywnej z TiO 2 do Ti 2 O 3 lub nawet do metalicznego tytanu zmniejsza potencjał wżerów. Cząsteczki węgla są również wykorzystywane jako miejsca szczelinowe, w których mogą się koncentrować chlorki. Połączony efekt powoduje spadek CPT o 15–25 stopni przy umiarkowanych poziomach zanieczyszczeń. Przesunięcie to skaluje się prawie logarytmicznie wraz z obciążeniem węglem, przy czym każda dekada rosnącego zanieczyszczenia węglem zmniejsza CPT o 10–15 stopni C.

Ilościowa zmienność krytycznej temperatury wżerów w zależności od zawartości węgla

Wartości CPT dla tytanu klasy 2 zostały określone poprzez kontrolowane testy potencjostatyczne w odpowietrzonym 1% HCl ze zmienną ilością węgla powierzchniowego. CPT wynosi 75-80 stopni przy zanieczyszczeniu węglem < 0,05 mg/cm2 (odpowiednio oczyszczone) i bezpieczną pracę w temperaturze 70 stopni bez wżerów po 1000 godzin. Przy zawartości węgla 0,05-0,10 mg/cm2 CPT spada do 65-70 stopni; Praca graniczna w temperaturze 70 stopni powoduje inicjację wżerów po 200-500 h. Przy 0,10-0,25 mg/cm² węgla CPT wynosi 55-65 stopni, wżery pojawiają się w 70 stopniach w ciągu 50-200 godzin, a głębokość wżerów wynosi 0,1-0,3 mm w ciągu 500 godzin. Przy 0,25–0,50 mg/cm2 węgla CPT obniża się do 45–55 stopni, a przy 70 stopniach szybkie wżery pojawiają się w ciągu 10–50 godzin z poważnym atakiem. Jeśli widoczne są pozostałości, a zawartość węgla przekracza 0,50 mg/cm², CPT wynosi poniżej 40 stopni, a wżery pojawiają się natychmiast przy 70 stopniach.

Wpływ stężenia HCl na przesunięcie CPT wywołane węglem

Wielkość przesunięcia CPT zależy od stężenia HCl-. Dla 0,5% HCl, CPT wynosi 90 stopni dla czystej powierzchni i 70 stopni dla powierzchni z zawartością węgla 0,25 mg/cm2, przesunięcie o 20 stopni. Przy 1,0% HCl, czysty CPT wynosi 78 stopni, a zanieczyszczony CPT wynosi 58 stopni, co stanowi kolejną zmianę o 20 stopni. Przy 2,0% HCl czysty CPT wynosi 65 stopni, a zanieczyszczony CPT ma 45 stopni, co oznacza ponowne przesunięcie o 20 stopni. Czysty CPT ma temperaturę 55 stopni przy 3,0% HCl, podczas gdy zanieczyszczony CPT ma 35 stopni, co oznacza zmianę o 20 stopni. Jednolite przesunięcie o 20 stopni w zakresie stężeń pokazuje, że wpływ zanieczyszczenia węglem na bezwzględny CPT jest zmianą stałą, a nie względną.

Limity zanieczyszczenia węglem i walidacji czyszczenia dla usługi HCl o temperaturze 70 stopni

Poniższa tabela pokazuje maksymalne ilości zanieczyszczeń węglem, które można bezpiecznie eksploatować w temperaturze 70 stopni w 1% HCl, z zalecanymi metodami czyszczenia i testami weryfikacyjnymi.

Docelowy okres użytkowania w temperaturze 70°C Test weryfikacyjny wymaganej metody czyszczenia Maksymalny dopuszczalny węgiel (mg/cm2) 5 lat<0.05Alkaline clean, ultrasonic, and vapor degreaseSolvent extraction + gravimetric 2-5 years <0.10Vapor degrease + alkaline washWater break test (continuous film)
1–2 lata<0.15Visual inspection (no smears) Vapor degreasing solely
<1 year (intermittent) <0.25 Solvent wipe None
Not acceptable >0,25 Ponowne czyszczenie Nie dotyczy
Inżynieria wykraczająca poza usuwanie dwutlenku węgla i wybór klas

Na zmianę CPT z zanieczyszczenia węglem wpływa gatunek tytanu. Klasa 7 (stabilizowana-palladem) ma bazową wartość CPT o 15–20 stopni wyższą niż klasa 2, dlatego zanieczyszczony grzejnik klasy 7 zawierający 0,25 mg/cm2 węgla ma CPT ~65 stopni, czyli wciąż poniżej 70 stopni pracy. Zatem klasa 7 nie eliminuje ryzyka, ale daje margines. Grubość ścianki nie ma wpływu na CPT, ale ma wpływ na czas propagacji wżerów. Ściana o grubości 2,0 mm z wżerami z szybkością 0,1 mm na godzinę przetrwa 20 godzin, umożliwiając wykrycie. Zanieczyszczenie węglem można wyeliminować poprzez czyszczenie plazmowe lub wypalanie próżniowe w temperaturze 300 stopni przez 2 godziny, co obniża zawartość węgla do poziomu poniżej 0,01 mg/cm². Ekstrakcja rozpuszczalnikiem ASTM F331 jest najpewniejszą metodą pomiaru resztkowego węgla.

Znana specyfikacja

Wymagane jest maksymalne resztkowe zanieczyszczenie węglem wynoszące 0,05 mg/cm2 (ekstrakcja rozpuszczalnikiem ASTM F331) dla grzejnika tytanowego w 1% HCl w temperaturze 70 stopni. Zdefiniuj procedurę czyszczenia: odtłuszczanie parowe trichloroetylenem lub alternatywnym dopuszczalnym rozpuszczalnikiem, czyszczenie alkaliczne w temperaturze 60 stopni przez 10 min, czyszczenie ultradźwiękowe w wodzie dejonizowanej i suszenie w czystym i przefiltrowanym powietrzu. W przypadku ważnych zastosowań należy przeprowadzić test weryfikacyjny po czyszczeniu: Zanurz próbkę w 1% HCl w temperaturze 70 stopni na 168 godzin i sprawdź, czy nie ma wżerów pod 50× mag; odrzucić partię, jeśli zostaną zaobserwowane jakiekolwiek pestki. Jeśli poziom węgla w istniejących grzejnikach nie jest znany, po czyszczeniu wykonaj test pęknięcia wody. Jeżeli woda nie tworzy na powierzchni ciągłego filmu, należy ją ponownie oczyścić. Inżynier kontroluje resztkowe zanieczyszczenie węglem do 0,05 mg/cm2, tak aby krytyczna temperatura wżerów przekraczała 70 stopni, aby uniknąć przedwczesnego wżerów w rozcieńczonym kwasie solnym.