ในสภาพแวดล้อมที่มีความดัน CO₂ สูง- โดยมีเทรซคลอไรด์ที่ 120 องศา การรักษาพื้นผิวแบบใด (การออกซิเดชั่นจากความร้อนเทียบกับอโนไดซ์) ให้อัตราการดูดซับไฮโดรเจนต่ำที่สุดสำหรับปลอกไทเทเนียม
ฝากข้อความ
การดักจับและกักเก็บคาร์บอน การผลิตน้ำมันและก๊าซ และวงจรกำลังของ CO2 ที่วิกฤตยิ่งยวด คือบางส่วนของสาขาที่พบคลอไรด์ติดตามในสภาพแวดล้อมคาร์บอนไดออกไซด์แรงดันสูง (CO2) บ่อยครั้ง CO 2 ละลายในน้ำที่อุณหภูมิ 120 องศา และ 50–200 บาร์ ให้เกิดกรดคาร์บอนิก (H 2 CO 3 ) โดย pH ลดลงเหลือ 3–4 การดูดซับไฮโดรเจนเข้าสู่เปลือกไทเทเนียมได้รับการส่งเสริมโดยค่า pH คลอไรด์ และอุณหภูมิที่สูงขึ้นต่ำ การรักษาพื้นผิวที่เพิ่มความหนาของฟิล์มพาสซีฟและความคงตัวลดการดูดซับไฮโดรเจน ออกซิเดชันด้วยความร้อน (การให้ความร้อนด้วยอากาศที่ 400-600 องศา ) ทำให้เกิดชั้นผลึก TiO2 หนา (0.5-2 μm) และมีรอยแตกขนาดเล็ก อโนไดซ์ (ออกซิเดชันทางเคมีไฟฟ้า) ทำให้เกิดออกไซด์ที่มีความหนาแน่นสูงบาง (0.05–0.2 มม.) ไม่มีรูปร่าง อโนไดซ์ให้อัตราการดูดซึมไฮโดรเจนต่ำที่สุดใน CO2 ความดันสูงพร้อมคลอไรด์ปริมาณน้อย เนื่องจากมีความหนาแน่นของฟิล์มและความสม่ำเสมอที่ดีที่สุด
กลไกการลดการดูดซึมไฮโดรเจนจากออกไซด์ของพื้นผิว
อะตอมไฮโดรเจนที่เกิดจากกระบวนการกัดกร่อน (2H₂CO₃ + 2e⁻ → H₂ + 2HCO₃⁻) จะต้องกระจายผ่านชั้นออกไซด์ไปยังโลหะไทเทเนียม อโนไดซ์ออกไซด์นั้นไม่มีรูปร่าง ไม่มีขอบเขตของเกรนและมีปริมาณสัมพันธ์สูงมาก (TiO 2 ) การแพร่กระจายของไฮโดรเจนใน TiO2 แบบอะโนไดซ์นั้นต่ำกว่าออกไซด์ที่ผลิตด้วยความร้อนถึง 100 เท่า- ซึ่งประกอบด้วยรอยแตกขนาดเล็ก- ขอบเขตของเกรน และพื้นที่ที่ไม่ใช่ปริมาณสัมพันธ์ (Ti2O3, TiO) นอกจากนี้ ความเป็นฉนวนที่สูงขึ้นของฟิล์มอะโนไดซ์ยังช่วยลดการนำไฟฟ้าซึ่งอาจส่งเสริมการลดไฮโดรเจน ออกไซด์ของความร้อนมีความหนากว่าแต่มีแนวโน้มที่จะเกิดรอยแตกเนื่องจากการขยายตัวทางความร้อนที่ไม่ตรงกันซึ่งทำให้เกิดเส้นทางการแพร่กระจายของไฮโดรเจนอย่างรวดเร็ว
อัตราเชิงปริมาณของการดูดซับไฮโดรเจนสำหรับการบำบัดพื้นผิวต่างๆ
อัตราการดูดซึมไฮโดรเจนของปลอกไทเทเนียมเกรด 2 ได้รับการกำหนดผ่านการทดสอบที่มีการควบคุมใน CO2 แรงดันสูง- (100 บาร์ 120 องศา ) โดยมีคลอไรด์ 500 ppm (เป็น NaCl) เป็นเวลา 1,000 ชั่วโมง เนื่องจาก-พื้นผิวดองที่มีออกไซด์ธรรมชาติ (2–5 นาโนเมตร) ดูดซับไฮโดรเจน 80–150 ppm ต่อ 1,000 ชั่วโมง จึงไม่เหมาะสำหรับการใช้งาน{16}}ในระยะยาว ออกซิเดชันที่ 400 องศาเป็นเวลา 2 ชั่วโมงทำให้ได้ออกไซด์ 0.3–0.5 µm และการดูดซับไฮโดรเจน 30–60 ppm ต่อ 1,000 ชั่วโมง ออกซิเดชันด้วยความร้อนที่ 600 องศาเป็นเวลา 2 ชั่วโมงทำให้เกิดออกไซด์ 1.0-2.0 µm แต่เกิดรอยแตกขนาดเล็กเมื่อทำความเย็น โดยให้การดูดซึม 20-40 ppm อโนไดซ์ที่ 10 V ในกรดฟอสฟอริก 1% เป็นเวลา 10 นาที สร้างฟิล์มอสัณฐาน 0.10–0.15 µm โดยมีการดูดซับ 5–15 ppm การชุบอโนไดซ์เป็นเวลา 20 นาทีที่ 30 V ในกรดซัลฟิวริก 0.5 % จะสร้างชั้นที่มีความหนา 0.20–0.30 µm โดยมีการดูดซึม 3–8 ppm การป้องกันที่ดีที่สุดคือการชุบอโนไดซ์ตามด้วยการปิดผนึกในน้ำปราศจากไอออนที่เดือดเป็นเวลา 30 นาที ซึ่งให้การดูดซึมน้อยกว่า 3 ppm ต่อ 1,000 ชั่วโมง
อิทธิพลของความดัน CO₂ และความเข้มข้นของคลอไรด์ที่มีต่อประสิทธิภาพของการบำบัด
อัตราการดูดซึมไฮโดรเจนจะเพิ่มขึ้นเมื่อความดัน CO2 และความเข้มข้นของคลอไรด์เพิ่มขึ้น แต่ประสิทธิภาพสัมพัทธ์ของการบำบัดพื้นผิวจะใกล้เคียงกัน เพิ่มขึ้น-ของพื้นผิวอะโนไดซ์ (30V) คือ 2–5 ppm ที่ 50 bar CO₂ และ 100 ppm คลอไรด์ เทียบกับ 15–25 ppm สำหรับการออกซิไดซ์ด้วยความร้อน (600 องศา ) พื้นผิวอะโนไดซ์ 5-10 ppm ออกซิเดชันด้วยความร้อน 25-40 ppm 100 bar CO2 500 ppm คลอไรด์ พื้นผิวอะโนไดซ์เพิ่มขึ้นเป็น 10-20 ppm และออกซิเดชันเนื่องจากความร้อนเป็น 40-65 ppm ที่ 200 bar CO 2 และ 500 ppm คลอไรด์ พื้นผิวอะโนไดซ์ดูดซับ 8-15 ppm โดยมีคลอไรด์ 1,000 ppm ที่ CO2 100 บาร์ และออกซิเดชันความร้อนดูดซับ 35-55 ppm ที่น่าสนใจคือประโยชน์ของการชุบอโนไดซ์จะมีประสิทธิภาพมากกว่าที่อุณหภูมิสูง (150 องศา) เนื่องจากโครงสร้างอสัณฐานมีความทนทานต่อการเสื่อมสภาพจากความร้อนได้ดีกว่าผลึกเทอร์มอลออกไซด์
คู่มือการเลือกสำหรับการรักษาพื้นผิวของบริการ-CO₂แรงดันสูง
ตารางด้านล่างประกอบด้วยคำแนะนำในการเลือกการรักษาพื้นผิวสำหรับปลอกไทเทเนียมเกรด 2 โดยขึ้นอยู่กับขีดจำกัดของการดูดซับไฮโดรเจน เวลาใช้งาน และความดันของ CO2
Nominal Service Life (hours) CO2 Pressure (bar) Chloride Concentration (ppm) Suggested Surface Treatment Hydrogen Uptake (ppm/1,000h)Pickled just 40–80 10,000 50 500 Thermal oxidation (400°C) 15–30 20,000 100 500 Anodizing (10V) 5–15 20,000 100 1,000 Anodizing (30V) + sealing 3–8 50,000 200 500 Anodizing (30V) + sealing + Grade 7 1–3 10,000 200 2,000Not suitable for Grade 2 >30 (แม้จะชุบอโนไดซ์)
วิศวกรรมที่เหนือกว่าการเลือกการรักษาพื้นผิว
การดูดซับไฮโดรเจนได้รับผลกระทบอย่างมากจากเกรดไทเทเนียม แต่ไม่ได้รับผลกระทบจากการปรับสภาพพื้นผิว เกรด 7 (แพลเลเดียมทำให้เสถียร) มีการดูดซึมไฮโดรเจนพื้นฐานต่ำกว่าเกรด 2 ถึง 3-5 เท่าสำหรับการบำบัดพื้นผิวที่กำหนด เนื่องจากการรวมตัวกันของแพลเลเดียม-ที่เร่งปฏิกิริยา ความหนาของผนังจะให้บัฟเฟอร์ความเข้มข้นของไฮโดรเจน และผนัง 2.0 มม. ที่มีไฮโดรเจน 200 ppm กระจายสม่ำเสมอมีความเสี่ยงต่อการตกตะกอนของไฮไดรด์น้อยกว่าผนัง 1.0 มม. ที่มีความเข้มข้นเท่ากัน ความบริสุทธิ์ของกระแส CO 2 เป็นสิ่งสำคัญ การปนเปื้อนของออกซิเจนเพียง 10 ppm จะช่วยลดการดูดซึมไฮโดรเจนได้อย่างมากโดยการกระตุ้นความเสถียรของฟิล์มแบบพาสซีฟ จึงลดลักษณะสำคัญของการชุบอโนไดซ์เมื่อมีออกซิเจน การตรวจติดตามไฮโดรเจนด้วยไฟฟ้าเคมีเป็นระยะโดยใช้หัววัดโซลิดสเตตสามารถใช้เพื่อติดตามการสะสมของไฮโดรเจนในการให้บริการได้
ข้อมูลจำเพาะ-แจ้งแล้ว
ชุบอะโนไดซ์ที่ 30V ในกรดซัลฟิวริก 0.5% เป็นเวลา 20 นาที จากนั้นปิดผนึกในน้ำปราศจากไอออนที่เดือดเป็นเวลา 30 นาที ปลอกไทเทเนียมในความดันสูงCO₂ที่ 120 องศาพร้อมคลอไรด์ปริมาณเล็กน้อย สำหรับสภาวะที่ไม่รุนแรง (ความดัน CO₂ < 50 บาร์ คลอไรด์ < 100 ppm) ปฏิกิริยาออกซิเดชันจากความร้อนที่ 600 องศา เป็นเวลา 2 ชั่วโมงเป็นวิธีที่คุ้มค่าในการปกป้องที่ยอมรับได้ สำหรับการใช้งานที่มีความต้องการมากที่สุด (ความดัน CO2 มากกว่า 150 บาร์ คลอไรด์มากกว่า 500 ppm อายุการใช้งานมากกว่า 30,000 ชั่วโมง) ระบุไทเทเนียมเกรด 7 นอกเหนือจากการอโนไดซ์ การทดสอบการใช้งาน: ปล่อยเครื่องทำความร้อนในน้ำเติม-ที่อุณหภูมิ 80 องศาเป็นเวลา 24 ชั่วโมงเพื่อทำให้ฟิล์มอะโนไดซ์คงตัว วิศวกรเลือกการชุบอโนไดซ์แทนการออกซิเดชั่นจากความร้อนเพื่อลดความเสี่ยงของการเปราะของไฮโดรเจน และให้ประสิทธิภาพในระยะยาวที่สม่ำเสมอ-ในสภาวะ-ความดัน CO 2 สูง
