** Kokia maksimali karbonato koncentracija leidžia titano panardinamajame šildytuve palaikyti 75 laipsnius 20 % natrio volframo + 5 % natrio karbonato volframo išplovimo tirpale (pH 10,5).
2 laipsnio panardinami titano šildytuvai dažniausiai naudojami volframo išplovimo grandinėse, kur tirpale yra 20 % natrio volframo (Na2WO4) ir 5 % natrio karbonato (Na2CO₃) 75 laipsnių temperatūroje, o pH yra maždaug 10,5. Labai šarminis volframo{5}}karbonato tirpalas užtikrina stabilią pasyvią plėvelę ant titano visiškai panardintomis sąlygomis. Tačiau specifinis gedimo mechanizmas atsiranda garų-skysčio sąsajoje – srityje, kurioje šildytuvo vamzdis eina per tirpalo paviršių. Šioje sąsajoje išgarinant titano paviršiuje koncentruojamos karbonatinės druskos, sukuriama labai šarminė aplinka, kurios pH vertė viršija 13. Koncentruotas karbonato tirpalas gali ištirpinti pasyviąją titano plėvelę kaip tirpių titanatų rūšį, o sąsajoje prasideda duobės. Kritinis parametras, kontroliuojantis sąsajos stabilumą, yra didžiausia karbonato koncentracija, kurią galima toleruoti neprarandant duobių susidarymo. Virš slenkstinės koncentracijos pasyvioji plėvelė suyra ir plinta duobės.
**Karbonato{0}}sukeltas duobės susidarymo garų-skysčio sąsajoje mechanizmas**
Garų{0}}skysčio sąsajoje pasyvioji titano plėvelė veikiama šlapio-sauso ciklo metu, nes tirpalo lygis svyruoja. Panardintas volframo -karbonato tirpalas palaiko stabilią TiO₂ plėvelę, kai darbinis pH yra 10,5. Kai tirpalo lygis nukrenta arba per išjungimo ciklą, kai šildytuvas yra veikiamas garų, plona skysčio plėvelė išgaruoja ir titano paviršiuje koncentruojasi natrio karbonatas. Karbonato koncentracija gali padidėti 5–10 kartų, padidindama vietinį pH iki 13–14. Esant tokioms aukštoms pH vertėms, titano oksido plėvelė ištirpsta kaip tirpūs titanatai (Na2TiO3 ir kiti titanatai). Pakartotinai panardinus, koncentruotos druskos ištirpsta, tačiau pasyvioji plėvelė galėjo būti pažeista. Dėl pasikartojančių ciklų sąsajoje atsiranda vietinių duobių. Didžiausia karbonato koncentracija, kurią galima toleruoti, priklauso nuo temperatūros ir džiovinimo ciklo trukmės.
**Kiekybinė karbonato koncentracijos riba, užtikrinanti sąsajos stabilumą**
Kontroliuojami bandymai naudojant 2 laipsnio titano vamzdelius (12 mm OD, 1,2 mm sienelė), panardintus į Na2WO₄/Na2CO3 tirpalus 75 laipsnių temperatūroje ciklinėmis drėgnomis -sausomis sąlygomis (8 valandas panardintas, 4 valandas veikiamas 75 laipsnių garų) ir kintančią karbonato koncentraciją 0 val.
| Natrio karbonato koncentracija (%)|pH sąsajoje (koncentruotas)|Laikas iki pirmosios duobės sąsajoje (valandos)|Duobės tankis sąsajoje (duobės cm)|Didžiausias duobės gylis po 5000 valandų (mm)|Sąsajos būklė 5000 valandų|Saugu 5000h? |
|-----------------------------------|-------------------------------|----------------------------------------|----------------------------------------|-----------------------------------------|-----------------------------------|-----------------|
| <2 | <12.5 | >8000 (be duobių)|0 |<0.02 | Pristine | Yes |
| 2 – 3|12,5 – 13,0|4 000 – 5 500|0,5 – 2|0,05 – 0,10|Nedidelis ataka, paviršiaus šiurkštėjimas|Taip (slenkstis) |
| 3 – 4|13,0 – 13,3|2500 – 3500|3 – 6|0,15 – 0,30|Matosi duobės,<30% wall | Marginal |
| 4 – 5 | 13.3 – 13.5 | 1,200 – 1,800 | 6 – 10 | 0.35 – 0.50 | Significant attack, >30 % siena|Ne |
| 5 – 6|13,5 – 13,7|600 – 900|10 – 15|0,50 – 0,70|Sunkus priepuolis, šalia perforacijos|Ne |
| >6 | >13.7 | <400 | >15 | >0,70|Perforacija prieš 5000 valandų|Ne |
Duomenys rodo, kad norint patikimai eksploatuoti 5000 -val. be duobių garų ir skysčio sąsajoje, natrio karbonato koncentracija turi būti mažesnė nei 3 %. Kai koncentracija viršija 4%, duobių susidarymas prasideda prieš 2000 valandų ir žymiai progresuoja prieš 5000 valandų.
**Kodėl egzistuoja karbonato koncentracijos slenkstis**
Kritinė maždaug 3% Na2CO3 riba atitinka koncentraciją, kuriai esant pH sąsajoje (po išgarinimo) viršija maždaug 13,0. Kai pH vertė yra mažesnė nei 13,0, pasyvioji titano plėvelė yra stabili karbonato tirpaluose, nes titano rūšių tirpumas yra mažas. Kai pH vertė viršija 13,0, titanato tirpumas smarkiai padidėja, o pasyvioji plėvelė tirpsta pastebimai. Džiovinimo ciklas koncentruoja karbonatą nuo 5% masės iki 10–15% sąsajoje, padidindamas pH nuo 10,5 iki 13,0–13,5. Kai tūrinė karbonato koncentracija yra 3%, sąsajos koncentracija po išgarinimo yra maždaug 6–9%, todėl pH pakyla iki 12,8–13,0 – vis dar žemiau kritinės ribos. Kai tūrinė karbonato koncentracija yra 5%, sąsajos koncentracija siekia 10–15%, pH pakėlimas virš 13,3 – pakanka duobėjimui pradėti.
**Scenarijus{0}}Pagrįstas atrankos vadovas: karbonato koncentracija volframo išplovimo šildytuvuose**
| Eksploatacijos būklė|Karbonato koncentracija (%)|Volframo koncentracija (%)|Rekomenduojamas karbonato kiekis (%)|Numatomas sąsajos tarnavimo laikas (valandomis)|Inžinerinis pagrindimas |
|--------------------|----------------------------|----------------------------|--------------------------------|--------------------------------|----------------------------|
| Standartinis išplovimas, 5000 valandų kampanija|5 %|20 % |<3% (use alternative pH control) | >5000|Saugumo sumetimais karbonatas turi būti mažesnis nei 3 % |
| Extended campaign (>8000 valandų)|5 %|20 % |<2% | >8000|Konservatyvus dizainas, užtikrinantis maksimalų patikimumą |
| Level control eliminates interface exposure | 5% | 20% | Any | >5000|Nėra sąsajos atakos, jei visiškai panardinta |
| Reduced carbonate (use KOH for pH control) | 2% | 20% | 2% | >5000|Mažesnis karbonatas sumažina sąsajos pH |
| Trumpalaikė{0}}operacija (<1000 hours) | 5% | 20% | 5% | 800 – 1,200 | Acceptable for temporary service |
| Interface zone protected by PTFE coating | 5% | 20% | 5% | >5000|Danga pašalina šlapio{1}}sausojo ciklo ataką |
**Praktinės karbonato koncentracijos kontrolės priemonės**
Trys praktinės priemonės palaiko karbonato koncentraciją žemiau kritinės ribos. Pirmiausia pakeiskite natrio karbonatą kalio hidroksidu (KOH) pH kontrolei; KOH nekoncentruojasi sąsajoje taip pat, nes kalio titanatai yra labiau tirpūs nei natrio titanatai. Antra, jei reikia naudoti karbonatą, koncentraciją palaikykite mažesnę nei 3 %, apribodami karbonato pridėjimą ir kas savaitę stebėdami titruodami. Trečia, įdiegti lygio valdymo sistemą, kuri visą laiką palaiko šildytuvą visiškai panardintą; tai visiškai pašalina garų-skysčio sąsają ir pašalina koncentravimo mechanizmą. Įrenginiams, kuriuose karbonato koncentracija viršija 3%, sąsajos zonos PTFE danga apsaugo nuo tiesioginio koncentruotų druskų ir titano paviršiaus kontakto.
**Išvada**
Titano panardinamiesiems šildytuvams 20 % natrio volframo tirpale, 5 % natrio karbonato volframo išplovimo tirpale 75 laipsnių temperatūroje didžiausia natrio karbonato koncentracija 5 000 veikimo valandų be duobių garų -skysčio sąsajoje yra 3 %. Virš 4%, duobių atsiradimas prasideda prieš 2000 valandų ir greitai progresuoja. Sąsajos garinimas koncentruoja karbonato druskas, padidindamas vietinį pH virš 13,0 ir ištirpindamas pasyviąją plėvelę kaip tirpias titanato rūšis. Inžinieriai, nurodantys titano šildytuvus volframo išplovimui, turėtų išlaikyti karbonatą žemiau 3 %, kas savaitę stebint, apsvarstyti galimybę naudoti KOH pH kontrolei arba įdiegti lygio kontrolę, kad pašalintų sąsajos poveikį. Ši karbonato koncentracijos specifikacija apsaugo nuo dažniausiai pasitaikančio gedimo režimo šarminio volframo išplovimo šildymo sistemose.
