Într-un încălzitor cu pachet de tuburi de titan pentru o soluție de azotat de amoniu 20% la 80 de grade, cum modifică PH-ul (4,5 vs. 6.5) densitatea curentului de pasivare și riscul de fisurare prin coroziune sub tensiune?
Lăsaţi un mesaj
În nitrat de amoniu 20% (NH₄NO₃) la 80 de grade, pH-ul afectează în mod semnificativ comportamentul de pasivare al titanului. La pH 6,5 (aproape neutru), pelicula pasivă este stabilă, cu o densitate de curent de pasivare de 0,05–0,1 µA/cm² și un risc scăzut de fisurare prin coroziune sub tensiune (SCC). La pH 4,5 (acid din hidroliză), densitatea curentului de pasivare crește la 0,5–2 µA/cm², iar riscul de SCC crește semnificativ. Ionul de azotat (NO₃⁻) este un oxidant, iar la pH mai scăzut, reacția sa de reducere se accelerează, ridicând potențialul de coroziune într-un interval în care are loc o defalcare localizată. Fisurile SCC inițiază în punctele de concentrare a tensiunii, cum ar fi vârfurile de sudură sau îndoirile.
Mecanismul pasivării dependente de pH-și SCC în nitratul de amoniu
La pH mai mare (6,5), reacția catodică este în primul rând reducerea oxigenului, care menține suprafața de titan la un potențial pasiv sub 0,5 V față de un electrod standard de hidrogen. Filmul pasiv este stabil și se repara rapid. La pH mai mic (4,5), reducerea ionilor de azotat (NO₃⁻ + 2H⁺ + 2e⁻ → NO₂⁻ + H₂O) devine semnificativă. Această reacție are o densitate de curent de schimb mai mare, ridicând potențialul mixt în domeniul transpasiv peste 1,0 V. În acest interval, filmul pasiv se descompune local. Dacă este prezentă tensiunea de tracțiune, SCC inițiază la locurile de defalcare.
Densitatea curentului de pasivare cantitativă și riscul SCC în funcție de pH
Testarea controlată în 20% NH₄NO₃ la 80 de grade timp de 1.000 de ore a stabilit următorul comportament de pasivare pentru titanul de gradul 2. La pH 6,5, densitatea curentului de pasivare este de 0,05–0,10 µA/cm², timpul de inițiere a SCC depășește 5.000 de ore, iar riscul SCC este scăzut. La pH 6,0, curentul de pasivare este de 0,08–0,15 µA/cm², timpul de inițiere a SCC este de 3.000–5.000 de ore, iar riscul este scăzut până la moderat. La pH 5,5, curentul de pasivare este de 0,15–0,30 µA/cm², SCC inițiază la 1.000–3.000 de ore, iar riscul este moderat. La pH 5,0, curentul de pasivare este de 0,30–0,70 µA/cm², SCC inițiază la 500–1500 de ore și riscul este mare. La pH 4,5, curentul de pasivare este de 0,50–1,50 µA/cm², SCC inițiază la 200–800 de ore și riscul este sever. La pH 4,0, curentul de pasivare este de 1,0–3,0 µA/cm², SCC inițiază la 100–400 de ore și riscul este foarte sever.
Influența concentrației de cloruri și nitrați asupra riscului de SCC
Prezența clorurii în soluția de azotat de amoniu crește riscul de SCC la orice pH. La pH 5,5 cu 0 ppm clorură, riscul de SCC este moderat. La pH 5,5 cu 100 ppm clorură, riscul de SCC devine ridicat și se recomandă titanul de gradul 7. La pH 5,0 cu 0 ppm clorură, riscul de SCC este mare și se recomandă gradul 7. La pH 5,0 cu 100 ppm clorură, riscul de SCC este sever, necesitând gradul 7 plus izolare electrică. La pH 4,5 cu 0 ppm clorură, gradul 7 oferă performanțe acceptabile. La pH 4,5 cu 100 ppm clorură, chiar și gradul 7 poate eșua în 2.000 de ore.
Ghid pentru controlul pH-ului și atenuarea SCC pentru încălzitoarele cu nitrat de amoniu
Următorul tabel oferă recomandări pentru controlul pH-ului și selecția gradului de titan pentru azotat de amoniu 20% la 80 de grade, bazate pe durata de viață dorită și contaminarea cu clorură.
| pH de funcționare | Clorura (ppm) | Gradul recomandat | SCC așteptat-Durată gratuită (ore) | Densitatea curentului de pasivare (µA/cm²) |
|---|---|---|---|---|
| >6.0 | <100 | Clasa 2 | >10,000 | 0.05–0.15 |
| 5.5–6.0 | <50 | Clasa 2 | 5,000–10,000 | 0.15–0.30 |
| 5.5–6.0 | 50–100 | Clasa 7 | 8,000–15,000 | 0.10–0.25 |
| 5.0–5.5 | <50 | Clasa 7 | 5,000–10,000 | 0.20–0.40 |
| 5.0–5.5 | 50–100 | Gradul de izolare 7 + | 3,000–6,000 | 0.30–0.60 |
| 4.5–5.0 | <50 | Gradul de izolare 7 + | 3,000–5,000 | 0.50–1.00 |
| <4.5 | Orice | Procesul de reproiectare | <2,000 | >1.00 |
Inginerie dincolo de controlul pH-ului
Grosimea peretelui asigură o toleranță de propagare a fisurilor; un perete de 2,0 mm cu fisuri SCC la 0,1 mm pe oră supraviețuiește la 20 de ore după inițierea fisurii. Soluția de azotat de amoniu trebuie neutralizată cu hidroxid de amoniu pentru a menține pH-ul peste 6,0. Un monitor de pH cu o alarmă la 5,8 și o interblocare la 5,5 împiedică funcționarea în intervalul de-risc ridicat. Încălzitorul ar trebui să fie eliberat-după fabricare pentru a reduce tensiunea reziduală de întindere. Degetele sudate trebuie lustruite pentru a reduce concentrația de stres. Soluția trebuie filtrată pentru a îndepărta particulele care pot acționa ca locuri de inițiere a SCC.
Realizarea unei specificații informate
Pentru un încălzitor cu tuburi de titan în azotat de amoniu 20% la 80 de grade, mențineți pH-ul peste 6,0 pentru gradul 2 sau peste 5,5 pentru gradul 7. Instalați un monitor continuu al pH-ului cu o alarmă setată la 5,8 și un dispozitiv de blocare care oprește încălzitorul dacă pH-ul scade sub 5,5. Adăugați hidroxid de amoniu automat pentru a menține pH-ul. Pentru niveluri de clorură peste 50 ppm, specificați titan de gradul 7. În timpul funcționării, inspectați încălzitorul pentru SCC anual, folosind vopsea penetrantă la suduri și coturi. Prin controlul pH-ului peste pragul critic, inginerul reduce densitatea curentului de pasivare și previne fisurarea coroziunii prin tensiuni.
