Fluora pēdu draudi
Slāpekļskābe 30-70% koncentrācijā un temperatūrā, kas tuvojas vārīšanās temperatūrai (110-120 grādi) ir primārā procesa vide kodoldegvielas pārstrādē, nerūsējošā tērauda ķīmiskajā frēzēšanā un speciālajā ķīmiskajā sintēzē. Titāna 7. pakāpe — titāna-palādija sakausējums, kas satur 0,12–0,25% pallādija, ir plaši norādīts šim pakalpojumam. Pallādija pievienošana katodiski modificē sakausējumu, paplašinot tā izturību pret koroziju, samazinot vidi, kas varētu uzbrukt komerciāli tīram titānam.
Tomēr slāpekļskābe šajos lietojumos reti paliek tīra. Fluorīda joni iekļūst skābē no vairākiem avotiem: fluorīdu saturošas kodoldegvielas izšķīdināšanas, pārnešanas no fluorūdeņražskābes, ko izmanto kodināšanā pirms plūsmas, vai piesārņojuma no tehnoloģiskā ūdens. Fluora koncentrācija līdz 5-10 ppm var destabilizēt TiO₂ pasīvo plēvi uz titāna. Pie 50-100 ppm plēve lokāli sadalās. Pie 200-500 ppm sākas aktīva korozija.
PTFE nav pasīvās plēves. Tā izturība pret slāpekļskābi un fluorīda joniem ir absolūta-oglekļa-fluora molekulārās saites īpašība, nevis uzturēts virsmas stāvoklis. Salīdzinājums starp 7. klases titānu un PTFE šajā vidē ir starp materiālu, kas izdzīvo smalkā elektroķīmiskā līdzsvara dēļ, un materiālu, kas termodinamiski nespēj reaģēt ne ar skābi, ne ar fluorīdu.
Pasīvās plēves sadalīšanas mehānisms
Titanium Grade 7 iztur slāpekļskābes vārīšanu caur stabilu TiO₂ pasīvo plēvi, ko uztur skābes oksidējošā spēja. Pallādija pievienošana novirza sakausējuma korozijas potenciālu pasīvajā domēnā, nodrošinot plēves stabilitāti pat zemākās skābes koncentrācijās, kur var aktivizēties komerciāli tīrs titāns.
Fluora joni uzbrūk TiO₂ plēvei, veidojot šķīstošus titāna -fluorīda kompleksus: TiO₂ + 6F⁻ + 4H⁺ → TiF₆²⁻ + 2H₂O. Komplekss izšķīst, atsedzot tukšo titāna metālu. Atklātais metāls var vai nu pārpasivēties (ja fluorīda koncentrācija ir zema un tajā ir slāpekļskābe), vai turpināt šķīst (ja fluorīda koncentrācija pārsniedz repasivācijas spēju).
Ja fluorīda koncentrācija ir zem 10 ppm verdošā 50% slāpekļskābē, repasivācijas ātrums pārsniedz plēves šķīšanas ātrumu. Titāns paliek pasīvs. Starp 10-50 ppm pastāv dinamisks līdzsvars — plēve izšķīst un pārveidojas ar nelielu neto metāla zudumu. Virs 50 ppm plēves izšķīšana apsteidz repasivāciju. Sākas lokalizēts uzbrukums, īpaši virsmas defektos un metināšanas zonās. Virs 200 ppm aktīvā korozija izplatās pa virsmu.
| Korozijas parametrs | Titāna 7. pakāpe | PTFE |
|---|---|---|
| Korozijas aizsardzības mehānisms | TiO₂ pasīvā plēve (uztur HNO₃ oksidēšana + Pd katoda modifikācija) | Raksturīga C-F saites stabilitāte |
| Fluorīda kritiskā koncentrācija sadalīšanai (ppm) | 10-50 (film destabilization); >200 (aktīvā korozija) | Nav koncentrācijas ierobežojuma |
| Korozijas ātrums 50% HNO3 pie 110 grādiem, 0 ppm F⁻ (mm/gadā) | <0.01 | 0 |
| Korozijas ātrums 50% HNO3 pie 110 grādiem, 100 ppm F⁻ (mm/gadā) | 0,05–0,20 (lokalizēts) | 0 |
| Korozijas ātrums 50% HNO3 pie 110 grādiem, 500 ppm F⁻ (mm/gadā) | >1.0 (aktīvs, ātrs) | 0 |
| Jutība pret fluora ekskursijām | Augsts (iespējams neatgriezenisks bojājums) | Nav |
Ekskursijas izdzīvošana
Būtiskākā atšķirība starp 7. klases titānu un PTFE šajā pakalpojumā ir reakcija uz fluora ekskursiju. Fluorīda novirze-no procesa apgrūtinājuma, ķīmisku vielu nepareizas izplūdes vai fluora atdalīšanas kļūme-var pakļaut siltummaini fluorīda koncentrācijai, kas ievērojami pārsniedz parasto darbības diapazonu uz laiku no minūtēm līdz stundām.
Titāna 7. pakāpe, kas bojāta fluora ekskursijas rezultātā, var neatveseļoties. Pasīvā plēve pēc iznīcināšanas var neatveidoties vienmērīgi, kad fluora līmenis atgriežas normālā stāvoklī. Ekskursijas laikā aizsāktās bedres turpina izplatīties pie fluora atlikuma koncentrācijas bedres vidē. Siltummainis var izskatīties neskarts no ārpuses, kamēr korozija šķērso sienu.
PTFE neietekmē jebkāda apjoma vai ilguma fluora ekskursijas. Materiālam nav atmiņas par ekskursiju. Kad fluorīda līmenis atgriežas normālā stāvoklī, PTFE virsma ir identiska tās pirms-ekskursijas stāvoklim. Šī izturība ir vērtīga procesos, kur novirzes ir reti, bet iespējamas un kur neatklātas korozijas atteices sekas ir nepieņemamas.
Izmaksu{0}}veiktspējas maiņa-
Titāna 7. klases siltummaiņi ir dārgi,{1}}izgatavotās izmaksas ir 8–12 reizes lielākas nekā PTFE ekvivalentam par tādu pašu siltuma nodevu. Piemaksa nodrošina kompaktumu (titāna siltumvadītspēja 21 W/m·K pretstatā PTFE 0,25 W/m·K) un lielāku spiediena spēju. Procesos, kuros garantēts, ka fluors nav un telpa ir ierobežota, piemērotā izvēle ir 7. pakāpes titāns.
Procesos, kuros fluorīds ir klāt jebkurā koncentrācijā vai ir iespējamas fluora novirzes, PTFE ir zemākā-riska izvēle neatkarīgi no izmaksām. Izmaksas par vienu fluorīdu, kas iznīcina titāna siltummaini, bieži pārsniedz PTFE alternatīvas izmaksas. PTFE siltummainis arī novērš fluorīda koncentrācijas uzraudzības un kontroles infrastruktūru, kas nepieciešama titānam.
Kopsavilkums
PTFE siltummaiņi ir beznosacījumu izturīgi pret vārošu slāpekļskābi ar nelielu fluorīda piesārņojumu, savukārt 7. klases titāna pamatā ir pasīva plēve, kas sadalās, ja fluorīda koncentrācija pārsniedz 10{4}}50 ppm. PTFE fluorīda ekskursijas izdzīvošana ir absolūta; titāns var ciest neatgriezenisku lokālu uzbrukumu no viena ekskursijas notikuma. PTFE ir zemāka riska izvēle jebkurā slāpekļskābes pakalpojumā, kur ir vai ir iespējams fluorīds, neskatoties uz tā lielāku nospiedumu un zemāku spiediena spēju.
Inženiertehniskais atbalsts PTFE un titāna 7. klases materiālu atlasei slāpekļskābes-fluorīda pakalpojumā ir pieejams, iesniedzot informāciju par skābes koncentrāciju, normālu un ekskursīvo fluorīda līmeni, darba temperatūru, siltuma slodzi un telpas ierobežojumiem.
