Esant cikliniam aukšto {0}slėgio CO₂ (50–100 barų, 100 laipsnių), PFA šildytuvas su 2 laipsnio titano šerdimi (didelio grynumo, maks. 0,3 % Fe, 0,25 % maks. O) tarnauja 3–5 kartus ilgiau nei tas, kuriame yra žemesnės -klasės titano arba 17 gradiento elementų. 2 laipsnis iš mažiau gryno šaltinio). Gedimo būdas yra ne titano korozija (titanas labai atsparus CO₂), o vandenilio trapumas dėl CO₂ esančios drėgmės pėdsakų. Žemesnės -klasės titane yra daugiau geležies ir kitų tarpmetalinių intarpų, kurie veikia kaip branduolių susidarymo vietos hidrido susidarymui. 2 laipsnio didelio grynumo titanas (ASTM B348, 99,7 % Ti) turi mažiau intarpų, todėl sumažėja hidrido nuosėdų kiekis. Esant cikliniam slėgiui, hidridai sukelia nuovargio šerdies įtrūkimus, kurie vėliau pažeidžia PFA apvalkalą. Aukšto -slėgio CO₂ paslaugai (pvz., superkritiniam CO₂ ekstrahavimui) nurodykite 2 laipsnio titaną, kurio didžiausias geležies kiekis yra 0,2 %, o deguonies kiekis – 0,20–0,25 % (ne ypač -mažo deguonies, kuris yra silpnesnis). 7 klasės (Pd-legiruotas) nerekomenduojama; turi daugiau geležies ir gali patirti galvaninį poveikį.
Aukšto{0}}slėgio CO₂ titano kokybės palyginimas
| Įvertinimas | Sudėtis | Fe max (%) | O (%) | Hidrido jautrumas | Nuovargio trukmė CO₂ esant 100 barų, 100 laipsnių (ciklai iki įtrūkimo) | Tinkamumas |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 2 klasė (standartinė) | Ti (99,5 % min.) | 0.30 | 0.25 | Vidutinis | 50,000–100,000 | Gerai |
| 2 laipsnis (aukštas-grynumas) | Ti (99,7 % min.) | 0.15 | 0.22 | Žemas | 200,000–400,000 | Geriausias |
| 7 klasė (Ti + 0.15 % Pd) | Ti, Pd | 0.30 | 0.25 | Didelis (Pd intarpai) | 20,000–50,000 | Vargšas |
| 12 klasė (Ti + 0.3 % Mo, 0,8 % Ni) | Ti, Mo, Ni | 0.30 | 0.25 | Aukštas (Ni inkliuzai) | 10,000–30,000 | Vargšas |
| 1 laipsnis (labai mažas deguonies kiekis) | Ti | 0.20 | 0.18 | Labai žemas, bet silpnesnis | 50,000–100,000 | Priimtinas, bet silpnesnis |
| Incoloy 825 | Ni, Cr, Mo | N/A | N/A | Netaikoma | 5 000–10 000 (korozija) | Prastas (rūdija CO₂) |
Hidrido trapumas mechanizmas
Esant aukštam -slėgiui CO₂, drėgmė (100–500 ppm) reaguoja su CO₂ ir susidaro anglies rūgštis (H₂CO3). Titano paviršiuje H₂CO3 disocijuoja į H⁺, kuris redukuojasi į atominį vandenilį. Vandenilis difunduoja į titano gardelę. Žemesnės -klasės titano intarpai, kuriuose gausu geležies (FeTi, Fe₂Ti), veikia kaip vandenilio gaudyklės, sudarydamos titano hidridą (TiH₂). Hidridai yra trapūs ir plečiasi (tūris padidėja 17%), todėl susidaro mikroįtrūkimai. Esant cikliniam slėgiui (nuovargiui), šie mikroįtrūkimai auga, todėl šerdis lūžta. Aukšto-grynumo 2 laipsnis turi mažiau geležies intarpų, todėl mažiau hidrido branduolių susidarymo vietų. Nuovargio tarnavimo laikas yra 3–5 kartus ilgesnis.
Bandymo duomenys: 100 barų CO₂, 100 laipsnių, 10 000 ciklų
| Titano klasė | Geležies kiekis (ppm) | Vandenilio absorbcija (ppm po 10 000 ciklų) | Hidrido susidarymas (plotas %) | Pagrindiniai įtrūkimai po 10 000 ciklų | Likusi jėga (%) |
|---|---|---|---|---|---|
| 2 laipsnis (aukštas-grynumas) | 800 | 150 | <0.1% | Nėra | 98% |
| 2 klasė (standartinė) | 2,500 | 250 | 0.5% | Mikroįtrūkimai | 85% |
| 7 klasė | 3 000 (plius Pd) | 300 | 1.0% | Įtrūkimai | 70% |
| 12 klasė | 2 800 (plius Ni) | 400 | 1.5% | Keli įtrūkimai | 60% |
Lauko pavyzdys
Superkritinėje CO₂ išgavimo įmonėje buvo naudojami PFA šildytuvai su 7 klasės titano šerdimis (atsparumui korozijai). Šildytuvai sugedo po 18 mėnesių (šerdis įtrūko). Gamykla perėjo prie didelio-grynumo 2 laipsnio titano (Fe<0.15%, O 0.22%). The heaters have operated for 5+ years without failure. The cost difference was $50 per heater (2% premium). The plant now specifies "Grade 2 titanium, high purity, Fe ≤ 0.15%, O 0.20–0.25%" for all high-pressure CO₂ heaters.
Hidrido susidarymo aptikimas
Ultragarsinis patikrinimas: Hidridai rodomi kaip padidėjusi atgalinė sklaida (matoma A-nuskaityme). Lauke nelengva.
EDX (energijos{0}}dispersinis rentgeno-spindulys): Neveikiančioje šerdyje hidrido zonose yra didesnis vandenilio kiekis (aptinkamas netiesioginiais metodais).
Vizualinis: Hidridai sukelia nuobodų, pilką paviršių (titanas paprastai yra blizgus). Nepatikimas.
Aukšto slėgio CO₂ projektavimo rekomendacijos
| Parametras | Rekomendacija | Loginis pagrindas |
|---|---|---|
| Titano klasė | Aukšto -grynumo 2 laipsnis (ASTM B348, Fe Mažiau arba lygus 0,15%, O 0,20–0,25%) | Sumažina hidrido branduolių susidarymą |
| Paviršiaus apdaila | Poliruotas iki Ra Mažesnis arba lygus 0,4 µm | Sumažina stresą sukeliančius veiksnius |
| PFA sienelės storis | 1,5–2,0 mm | Tinka cheminiam atsparumui |
| Šerdies skersmuo | Didesnis arba lygus 6 mm (kad atlaikytų slėgį be gedimų) | Mechaninis stiprumas |
| Darbinė temperatūra | Mažesnis arba lygus 150 laipsnių (titanas oksiduojasi aukštesnėje nei 200 laipsnių temperatūroje) | Venkite mastelio susidarymo |
Išvada: didelio{0}}grynumo 2 laipsnio titanas pranoksta žemesnės kokybės ciklinį aukšto{2}}slėgio CO₂
Naudojant ciklinį aukšto -slėgio CO₂ (50–100 barų, 100 laipsnių) PFA šildytuvas su aukšto -grynumo 2 laipsnio titano šerdimi (Fe Mažiau arba lygus 0,15 %) tarnauja 3–5 kartus ilgiau nei naudojant standartinį 2 arba 7 laipsnio titaną. Gedimo mechanizmas yra hidrido trapumas dėl CO₂ esančios drėgmės pėdsakų, susidarančių branduoliuose, kuriuose yra daug geležies{12}. Didelio-grynumo titane yra mažiau intarpų, todėl susidaro mažiau hidridų ir pailgėja nuovargio naudojimo laikas. Jei norite naudoti superkritinį CO₂ ekstrahavimą arba bet kokią ciklinę aukšto slėgio CO₂ paslaugą, nurodykite didelio grynumo 2 laipsnio titaną. 7 klasė ir 12 klasė nėra privalumas; jie turi daugiau legiruojamųjų elementų ir prasčiau veikia. Laimi grynas titanas (99,7%+). CO₂ grynumas yra svarbus. Kuo mažiau inkliuzų, tuo ilgesnis gyvenimas. Nurodykite aukšto-grynumo 2 laipsnį. Jūsų šildytuvas jums padėkos. CO₂ gali būti superkritinis, bet jūsų šerdis turi būti itin grynas. Tai ir yra paslaptis.
