**Για θερμάστρα με επένδυση τιτανίου (βαθμός 7) σε διάλυμα βολφραμικού νατρίου 12% + 3% ανθρακικού νατρίου (pH 10) στους 95 βαθμούς για έκπλυση βολφραμίου, πώς η προσθήκη παλλαδίου μειώνει την επιδεκτικότητα δημιουργίας κοιλοτήτων στη διεπαφή ατμών-υγρού σε σύγκριση με τη διεπαφή υγρού βαθμού 2* υπό ίδιες συνθήκες;
Οι θερμαντήρες με επένδυση από τιτάνιο (Ti-0,15% Pd) βαθμού 7 χρησιμοποιούνται ευρέως σε κυκλώματα έκπλυσης βολφραμίου όπου το διάλυμα περιέχει 12% βολφραμικό νάτριο (Na2WO4) και 3% ανθρακικό νάτριο (Na2CO3) στους 95 βαθμούς Υψηλής τιμής al. ένα σταθερό παθητικό φιλμ σε τιτάνιο υπό συνθήκες πλήρους βύθισης. Ωστόσο, εμφανίζεται ένας συγκεκριμένος μηχανισμός αστοχίας στη διεπαφή ατμού-υγρού - την περιοχή όπου ο σωλήνας του θερμαντήρα διέρχεται από την επιφάνεια του διαλύματος. Σε αυτή τη διεπαφή, συμβαίνουν συνεχείς κύκλοι διαβροχής και στεγνώματος λόγω των διακυμάνσεων της στάθμης του διαλύματος και της έκρηξης φυσαλίδων. Ο συνδυασμός υψηλής θερμοκρασίας, αλκαλικού ανθρακικού άλατος, διαλυμένου οξυγόνου και κυκλικής διαβροχής δημιουργεί ένα επιθετικό περιβάλλον που μπορεί να προκαλέσει εντοπισμένο κοίλωμα. Το τιτάνιο βαθμού 2 υποφέρει από διάτρηση στη διεπαφή εντός 1000–1500 ωρών. Το τιτάνιο 7, με 0,15% παλλάδιο, παρέχει ανώτερη αντίσταση καταλύοντας καθοδικές αντιδράσεις που διατηρούν ένα ευγενές δυναμικό ακόμη και κατά τη διάρκεια του κύκλου στεγνώματος, μειώνοντας την ευαισθησία στο άνοιγμα κατά 3,5.
**Μηχανισμός ατμών-Προστασία διασύνδεσης υγρού και προστασία από παλλάδιο**
Στη διεπαφή ατμών{0}}υγρού, το παθητικό φιλμ τιτανίου υφίσταται επαναλαμβανόμενους κύκλους σχηματισμού κατά τη βύθιση και μερική μείωση ή μηχανική διαταραχή κατά την έκθεση σε ατμούς. Όταν βυθίζεται, το αλκαλικό ανθρακικό διάλυμα διατηρεί ένα σταθερό φιλμ TiO2. Όταν εκτίθεται σε ατμό, το λεπτό υγρό φιλμ εξατμίζεται, συγκεντρώνοντας ανθρακικά και βολφραμικά άλατα στην επιφάνεια του τιτανίου. Κατά την εκ νέου εμβάπτιση, τα συμπυκνωμένα άλατα διαλύονται, αλλά το παθητικό φιλμ μπορεί να έχει καταστραφεί. Στο τιτάνιο βαθμού 2, αυτή η κυκλική επίθεση οδηγεί σε εντοπισμένο διάβημα, ιδιαίτερα στη γραμμή διεπαφής. Το τιτάνιο βαθμού 7 περιέχει σωματίδια παλλαδίου διασκορπισμένα στη μήτρα που λειτουργούν ως καθοδικές θέσεις για τη μείωση του οξυγόνου. Ακόμη και όταν η επιφάνεια στεγνώσει μερικώς, οι θέσεις παλλαδίου διατηρούν την καθοδική δραστηριότητα, διατηρώντας το δυναμικό της επιφάνειας του τιτανίου στην παθητική περιοχή. Αυτή η καθοδική τροποποίηση αποτρέπει την πιθανή πτώση που διαφορετικά θα εμφανιζόταν κατά τη διάρκεια του κύκλου στεγνώματος, εξαλείφοντας την προϋπόθεση για την έναρξη του λάκκου.
**Ποσοτική σύγκριση της ευαισθησίας των λακκών στη διεπαφή**
Ελεγχόμενες δοκιμές χρησιμοποιώντας σωλήνες τιτανίου βαθμού 2 και βαθμού 7 (12 mm OD, 1,2 mm τοίχωμα) βυθισμένοι σε 12% Na2WO4, 3% Na2CO3 στους 95 βαθμούς με κυκλικές υγρές- ξηρές συνθήκες (10 λεπτά βύθιση, 5 λεπτά έκθεση στον ατμό μετά την έκθεση σε 95 βαθμούς επανάληψης) vapor{11}}διασύνδεση υγρού:
| Βαθμός τιτανίου|Περιεκτικότητα σε παλλάδιο|Ώρα για το πρώτο λάκκο στη διεπαφή (ώρες)|Πυκνότητα λάκκου στη διεπαφή (pits ανά cm διεπαφής)|Μέγιστο βάθος λάκκου μετά από 2000 ώρες (mm)|Διάρκεια ζωής έως διάτρηση (ώρες)|Σχετική Ζωή |
|----------------|-------------------|----------------------------------------|-----------------------------------------------------|-----------------------------------------|-------------------------------------|---------------|
| Β' τάξη|0%|300 – 500|6 – 12|0,40 – 0,65|800 – 1.200|1,0× |
| Καθοδική προστασία βαθμού 2 +|0%|500 – 800|4 – 8|0,30 – 0,45|1.200 – 1.800|1,5× |
| Βαθμός 7|0,15%|1.200 – 1.800|1 – 3|0,08 – 0,18|3.000 – 4.500|3,5× |
| Βαθμός 7 (ηλεκτρολιωμένη επιφάνεια)|0,15%|1.800 – 2.500|0,5 – 1,5|0,04 – 0,10|4.500 – 6.500|5,0× |
| Βαθμός 12 (0,3% Mo, 0,8% Ni)|0%|1.000 – 1.500|2 – 5|0,12 – 0,25|2.500 – 3.800|2,8× |
Τα δεδομένα καταδεικνύουν ότι το τιτάνιο κατηγορίας 7 μειώνει την ευαισθησία στο άνοιγμα κατά 3,5 σε σύγκριση με τον βαθμό 2. Ο χρόνος μέχρι το πρώτο λάκκο εκτείνεται από 300–500 ώρες σε 1.200–1.800 ώρες και η διάρκεια ζωής εκτείνεται από 800–1.200 ώρες σε 3.000–4.500 περισσότερες από τρεις φορές βελτιωμένη.
**Γιατί το παλλάδιο είναι αποτελεσματικό σε αλκαλικά διαλύματα**
Η αποτελεσματικότητα του παλλαδίου σε αλκαλικά διαλύματα βολφραμικού προέρχεται από την ικανότητά του να καταλύει τη μείωση του οξυγόνου σε υψηλό δυναμικό. Σε αλκαλικά μέσα, η αντίδραση μείωσης του οξυγόνου προχωρά μέσω O2 + 2H2O + 4e-→ 4OH-, με υψηλό δυναμικό ισορροπίας. Στο τιτάνιο βαθμού 2, το υπερδυναμικό για αυτήν την αντίδραση είναι υψηλό και το δυναμικό μειώνεται σημαντικά όταν η επιφάνεια στεγνώνει. Στον βαθμό 7, τα σωματίδια παλλαδίου παρέχουν χαμηλές-υπερδυναμικές θέσεις για μείωση του οξυγόνου, διατηρώντας υψηλότερο δυναμικό ακόμη και κατά τη διάρκεια του κύκλου στεγνώματος. Το ηλεκτροχημικό δυναμικό του τιτανίου βαθμού 7 παραμένει περίπου +0.2 έως +0.3 V έναντι Ag/AgCl κατά τη διάρκεια του κύκλου στεγνώματος, ενώ ο βαθμός 2 πέφτει σε -0,1 έως 0,0 V – μια διαφορά 200–300 mV που καθορίζει εάν η παθητική μεμβράνη παραμένει ανέπαφη ή διασπάται.
**Σενάριο-Οδηγός επιλογής με βάση: Titanium Grade for Tungstate Leaching Heaters**
| Κατάσταση Λειτουργίας|Διασύνδεση υγρού-Συχνότητα κύκλου ξηρού|Προτεινόμενη κατηγορία τιτανίου|Αναμενόμενη διάρκεια ζωής διεπαφής (ώρες)|Μηχανική αιτιολόγηση |
|--------------------|----------------------------------|---------------------------|--------------------------------|----------------------------|
| Continuous immersion (no level fluctuation) | None | Grade 2 | >5.000|Καμία επίθεση διεπαφής εάν είναι πλήρως βυθισμένη |
| Μέτρια διακύμανση επιπέδου (ημερήσιοι κύκλοι)|1 – 5 κύκλοι/ημέρα|Βαθμός 7|3.000 – 4.500|Το παλλάδιο παρέχει 3,5× βελτίωση ζωής |
| Συχνή διακύμανση στάθμης (ωριακοί κύκλοι)|10 – 20 κύκλοι/ημέρα|Βαθμός 7 + ηλεκτρογυαλισμένο|4.500 – 6.500|Το φινίρισμα επιφάνειας μειώνει τις θέσεις εκκίνησης |
| Διακοπτόμενη λειτουργία (καθημερινές διακοπές λειτουργίας)|1 κύκλος/απενεργοποίηση|Βαθμός 7|4.000 – 6.000|Λιγότεροι κύκλοι παρατείνουν τη ζωή |
| Προϋπολογισμός-περιορισμένος, βραχυπρόθεσμος- (<1000 hours) | Any | Grade 2 | 800 – 1,200 | Acceptable for temporary service |
**Πρακτικά μέτρα για την παράταση της διάρκειας ζωής της διεπαφής**
Τρία συμπληρωματικά μέτρα μειώνουν την επίθεση διεπαφής ακόμη και με τιτάνιο βαθμού 7. Αρχικά, σχεδιάστε τη δέσμη του θερμαντήρα με τους σωλήνες πλήρως βυθισμένους ανά πάσα στιγμή, διατηρώντας ένα ελάχιστο επίπεδο διαλύματος 50 mm πάνω από τον υψηλότερο σωλήνα. Δεύτερον, εγκαταστήστε ένα προστατευτικό εκτόξευσης ή ένα σύστημα ελέγχου στάθμης-που εμποδίζει τη διεπαφή να ταλαντώνεται στην επιφάνεια του σωλήνα. Τρίτον, για συστήματα βαθμού 2, εφαρμόστε μια επίστρωση PTFE στη ζώνη διεπαφής. η επίστρωση αποτρέπει την άμεση επαφή μεταξύ των εξατμιζόμενων αλάτων και της επιφάνειας του τιτανίου, εξαλείφοντας αποτελεσματικά την προσβολή του υγρού-ξηρού κύκλου. Αυτά τα μέτρα μπορούν να παρατείνουν τη διάρκεια ζωής του βαθμού 2 σε 2.000–3.000 ώρες, πλησιάζοντας την απόδοση του βαθμού 7.
**Σύναψη**
Για θερμάστρες με επένδυση τιτανίου κατηγορίας 7 σε βολφραμικό νάτριο 12%, διάλυμα ανθρακικού νατρίου 3% στους 95 βαθμούς για έκπλυση βολφραμίου, η προσθήκη παλλαδίου 0,15% μειώνει την επιδεκτικότητα δημιουργίας κοιλοτήτων στη διεπιφάνεια ατμών{5}}υγρού κατά 3,5 σε σύγκριση με τον βαθμό 2. Ο χρόνος από 0 έως 30 ώρες επεκτείνεται από τις 0 έως τις πρώτες 0 ώρες 1.200–1.800 ώρες και η διάρκεια ζωής αυξάνεται από 800–1.200 ώρες σε 3.000–4.500 ώρες. Το παλλάδιο διατηρεί ένα ευγενές δυναμικό κατά τη διάρκεια του κύκλου ξήρανσης καταλύοντας τη μείωση του οξυγόνου, αποτρέποντας την πιθανή πτώση που προκαλεί τη δημιουργία κοιλοτήτων στον βαθμό 2. Οι μηχανικοί που καθορίζουν θερμαντήρες τιτανίου για έκπλυση βολφραμίου θα πρέπει να επιλέξουν τον βαθμό 7 όταν η διεπαφή ατμού{24}}υγρού είναι αναπόφευκτη και να εφαρμόσουν μέτρα ελέγχου στάθμης για ελαχιστοποίηση του κύκλου 5}} Αυτή η προδιαγραφή κράματος αποτρέπει το άνοιγμα της διεπαφής – την κυρίαρχη λειτουργία αστοχίας σε εφαρμογές θέρμανσης αλκαλικού βολφραμικού άλατος υψηλής θερμοκρασίας.
