Trong máy lọc ướt của lò đốt chất thải xử lý hơi axit clohydric, hợp kim titan nào (Ti-0,15Pd so với Ti-0,3Mo-0,8Ni) có khả năng chống ăn mòn kẽ hở vượt trội?

Máy lọc ướt của lò đốt chất thải nằm ở bề mặt tiếp xúc giữa-khí đốt nhiệt độ cao và hệ thống hấp thụ chất lỏng ăn mòn. Hơi axit clohydric từ việc đốt nhựa clo hóa và các chất thải khác được ngưng tụ thành dung dịch lọc 5-15% HCl ở 60-80oC. Hợp kim titan thường được chọn cho các bộ phận bên trong máy chà sàn như đầu phun, bộ khử sương mù và ống hâm nóng. Kiểu hư hỏng phổ biến nhất là ăn mòn kẽ hở tại các điểm nối ống với mâm ống, dưới các miếng đệm và dưới lớp cặn rắn. Có hai hợp kim titan là đối thủ cho dịch vụ này, Lớp 7 (Ti-0,15Pd) và Lớp 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni) và chúng cung cấp các phương pháp chống ăn mòn kẽ hở khác nhau. Bài viết này đánh giá hiệu suất của các hợp kim trong điều kiện lọc axit clohydric và xác định hợp kim nào có khả năng bảo vệ tốt hơn trước sự tấn công của kẽ hở.

Cơ chế ăn mòn kẽ hở trong máy lọc HCl
Trong một kẽ hở – thường là khoảng cách 0,1-0,5 mm giữa ống titan và miếng đệm PTFE hoặc giữa ống và tấm ống cuộn – tính chất hóa học rất khác so với chất lỏng chà sàn số lượng lớn. Quá trình catốt nhanh chóng làm cạn kiệt oxy trong kẽ hở. Trong trường hợp không có oxy, titan bị hòa tan ở trạng thái anốt và tạo thành các ion Ti³⁺ và Ti⁴⁺, các ion này thủy phân thành HCl làm giảm đều độ pH của kẽ hở. Trong máy chà sàn số lượng lớn có 10% HCl, độ pH có thể dưới 0 ở độ pH xấp xỉ 0,5. Sự kết hợp của hàm lượng clorua cao, độ pH thấp và khả năng vận chuyển khối lượng hạn chế dẫn đến môi trường tự xúc tác dẫn đến ăn mòn kẽ hở nhanh chóng khi nó đã bắt đầu.

Khả năng chống lại sự tấn công này của hợp kim được xác định bởi nhiệt độ kẽ hở tới hạn (CCT) và tiềm năng kẽ hở tới hạn (CCP). CCT là nhiệt độ tối đa mà tại đó cụm kẽ hở được tiêu chuẩn hóa (ASTM G78) có thể được ngâm trong 72 giờ mà không bị nứt kẽ hở rõ ràng. CCP là ngưỡng mà vượt quá ngưỡng đó không xảy ra rạn nứt ở nhiệt độ và nồng độ clorua cụ thể.

Lớp 7: Sự thụ động ổn định của Palladium
Titan lớp 7 chứa 0,12-0,25% palađi, một kim loại quý, là vị trí catốt tuyệt vời để tạo ra hydro và khử oxy. Trong môi trường kẽ hở thiếu oxy-, palladium xúc tác quá trình khử các ion hydro (2H+ + 2e- → H2) ở mức điện thế thấp hơn so với chính titan. Phản ứng catốt này điều chỉnh điện thế kẽ hở theo hướng cao và do đó giúp duy trì màng thụ động ngay cả trong điều kiện pH thấp, thiếu oxy.

Lớp 7 có CCT trong 10% HCl ở 70 độ C trong khoảng 65 độ C - tức là sự tấn công vào kẽ hở không bắt đầu dưới 65 độ C trong điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn. Cuộc tấn công kẽ hở diễn ra trong 100-200 giờ ở 75 độ. Cấp 7 ở mức bằng hoặc thấp hơn một chút CCT của nó đối với máy chà sàn chạy ở 60-70 độ, mang lại biên độ an toàn nhỏ nhưng đầy đủ chức năng.

Lớp 12: Mo-Ni Power-Up
Titan lớp 12 có 0,2-0,4% molypden và 0,6-0,9% niken. Ngược lại với palladium, chất làm thay đổi quá trình catốt, molypden được làm giàu trong màng thụ động dưới dạng molybdate (MoO₄2⁻) có tác dụng cản trở sự xâm nhập của ion clorua và làm giảm tốc độ hòa tan anốt. Niken làm tăng tính ổn định của màng thụ động trong việc giảm axit và hỗ trợ quá trình phục hồi sau hư hỏng cơ học đối với màng. Sự kết hợp này tạo ra một màng thụ động đàn hồi hơn, có khả năng chống phân hủy ngay cả trong các môi trường hóa học có kẽ hở mạnh.

Lớp 12 có CCT khoảng 80 độ trong HCl 10% ở 70 độ, cao hơn nhiều so với Lớp 7. Lớp 12 cho thấy sự tấn công nhẹ của kẽ hở sau 500 giờ ở 85 độ. Hiệu suất được nâng cao là do việc bổ sung molypden{9}}niken dẫn đến tăng độ ổn định nội tại của màng thụ động, thay vì xúc tác kim loại quý, điều này có thể bị cản trở khi quá trình tạo hydro là phản ứng catốt chiếm ưu thế.

So sánh hiệu suất máy chà sàn lò đốt
Dữ liệu từ máy lọc lò đốt chất thải chạy ở nhiệt độ 65-70 độ với 8-12% HCl cho thấy sự khác biệt rõ ràng giữa hai hợp kim. Các ống cấp 7 được tháo ra sau 5 năm sử dụng cho thấy sự tấn công của kẽ hở nông (sâu 0,1-0,3 mm) tại các khớp nối ống cuộn và dưới các miếng đệm. Một số công trình lắp đặt Cấp 7 đã bị thủng qua kẽ hở sau 7-8 năm. Trong cùng điều kiện, ống cấp 12 không có vết nứt đáng kể sau 5 năm và chỉ bị ăn mòn bề mặt tối thiểu (0,05 mm) sau 8-10 năm.

Ưu điểm của Lớp 12 đặc biệt rõ ràng ở các máy lọc có vấn đề về nhiệt độ. 75-80 tiếp xúc với độ trong thời gian dài gây ra sự tấn công ở các kẽ hở Lớp 7 có thể phát triển đến độ sâu 0,5 mm trong nhiều tháng. Lớp 12 tương đối không bị ảnh hưởng ở nhiệt độ này.

Ma trận ứng dụng hợp kim titan máy chà sàn lò đốt
Máy chà sàn Điều kiện hoạt động Nồng độ HCl (Phạm vi nhiệt độ hợp kim được khuyến nghị Kẽ hở dự đoán{0}}tuổi thọ miễn phí
Hoạt động liên tục, nhiệt độ ổn định 5-10% 55-65 độ Cấp 7 5-7 năm
Làm việc liên tục, nhiệt độ ổn định 10-15% 55-65 độ Cấp 12 8-10 năm
Nhiệt độ hoạt động thay đổi có thể thay đổi đến 75 độ 5 đến 10 % 60 đến 75 độ Cấp 12 6 đến 8 năm
Chất thải clo cao, thường xuyên dao động 10-15% 65-80 độ Cấp 12 (phút) 5-7 năm
Bất kỳ dịch vụ nào có cặn rắn nặng Bất kỳ cặn lắng cấp 12 nào đều làm tăng nguy cơ kẽ hở; thích lớp 12 hơn
Công trình mới, tuổi thọ thiết kế 10 năm 5-15% 60-70 độ Cấp 12 10+ năm
Kết luận về thông số kỹ thuật máy chà sàn lò đốt
Trong máy lọc ướt của lò đốt chất thải, nơi hơi axit clohydric dự kiến ​​ở mức 60-80 độ, titan cấp 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni) thích hợp hơn cấp 7 (Ti-0,15Pd) xét về khả năng chống ăn mòn kẽ hở. Sự ức chế anốt từ việc bổ sung molypden{34}}niken giúp cải thiện độ ổn định của màng thụ động và dẫn đến nhiệt độ kẽ hở tới hạn cao hơn khoảng 15 độ so với Cấp 7. Dịch vụ lọc thông thường là ở mức 65-70 độ với 10% HCl. Lớp 12 sẽ có thời gian sử dụng 8-10 năm không có kẽ hở nhưng Lớp 7 sẽ bắt đầu có biểu hiện tấn công sau 5-7 năm. Lớp 12: Hợp kim được ưa chuộng để lắp đặt mới hoặc thay thế, yêu cầu tuổi thọ 10 năm, nhưng chi phí cao hơn một chút (cao hơn khoảng 15-20% so với Lớp 7). Cấp 7 vẫn phù hợp với máy lọc nhiệt độ thấp hơn (55-65 độ) hoặc nếu chi phí vốn ban đầu là hạn chế chính, nhưng phải chỉ định Cấp 12 khi nhiệt độ máy lọc có thể lớn hơn 65 độ hoặc khi hàm lượng clorua vượt quá 10%. Khi bạn mua, hãy yêu cầu ống ASTM B338 Cấp 12 có bề mặt được ngâm và các mối nối ống với tấm ống được hàn (không cuộn) để loại bỏ các kẽ hở ở các mối nối ống với tấm ống và giúp kéo dài tuổi thọ sử dụng.