Trong dây chuyền ngâm chua sử dụng axit HNO₃-HF hỗn hợp ở 50 độ, ống gia nhiệt Titan cấp 2 phải được kiểm tra tần suất để phát hiện sự tấn công giữa các hạt sau 5000 giờ hoạt động?
Để lại lời nhắn
Hỗn hợp dung dịch axit nitric-hydrofluoric được sử dụng trong dây chuyền tẩy gỉ bằng thép không gỉ và hợp kim titan để loại bỏ cặn oxit và tạp chất trên bề mặt. Công thức điển hình bao gồm 10-20% HNO3 và 1-5% HF ở 40-60 độ. Titan cấp 2 thường được sử dụng cho bộ gia nhiệt ngâm trong các dòng này vì nó tạo ra một lớp thụ động trong axit nitric. Nhưng sự có mặt của axit hydrofluoric (HF) về cơ bản làm thay đổi cơ chế ăn mòn. HF tấn công titan bằng cách hòa tan màng thụ động dưới dạng hexafluorotitanate hòa tan (TiF6 2- ) . HF có thể tấn công các ranh giới hạt gây ra tấn công giữa các hạt (IGA). Không giống như sự ăn mòn đồng đều, IGA tiến hành dọc theo ranh giới hạt với rất ít sự thay đổi có thể nhìn thấy trên bề mặt cho đến khi các hạt bị cắt xén và rơi ra. Dựa trên tỷ lệ thâm nhập IGA đo được sau 5.000 giờ sử dụng trên dây chuyền tẩy rửa hỗn hợp HNO3-HF, bài báo đề xuất khoảng thời gian kiểm tra đối với ống gia nhiệt titan cấp 2.
Cơ chế tấn công ranh giới hạt trong axit HF{0}}có chứa
Các axit HNO3-HF hỗn hợp đang oxy hóa và thường làm thụ động titan nhưng HF tạo thành hợp chất với các ion titan và ngăn ngừa sự hình thành màng. Cơ chế ăn mòn thay đổi theo hướng hòa tan tích cực. Tốc độ hòa tan tăng ở ranh giới hạt do các yếu tố sau: sự phân tách tạp chất (sắt, cacbon, oxy) ở ranh giới hạt; tăng năng lượng biến dạng ở ranh giới hạt; và tấn công ưu tiên của các định hướng tinh thể cụ thể.
Đối với titan loại 2 (tinh khiết về mặt thương mại, hàm lượng hợp kim thấp), các khu vực ranh giới hạt có phần phản ứng mạnh hơn so với bên trong hạt. Tốc độ hòa tan ranh giới hạt cao gấp 3-10 lần tốc độ ăn mòn chung ở 50 độ và nồng độ HF trên 0,5%. Sau một thời gian dài tiếp xúc, một ống trông chỉ bị khắc nhẹ trên bề mặt nhưng có thể có các rãnh ranh giới hạt sâu 50-100 µm. Khi các rãnh này đạt đến độ sâu đủ (thường là 30-50% độ dày thành), các hạt có thể rơi ra và tạo thành các hố làm thủng nhanh chóng ống.
Tỷ lệ thâm nhập HNO₃-HF IGA hỗn hợp
Dữ liệu định lượng về sự thâm nhập của IGA thu được từ thử nghiệm ngâm có kiểm soát các mẫu titan Loại 2 (ủ, cỡ hạt 20-40 µm) trong công thức axit tẩy rửa ở 50 độ. Các mẫu thử được phơi nhiễm được cắt ngang và độ sâu tấn công ranh giới hạt tối đa được đo bằng phương pháp kim loại.
Tốc độ ăn mòn chung là 0,3-0,5 mm/năm trong 15% HNO₃ + 3% HF ở 50 độ (bể tẩy bằng thép không gỉ trung bình). IGA thâm nhập với tốc độ 1,5-2,5 mm mỗi năm nhanh hơn - 5 lần. Sau 5.000 giờ (khoảng 7 tháng hoạt động liên tục) độ xuyên thấu IGA tính toán là 0,9-1,4 mm. Đối với ống tường 1,65 mm tiêu chuẩn, điều này áp dụng cho 55-85% lượng tiêu thụ của tường bởi IGA, tức là ống có nguy cơ cao bị rơi hạt và thủng.
Tốc độ ăn mòn thông thường đối với 10% HNO{1}}% HF (ít ăn mòn hơn, được sử dụng để tẩy hợp kim titan) là 0,08-0,12 mm/năm. Tỷ lệ thâm nhập IGA là 0,3-0,5 mm/năm. Độ xuyên thấu IGA là 0,17-0,29 mm sau 5.000 giờ, hoặc khoảng 10-18% của bức tường 1,65 mm. Việc này quan trọng nhưng không khẩn cấp."
Tốc độ ăn mòn chung trong 20% HNO₃ + 5% HF (tẩy chua thông lượng-tích cực cao) là 0,8-1,2 mm/năm trong khi tốc độ thâm nhập IGA là 4-6 mm/năm. Bất kỳ độ dày thành khả thi nào cũng sẽ được đục lỗ hoàn toàn nhờ độ xuyên thấu IGA 2,3-3,4 mm sau 2000-3000 giờ sau 5000 giờ.
Thiết lập khoảng thời gian kiểm tra
Tần suất kiểm tra dựa trên độ xuyên thấu 30% IGA của độ dày thành, tại thời điểm này nguy cơ rơi hạt là cao. Đối với ống tường 1,65 mm, 30% tương đương với độ sâu IGA 0,5 mm.
Dựa trên tỷ lệ thâm nhập IGA ở trên, thời gian cho độ sâu IGA 0,5 mm là:
Đối với 15% HNO3 + 3% HF 0,5 mm/(1,5-2,5 mm/năm)=0.2-0.33 năm=1,750-2.900 giờ. Khuyến nghị kiểm tra vào lúc 2000 giờ (khoảng{10}} tháng).
Đối với 10% HNO₃ + 1% HF: 0,5 mm/(0,3-0,5 mm/năm)=1.0-1.67 năm=8,800-14.600 giờ 8.000 giờ (khoảng 11 tháng) Có thể kiểm tra
Độ xuyên thấu IGA đã là 0,9-1,4 mm (tường 55-85%) đối với một ống đã hoạt động được 5.000 giờ trong bể 15/3. Rút ống ra khỏi dịch vụ ngay lập tức, bất kể bề ngoài nó trông như thế nào. Đối với lần tắm 10/1, 5.000 giờ là IGA 0,17-0,29 mm. Tại thời điểm đó, việc kiểm tra phải được thực hiện để đo lường mức độ thâm nhập thực tế và dự báo tuổi thọ còn lại.
Khoảng thời gian kiểm tra ma trận ứng dụng
Thành phần của axit tẩy Nhiệt độ thâm nhập (mm/năm) của IGA cấp 2 Thời gian thâm nhập vào tường 30% (ống 1,65mm)Kiểm tra lần đầuPhương pháp kiểm tra đề xuất
10% HNO3 + 1% HF 50 độ 0.3-0.5 8,800-14.600 giờ 5.000-6.000 giờ Đo siêu âm thành + sao chép kim loại
10% HNO3 + 2% HF 50 độ 0.8-1.2 3,700-5.500 giờ 3.000-4.000 giờ Siêu âm + dòng điện xoáy 15% HNO{11}}% HF 50 độ 1.5-2.5 1,750-2.900 giờ 2.000 giờ Hình học IGA Siêu âm không đáng tin cậy Tháo và rời
20% HNO₃ + 5% HF 50 độ 4.0-6.0 700-1,100 giờ 500 giờ Không khuyến nghị cho Cấp 2; sử dụng Lớp 7 hoặc Hastelloy
Bất kỳ thành phần nào ở góc 60 độ (so với 50 độ) 60 độ Tốc độ 2-3x ở mức 50 độ Giảm khoảng thời gian 2-3 lầnĐiều chỉnh khi cần Như trên Phương pháp kiểm tra phát hiện IGA
Sự tấn công vào ranh giới hạt không tạo ra sự mất mát thành mịn, song song, do đó phép đo độ dày siêu âm thông thường thường không phù hợp với IGA. Tín hiệu siêu âm có thể được phản xạ từ các rãnh ranh giới hạt sâu nhất, nhưng các hạt trung gian vẫn có thể được gắn vào. Chỉ số độ dày 1,2 mm (tín hiệu đến rãnh sâu nhất) có thể xảy ra với các hạt sẽ tách ra ở thành còn lại thực tế 0,8 mm.
Những cách đáng tin cậy hơn bao gồm:
Sao chép kim loại: Một phần bề mặt ống được đánh bóng và khắc được sao chép trên xenlulo axetat và có thể kiểm tra sự tấn công ranh giới hạt dưới kính hiển vi mà không cần cắt ống. Bản sao có thể phát hiện độ sâu IGA từ 20-30 µm và nông hơn.
Kiểm tra dòng điện xoáy Dòng điện xoáy tần số cao (100-500 kHz) rất nhạy cảm với sự gián đoạn ranh giới hạt và có thể được sử dụng để lập bản đồ mức độ nghiêm trọng của IGA trên bề mặt ống.
Cắt và đo trực tiếp. Đối với các ứng dụng thiết yếu, bộ gia nhiệt được tháo ra ở khoảng thời gian cần thiết và các mặt cắt ngang ở nhiều vị trí (mặt cắt thẳng, uốn cong, mối hàn) được cắt và độ sâu IGA được đo bằng máy đo kim loại. Điều này cung cấp dữ liệu chính xác để dự đoán về phần đời còn lại.
Cần kiểm tra ống gia nhiệt titan cấp 2 cho dây chuyền tẩy gỉ có hỗn hợp 15% HNO3 + 3% HF ở 50 độ sau 2000 giờ (khoảng 3 tháng hoạt động liên tục). Thông thường, sau 5.000 giờ, độ xuyên thấu IGA sẽ là 55-85% của tường 1,65 mm và ống phải được thay thế. Đối với công thức 10% HNO{13}}% HF ít tác động hơn, việc kiểm tra sau 5.000 giờ là hợp lý. Nên sử dụng bản sao kim loại để xác định độ sâu của IGA. Nên thay thế khi độ sâu IGA vượt quá 0,5 mm. Titanium Lớp 2 không được khuyên dùng cho các công thức axit có HF> 3% hoặc nhiệt độ> 50 độ. Cần cung cấp cấp 7 (điện trở IGA mạnh hơn 2-3 lần) hoặc Hastelloy C-276. Yêu cầu ống ủ có kích thước hạt mịn (ASTM 7-8, 20-25 µm) khi mua vì nó có tỷ lệ IGA thấp hơn vật liệu hạt thô.
