ในเครื่องทำความร้อนมัดท่อไทเทเนียมสำหรับสารละลายแอมโมเนียมไนเตรต 20% ที่ 80 องศา ค่า PH (4.5 Vs. 6.5) จะเปลี่ยนความหนาแน่นกระแสของการทู่และความเสี่ยงต่อการกัดกร่อนจากความเครียดได้อย่างไร
ฝากข้อความ
ในแอมโมเนียมไนเตรต 20% (NH₄NO₃) ที่ 80 องศา ค่า pH ส่งผลต่อพฤติกรรมการสร้างฟิล์มของไทเทเนียมอย่างมีนัยสำคัญ ที่ pH 6.5 (ใกล้เป็นกลาง) ฟิล์มแพสซีฟจะเสถียร โดยมีความหนาแน่นกระแสทู่ที่ 0.05–0.1 µA/ซม.² และมีความเสี่ยงต่ำที่จะเกิดการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้น (SCC) ที่ pH 4.5 (กรดจากการไฮโดรไลซิส) ความหนาแน่นของกระแสการสร้างฟิล์มจะเพิ่มขึ้นเป็น 0.5–2 µA/ซม.² และความเสี่ยงของ SCC จะเพิ่มขึ้นอย่างมาก ไนเตรตไอออน (NO₃⁻) เป็นตัวออกซิไดเซอร์ และที่ pH ต่ำกว่า ปฏิกิริยารีดักชันจะเร่งขึ้น ส่งผลให้ศักยภาพในการกัดกร่อนเพิ่มขึ้นจนถึงช่วงที่เกิดการสลายเฉพาะจุด รอยแตกร้าว SCC เริ่มต้นที่จุดที่มีความเข้มข้นของความเค้น เช่น รอยเชื่อมหรือส่วนโค้ง
กลไกของ pH-ทู่แบบพึ่งพาและ SCC ในแอมโมเนียมไนเตรต
ที่ pH สูงกว่า (6.5) ปฏิกิริยาแคโทดิกจะเป็นการลดออกซิเจนเป็นหลัก ซึ่งรักษาพื้นผิวไทเทเนียมให้มีศักย์แฝงต่ำกว่า 0.5 V เมื่อเทียบกับอิเล็กโทรดไฮโดรเจนมาตรฐาน ฟิล์มพาสซีฟมีความเสถียรและซ่อมแซมได้อย่างรวดเร็ว ที่ pH ต่ำกว่า (4.5) การลดลงของไนเตรตไอออน (NO₃⁻ + 2H⁺ + 2e⁻ → NO₂⁻ + H₂O) จะมีนัยสำคัญ ปฏิกิริยานี้มีความหนาแน่นกระแสแลกเปลี่ยนที่สูงกว่า ส่งผลให้ศักย์ไฟฟ้าผสมเพิ่มขึ้นในช่วงทรานส์พาสซีฟที่สูงกว่า 1.0 V ในช่วงนี้ ฟิล์มแพสซีฟจะแตกตัวเฉพาะที่ หากเกิดความเค้นดึง SCC จะเริ่มต้นที่จุดพังทลาย
ความหนาแน่นปัจจุบันของการสร้างทู่เชิงปริมาณและความเสี่ยง SCC ตามฟังก์ชันของ pH
การทดสอบที่มีการควบคุมใน 20% NH₄NO₃ ที่ 80 องศา นานกว่า 1,000 ชั่วโมง ได้กำหนดพฤติกรรมการสร้างฟิล์มสำหรับไทเทเนียมเกรด 2 ดังต่อไปนี้ ที่ pH 6.5 ความหนาแน่นกระแสการสร้างฟิล์มคือ 0.05–0.10 µA/cm² เวลาเริ่มต้น SCC เกิน 5,000 ชั่วโมง และความเสี่ยง SCC ต่ำ ที่ pH 6.0 กระแสทู่คือ 0.08–0.15 µA/cm² เวลาเริ่มต้น SCC คือ 3,000–5,000 ชั่วโมง และความเสี่ยงอยู่ในระดับต่ำถึงปานกลาง ที่ pH 5.5 กระแสทู่อยู่ที่ 0.15–0.30 µA/cm², SCC เริ่มต้นที่ 1,000–3,000 ชั่วโมง และความเสี่ยงอยู่ในระดับปานกลาง ที่ pH 5.0 กระแสทู่อยู่ที่ 0.30–0.70 µA/cm², SCC เริ่มต้นที่ 500–1,500 ชั่วโมง และมีความเสี่ยงสูง ที่ pH 4.5 กระแสทู่คือ 0.50–1.50 µA/cm², SCC เริ่มต้นที่ 200–800 ชั่วโมง และมีความเสี่ยงรุนแรง ที่ pH 4.0 กระแสทู่อยู่ที่ 1.0–3.0 µA/cm², SCC เริ่มต้นที่ 100–400 ชั่วโมง และความเสี่ยงจะรุนแรงมาก
อิทธิพลของความเข้มข้นของคลอไรด์และไนเตรตต่อความเสี่ยงของ SCC
การมีอยู่ของคลอไรด์ในสารละลายแอมโมเนียมไนเตรตจะเพิ่มความเสี่ยงของ SCC ที่ pH ใดๆ ที่ pH 5.5 โดยมีคลอไรด์ 0 ppm ความเสี่ยงของ SCC อยู่ในระดับปานกลาง ที่ pH 5.5 โดยมีคลอไรด์ 100 ppm ความเสี่ยงของ SCC จะสูงขึ้น และแนะนำให้ใช้ไทเทเนียมเกรด 7 ที่ pH 5.0 โดยมีคลอไรด์ 0 ppm มีความเสี่ยง SCC สูงและแนะนำให้ใช้เกรด 7 ที่ pH 5.0 โดยมีคลอไรด์ 100 ppm ความเสี่ยงของ SCC มีความรุนแรง โดยต้องใช้เกรด 7 บวกกับการแยกทางไฟฟ้า ที่ pH 4.5 โดยมีคลอไรด์ 0 ppm เกรด 7 ให้ประสิทธิภาพที่ยอมรับได้ ที่ pH 4.5 โดยมีคลอไรด์ 100 ppm แม้แต่เกรด 7 ก็อาจล้มเหลวได้ภายใน 2,000 ชั่วโมง
คู่มือการควบคุม pH และการลด SCC สำหรับเครื่องทำความร้อนแอมโมเนียมไนเตรต
ตารางต่อไปนี้ให้คำแนะนำสำหรับการควบคุม pH และการเลือกเกรดไทเทเนียมสำหรับแอมโมเนียมไนเตรต 20% ที่ 80 องศา โดยขึ้นอยู่กับอายุการใช้งานที่ต้องการและการปนเปื้อนของคลอไรด์
| ค่า pH ในการทำงาน | คลอไรด์ (พีพีเอ็ม) | เกรดแนะนำ | SCC ที่คาดหวัง-ชีวิตฟรี (ชั่วโมง) | ความหนาแน่นกระแสทู่ (µA/cm²) |
|---|---|---|---|---|
| >6.0 | <100 | ชั้นประถมศึกษาปีที่ 2 | >10,000 | 0.05–0.15 |
| 5.5–6.0 | <50 | ชั้นประถมศึกษาปีที่ 2 | 5,000–10,000 | 0.15–0.30 |
| 5.5–6.0 | 50–100 | ชั้นประถมศึกษาปีที่ 7 | 8,000–15,000 | 0.10–0.25 |
| 5.0–5.5 | <50 | ชั้นประถมศึกษาปีที่ 7 | 5,000–10,000 | 0.20–0.40 |
| 5.0–5.5 | 50–100 | การแยกเกรด 7 + | 3,000–6,000 | 0.30–0.60 |
| 4.5–5.0 | <50 | การแยกเกรด 7 + | 3,000–5,000 | 0.50–1.00 |
| <4.5 | ใดๆ | กระบวนการออกแบบใหม่ | <2,000 | >1.00 |
วิศวกรรมที่เหนือกว่าการควบคุมค่า pH
ความหนาของผนังช่วยเผื่อการแพร่กระจายของรอยแตกร้าว ผนังขนาด 2.0 มม. ที่มีรอยแตกร้าว SCC ที่ 0.1 มม. ต่อชั่วโมงจะคงอยู่ได้ 20 ชั่วโมงหลังจากการเริ่มต้นของรอยแตก สารละลายแอมโมเนียมไนเตรตควรทำให้เป็นกลางด้วยแอมโมเนียมไฮดรอกไซด์เพื่อรักษา pH ให้สูงกว่า 6.0 เครื่องวัดค่า pH พร้อมสัญญาณเตือนที่ 5.8 และอินเทอร์ล็อคที่ 5.5 ช่วยป้องกันการทำงานในช่วงความเสี่ยงสูง- เครื่องทำความร้อนควรได้รับการคลายความเค้น-หลังการผลิตเพื่อลดความเค้นดึงที่ตกค้าง ควรขัดนิ้วเท้าเชื่อมเพื่อลดความเข้มข้นของความเค้น ควรกรองสารละลายเพื่อกำจัดอนุภาคที่สามารถทำหน้าที่เป็นจุดเริ่มต้น SCC
จัดทำข้อกำหนดเฉพาะ
สำหรับเครื่องทำความร้อนแบบมัดท่อไทเทเนียมในแอมโมเนียมไนเตรต 20% ที่ 80 องศา ให้รักษาค่า pH ให้สูงกว่า 6.0 สำหรับเกรด 2 หรือสูงกว่า 5.5 สำหรับเกรด 7 ติดตั้งเครื่องตรวจสอบ pH แบบต่อเนื่องโดยตั้งสัญญาณเตือนไว้ที่ 5.8 และอินเทอร์ล็อคที่จะปิดเครื่องทำความร้อนหาก pH ลดลงต่ำกว่า 5.5 เติมแอมโมเนียมไฮดรอกไซด์โดยอัตโนมัติเพื่อรักษา pH สำหรับระดับคลอไรด์ที่สูงกว่า 50 ppm ให้ระบุไทเทเนียมเกรด 7 ในระหว่างการทำงาน ให้ตรวจสอบเครื่องทำความร้อนสำหรับ SCC เป็นประจำทุกปีโดยใช้สารแทรกซึมสีย้อมที่รอยเชื่อมและส่วนโค้ง ด้วยการควบคุมค่า pH ให้สูงกว่าเกณฑ์วิกฤต วิศวกรจึงลดความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าในการสร้างฟิล์ม และป้องกันการแตกร้าวของการกัดกร่อนจากความเค้น
