Đối với Thanh nhiệt Titan dùng để hâm nóng axit formic 90% ở 100 độ, hàm lượng nước (5% so với. 10%) chuyển cơ chế ăn mòn từ tấn công đồng đều sang rỗ như thế nào?

Máy sưởi titan đang hoạt động ở chế độ gần như-thụ động ở 100 độ C trong axit formic 90%. Phương thức hư hỏng của vật liệu được xác định rõ ràng bởi hàm lượng nước trong axit. Ở mức 5% nước (95% axit formic), màng thụ động hòa tan đồng đều và độ mỏng có thể dự đoán được xảy ra ở mức 0,10–0,25 mm mỗi năm. Ở mức 10% nước (90% axit formic), lượng nước được thêm vào sẽ ảnh hưởng đến tính chất hóa học bề mặt, gây ra sự vỡ cục bộ của màng và bắt đầu hình thành vết rỗ ổn định với tốc độ 0,5–1,2 mm/năm. Sự thay đổi từ tấn công đồng đều sang rỗ rất đột ngột, từ 7 đến 9 phần trăm nước, và ảnh hưởng đến chế độ hỏng hóc của lò sưởi cũng như dự báo tuổi thọ còn lại.

Nước-Cơ chế chuyển đổi do nước gây ra từ ăn mòn đồng nhất sang ăn mòn rỗ

Lớp màng thụ động trên titan trong axit formic dựa trên sự hấp phụ HCOO- (ion formate). Các phân tử nước chiến đấu với formate để giành vị trí trên bề mặt. Ở mức 5% nước, sự hấp phụ formate chiếm ưu thế và màng hòa tan đồng đều. Ở mức 10% nước, khả năng hấp phụ nước cao hơn dẫn đến sự dịch chuyển các khuyết tật formate và cục bộ trong lớp thụ động. Sau đó, tính xâm lấn giống như clorua- của các ion formate đậm đặc dẫn đến sự hình thành các hố tại các vị trí khuyết tật này. Khi hố bắt đầu hình thành, điều kiện axit và formate cao trong hố càng tăng tốc độ lan truyền. Cơ chế chiếm ưu thế sau đó thay đổi từ làm mỏng đồng đều sang thâm nhập cục bộ nhanh chóng.

Hành vi ăn mòn định lượng ở hàm lượng nước 5% so với 10%

Việc giảm trọng lượng có kiểm soát và đo độ sâu hố đã thiết lập các hành vi khác biệt trong hỗn hợp axit formic/nước ở 100 độ trong 500 giờ. Ở mức 5% nước (95% axit formic), tốc độ ăn mòn đồng đều là 0,10–0,25 mm/năm. Bề mặt hiển thị vết khắc rộng rãi và không có hố sâu hơn 20 µm. Chế độ lỗi được dự đoán là mỏng đồng đều. Ở mức 8% nước (92% axit formic), tốc độ đồng đều giảm xuống 0,08–0,15 mm mỗi năm, nhưng hiện tượng rỗ bắt đầu sau 200–400 giờ, với độ sâu hố là 0,1–0,3 mm sau 500 giờ ở chế độ hỗn hợp. Với 10% nước (90% axit formic), tỷ lệ đồng đều giảm xuống còn 0,05–0,10 mm mỗi năm, nhưng hiện tượng rỗ rất nghiêm trọng, bắt đầu sau 50–150 giờ và tạo thành các hố sâu 0,3–0,8 mm sau 500 giờ. Ở mức 10% nước, tốc độ nhân giống của hố (0,5-1,2 mm mỗi năm) cao gấp 5-10 lần so với tỷ lệ tỉa thưa đồng đều ở mức 5% nước.

Sự phụ thuộc nhiệt độ của hàm lượng nước quan trọng

Hàm lượng nước mà tại đó vết rỗ trở nên chiếm ưu thế phụ thuộc vào nhiệt độ vận hành. Sự chuyển đổi từ đồng nhất sang rỗ là khoảng 10-12% nước ở 80 độ. Ở 100 C, quá trình chuyển đổi chuyển sang 7-9% nước. Ngay cả ở mức 6% nước rỗ vẫn chiếm ưu thế ở 110 độ. Ở nhiệt độ cao hơn, khả năng hấp phụ nước và mất ổn định màng thụ động nhanh hơn. Do đó, ngưỡng nước tới hạn giảm. Ở hàm lượng nước cố định là 10 %, việc tăng nhiệt độ từ 80 độ lên 100 độ sẽ làm tăng tốc độ lan truyền của hố từ 0,2–0,5 mm năm −1 đến 0,5–1,2 mm năm −1 .

Hướng dẫn lựa chọn hàm lượng và cấp nước dịch vụ axit formic

Biểu đồ sau đây cho thấy hàm lượng nước tối đa cho phép đối với thanh nhiệt titan Cấp 2 và Cấp 7 ở 100 độ tùy thuộc vào tuổi thọ sử dụng dự kiến ​​và cơ chế ăn mòn chủ yếu.

Desired Service Life (years) Max Water (%) for Grade 2 Max Water (%) for Grade 7 Dominant Mechanism Expected Penetration Rate (mm/year) >5 <6 <10 Uniform 0.05–0.15 3–5 6–7 10–12 Mixed 0.15–0.30 1–3 7–8 12–14 Pitting (marginal) 0.30–0.60 <1 >8 >14 Pitting (severe) >0.60
Kỹ thuật khác ngoài việc kiểm soát hàm lượng nước

Lớp titan thay đổi ngưỡng chuyển tiếp khá nhiều. Ở mức 10% nước (90% axit formic) loại 7 (palađi ổn định) có thể được sử dụng với chế độ ăn mòn hỗn hợp. Nên sử dụng loại 2 có hàm lượng nước dưới 7% để tránh rỗ. Độ dày của tường mang lại khả năng chịu đựng sự xuyên qua hố, tường 2,0 mm với độ rỗ 0,6 mm mỗi năm tồn tại được 3,3 năm, trong khi tường 1,2 mm bị hỏng trong 2 năm. Việc bổ sung anhydrit formic (1–2%) liên kết hóa học với nước tự do, làm giảm hàm lượng nước hiệu quả mà không làm thay đổi nồng độ axit. Sự sục khí của dung dịch thúc đẩy sự ăn mòn đồng nhất thay vì rỗ bằng cách ổn định màng thụ động.

Chỉ định với kiến ​​​​thức

Đối với thanh nhiệt titan chứa axit formic 90% ở 100 độ. Chọn titan cấp 7 nếu bạn muốn vận hành an toàn ở mức 10% nước với chế độ ăn mòn-hỗn hợp. Loại 2 phải có hàm lượng nước giảm xuống dưới 7% bằng cách chưng cất hoặc bằng cách bổ sung các chất làm khô như anhydrit formic. Hàm lượng nước – hàng tuần bằng phương pháp chuẩn độ Karl Fischer. Nếu > 8% cho lớp 2 thì có biện pháp khắc phục. Phương pháp tiếp cận của kỹ sư là duy trì hàm lượng nước dưới ngưỡng chuyển tiếp tới hạn, chuyển cơ chế ăn mòn từ rỗ nhanh sang tấn công đồng đều có thể dự đoán được và do đó cho phép dự đoán tuổi thọ chính xác trong dịch vụ axit formic nóng.