Fluoro pėdsakų grėsmė
Azoto rūgštis, kurios koncentracija siekia 30-70 %, o temperatūra artėja prie virimo (110-120 laipsnių), yra pagrindinė branduolinio kuro perdirbimo, cheminio nerūdijančio plieno malimo ir specialios cheminės sintezės proceso terpė. Titanium Grade 7 – titano ir paladžio lydinys, kuriame yra 0,12–0,25 % paladžio – plačiai naudojamas šiai paslaugai. Paladžio pridėjimas katodiškai modifikuoja lydinį, padidindamas jo atsparumą korozijai, sumažindamas aplinką, kuri atakuotų komerciškai gryną titaną.
Tačiau tokiais atvejais azoto rūgštis retai išlieka gryna. Fluoro jonai patenka į rūgštį iš kelių šaltinių: ištirpus fluoridui -turinčiam branduolinį kurą, pernešant vandenilio fluorido rūgšties, naudojamos ėsdinant prieš srovę, arba užteršimo iš technologinio vandens. Net 5-10 ppm fluoro koncentracija gali destabilizuoti pasyviąją TiO₂ plėvelę ant titano. Esant 50-100 ppm, plėvelė suyra lokaliai. Esant 200-500 ppm, prasideda aktyvi korozija.
PTFE neturi pasyvios plėvelės. Jo atsparumas azoto rūgščiai ir fluoro jonams yra absoliuti-anglies-fluoro molekulinės jungties savybė, o ne palaikoma paviršiaus būklė. 7 klasės titano ir PTFE palyginimas šioje aplinkoje yra tarp medžiagos, kuri išgyvena dėl subtilaus elektrocheminio balanso, ir medžiagos, kuri termodinamiškai nepajėgi reaguoti nei su rūgštimi, nei su fluoridu.
Pasyviojo filmo suskaidymo mechanizmas
Titanium Grade 7 atsparus verdančiam azoto rūgščiai per stabilią pasyvią TiO₂ plėvelę, kurią palaiko rūgšties oksidacinė galia. Paladžio pridėjimas perkelia lydinio korozijos potencialą į pasyviąją sritį, užtikrinant, kad plėvelė išliktų stabili net esant žemesnei rūgšties koncentracijai, kai gali suaktyvėti komerciškai grynas titanas.
Fluoro jonai atakuoja TiO₂ plėvelę sudarydami tirpius titano -fluorido kompleksus: TiO₂ + 6F⁻ + 4H⁺ → TiF₆²⁻ + 2H₂O. Kompleksas ištirpsta, atidengdamas pliką titano metalą. Atviras metalas gali arba perpasivuoti (jei fluoro koncentracija maža ir yra azoto rūgšties), arba toliau tirpti (jei fluoro koncentracija viršija pakartotinio pasyvavimo pajėgumą).
Kai fluoro koncentracija yra mažesnė nei 10 ppm verdančioje 50 % azoto rūgštyje, pakartotinio pasisyvavimo greitis viršija plėvelės tirpimo greitį. Titanas lieka pasyvus. Tarp 10-50 ppm yra dinaminė pusiausvyra – plėvelė ištirpsta ir pasikeičia, o grynasis metalo nuostolis yra nedidelis. Virš 50 ppm plėvelės tirpimas pranoksta repasyvavimą. Prasideda lokali ataka, ypač esant paviršiaus defektams ir suvirinimo zonoms. Virš 200 ppm aktyvi korozija plinta paviršiumi.
| Korozijos parametras | Titano 7 klasė | PTFE |
|---|---|---|
| Apsaugos nuo korozijos mechanizmas | Pasyvioji TiO₂ plėvelė (palaikoma HNO3 oksidacija + Pd katodinė modifikacija) | Būdingas C-F jungties stabilumas |
| Kritinė fluoro koncentracija skaidymui (ppm) | 10-50 (film destabilization); >200 (aktyvi korozija) | Nėra koncentracijos ribos |
| Korozijos greitis 50% HNO3 esant 110 laipsnių, 0 ppm F⁻ (mm/metus) | <0.01 | 0 |
| Korozijos greitis 50% HNO3 esant 110 laipsnių, 100 ppm F⁻ (mm/metus) | 0,05–0,20 (lokalizuota) | 0 |
| Korozijos greitis 50% HNO3 esant 110 laipsnių, 500 ppm F⁻ (mm/metus) | >1.0 (aktyvus, greitas) | 0 |
| Jautrumas fluoro ekskursams | Aukštas (galima negrįžtama žala) | Nėra |
Ekskursijos išgyvenamumas
Svarbiausias skirtumas tarp 7 klasės titano ir PTFE šioje paslaugoje yra atsakas į fluoro ekskursus. Fluoro nukrypimas-dėl proceso sutrikimo, netinkamo chemikalų išpylimo arba fluoro pašalinimo prieš srovę gedimo-gali nuo minučių iki valandų paveikti šilumokaitį su fluoro koncentracija, gerokai viršijančia įprastą veikimo diapazoną.
7 laipsnio titanas, pažeistas naudojant fluoridą, gali neatsigauti. Pasyvioji plėvelė, sunaikinta, gali nevienodai formuotis, kai fluoro kiekis normalizuojasi. Ekskursijos metu atsiradusios duobės toliau plinta esant likutinei fluoro koncentracijai duobės aplinkoje. Šilumokaičio išorėje gali atrodyti, kad jis nepažeistas, o korozija teka per sieną.
PTFE neturi įtakos bet kokio dydžio ar trukmės fluoro ekskursai. Medžiaga neturi prisiminimų apie ekskursiją. Kai fluorido lygis normalizuojasi, PTFE paviršius yra identiškas ankstesnei -ekskursijos būklei. Šis išgyvenamumas yra vertingas procesuose, kuriuose nukrypimai yra reti, bet įmanomi ir kai nepastebėto korozijos gedimo pasekmės yra nepriimtinos.
Išlaidos{0}}našumo-nuolaida
Titano 7 laipsnio šilumokaičiai yra brangūs,{1}}pagaminta kaina yra 8–12 kartų didesnė nei PTFE ekvivalento tokiam pačiam šilumos kiekiui. Didesnė kaina užtikrina kompaktiškumą (titano šilumos laidumas 21 W/m·K, o PTFE 0,25 W/m·K) ir didesnį slėgį. Procesuose, kuriuose garantuojama, kad fluoro nėra, o erdvė yra ribota, tinkamas pasirinkimas yra 7 klasės titanas.
Procesuose, kuriuose fluoro yra bet kokios koncentracijos arba kai galimi fluoro svyravimai, PTFE yra mažesnės{0}}rizikos pasirinkimas, neatsižvelgiant į kainą. Vieno fluoro ekskurso, kuris sunaikina titano šilumokaitį, kaina dažnai viršija alternatyvos PTFE kainą. PTFE keitiklis taip pat pašalina fluoro koncentracijos stebėjimo ir valdymo infrastruktūrą, kurios reikalauja titanas.
Santrauka
PTFE šilumokaičiai yra besąlygiškai atsparūs verdančiai azoto rūgščiai su fluoro pėdsaku, o 7 laipsnio titanas priklauso nuo pasyvios plėvelės, kuri suyra, kai fluoro koncentracija viršija 10{4}}50 ppm. PTFE išgyvenamumas fluoro ekskurso atžvilgiu yra absoliutus; titanas gali patirti negrįžtamą vietinį priepuolį dėl vieno ekskursijos įvykio. PTFE yra mažesnės rizikos pasirinkimas bet kurioje azoto rūgšties paslaugoje, kur yra arba galimas fluoras, nepaisant didesnio ploto ir mažesnio slėgio.
Inžinerinis palaikymas PTFE ir titano 7 laipsnio medžiagų parinkimui teikiant azoto rūgšties -fluorido paslaugą galimas pateikus rūgšties koncentraciją, normalų ir eksploatacinį fluoro lygius, darbinę temperatūrą, šilumos galią ir erdvės apribojimus.
