Trong 20% ​​amoni nitrat (NH₄NO₃) ở 80 độ, độ pH ảnh hưởng đáng kể đến trạng thái thụ động của titan. Ở độ pH 6,5 (gần trung tính), màng thụ động ổn định, với mật độ dòng thụ động là 0,05–0,1 µA/cm2 và nguy cơ nứt ăn mòn do ứng suất (SCC) thấp. Ở pH 4,5 (có tính axit do thủy phân), mật độ dòng thụ động tăng lên 0,5–2 µA/cm² và nguy cơ SCC tăng lên đáng kể. Ion nitrat (NO₃⁻) là chất oxy hóa và ở độ pH thấp hơn, phản ứng khử của nó tăng tốc, làm tăng khả năng ăn mòn lên phạm vi xảy ra sự cố cục bộ. Các vết nứt SCC bắt đầu tại các điểm tập trung ứng suất như chân mối hàn hoặc chỗ uốn cong.

Cơ chế thụ động phụ thuộc pH-và SCC trong Amoni Nitrat

Ở độ pH cao hơn (6,5), phản ứng catốt chủ yếu là khử oxy, duy trì bề mặt titan ở điện thế thụ động dưới 0,5 V so với điện cực hydro tiêu chuẩn. Phim thụ động ổn định và sửa chữa nhanh chóng. Ở độ pH thấp hơn (4,5), việc khử các ion nitrat (NO₃⁻ + 2H⁺ + 2e⁻ → NO₂⁻ + H₂O) trở nên đáng kể. Phản ứng này có mật độ dòng trao đổi cao hơn, nâng điện thế hỗn hợp lên phạm vi truyền qua trên 1,0 V. Trong phạm vi này, màng thụ động bị phá vỡ cục bộ. Nếu có ứng suất kéo, SCC sẽ bắt đầu tại vị trí sự cố.

Thụ động định lượng Mật độ dòng điện và rủi ro SCC là hàm của pH

Thử nghiệm có kiểm soát ở 20% NH₄NO₃ ở nhiệt độ 80 độ trong 1.000 giờ đã xác lập đặc tính thụ động sau đây đối với titan Loại 2. Ở độ pH 6,5, mật độ dòng thụ động là 0,05–0,10 µA/cm2, thời gian bắt đầu SCC vượt quá 5.000 giờ và rủi ro SCC thấp. Ở độ pH 6,0, dòng điện thụ động là 0,08–0,15 µA/cm2, thời gian bắt đầu SCC là 3.000–5.000 giờ và rủi ro ở mức thấp đến trung bình. Ở độ pH 5,5, dòng điện thụ động là 0,15–0,30 µA/cm2, SCC bắt đầu ở mức 1.000–3.000 giờ và rủi ro ở mức vừa phải. Ở độ pH 5,0, dòng thụ động là 0,30–0,70 µA/cm², SCC bắt đầu ở 500–1.500 giờ và rủi ro cao. Ở độ pH 4,5, dòng điện thụ động là 0,50–1,50 µA/cm2, SCC bắt đầu ở 200–800 giờ và có nguy cơ rất nghiêm trọng. Ở độ pH 4,0, dòng điện thụ động là 1,0–3,0 µA/cm2, SCC bắt đầu sau 100–400 giờ và rủi ro là rất nghiêm trọng.

Ảnh hưởng của nồng độ clorua và nitrat đến nguy cơ SCC

Sự hiện diện của clorua trong dung dịch amoni nitrat làm tăng nguy cơ SCC ở bất kỳ độ pH nào. Ở pH 5,5 với 0 ppm clorua, nguy cơ SCC ở mức trung bình. Ở độ pH 5,5 với 100 ppm clorua, nguy cơ SCC trở nên cao và nên sử dụng titan Loại 7. Ở độ pH 5,0 với 0 ppm clorua, nguy cơ SCC cao và được khuyến nghị cấp 7. Ở độ pH 5,0 với 100 ppm clorua, rủi ro SCC là nghiêm trọng, cần phải có cấp độ cách ly điện cấp 7 cộng với. Ở pH 4,5 với 0 ppm clorua, Lớp 7 mang lại hiệu suất chấp nhận được. Ở độ pH 4,5 với 100 ppm clorua, ngay cả Lớp 7 cũng có thể bị hỏng trong vòng 2.000 giờ.

Hướng dẫn kiểm soát pH và giảm thiểu SCC cho máy gia nhiệt amoni nitrat

Bảng sau đây cung cấp các khuyến nghị về kiểm soát độ pH và lựa chọn loại titan cho 20% amoni nitrat ở 80 độ, dựa trên tuổi thọ mong muốn và mức độ nhiễm clorua.

Kỹ thuật vượt quá khả năng kiểm soát độ pH

Độ dày của tường cung cấp giới hạn cho phép lan truyền vết nứt; một bức tường 2,0 mm có vết nứt SCC với tốc độ 0,1 mm mỗi giờ vẫn tồn tại được 20 giờ sau khi bắt đầu có vết nứt. Dung dịch amoni nitrat phải được trung hòa bằng amoni hydroxit để duy trì độ pH trên 6,0. Máy theo dõi độ pH có cảnh báo ở mức 5,8 và khóa liên động ở mức 5,5 sẽ ngăn hoạt động ở phạm vi-rủi ro cao. Bộ gia nhiệt phải được giảm ứng suất-sau khi chế tạo để giảm ứng suất kéo dư. Các chân mối hàn cần được đánh bóng để giảm sự tập trung ứng suất. Dung dịch phải được lọc để loại bỏ các hạt có thể hoạt động như vị trí khởi tạo SCC.

Thực hiện một đặc điểm kỹ thuật có hiểu biết

Đối với máy sưởi bó ống titan chứa 20% amoni nitrat ở 80 độ, hãy duy trì độ pH trên 6,0 đối với Cấp 2 hoặc trên 5,5 đối với Cấp 7. Lắp đặt máy theo dõi pH liên tục có báo động đặt ở mức 5,8 và khóa liên động để tắt máy sưởi nếu độ pH giảm xuống dưới 5,5. Tự động thêm amoni hydroxit để duy trì độ pH. Đối với mức clorua trên 50 ppm, hãy chỉ định titan loại 7. Trong quá trình vận hành, hãy kiểm tra lò sưởi để phát hiện SCC hàng năm bằng cách sử dụng chất thẩm thấu thuốc nhuộm tại các mối hàn và chỗ uốn. Bằng cách kiểm soát độ pH trên ngưỡng tới hạn, kỹ sư sẽ giảm mật độ dòng thụ động và ngăn ngừa hiện tượng nứt ăn mòn do ứng suất.