İz Florür Tehdidi
%30-70 konsantrasyonda ve kaynamaya yaklaşan sıcaklıklarda (110-120 derece) nitrik asit, nükleer yakıtın yeniden işlenmesinde, paslanmaz çeliğin kimyasal olarak öğütülmesinde ve özel kimyasal sentezde birincil işlem ortamıdır. Titanyum Sınıf 7 - %0,12-0,25 paladyum içeren bir titanyum-paladyum alaşımı - bu hizmet için yaygın olarak belirtilmektedir. Paladyum ilavesi alaşımı katodik olarak değiştirerek korozyon direncini ticari olarak saf titanyuma zarar verebilecek azaltıcı ortamlara kadar genişletir.
Ancak bu uygulamalarda nitrik asit nadiren saf kalır. Florür iyonları aside birden fazla kaynaktan girer: nükleer yakıt içeren florürün-çözünmesi, yukarı yönde aşındırmada kullanılan hidroflorik asitten bulaşma veya proses suyundan kirlenme. 5-10 ppm kadar düşük florür konsantrasyonları, titanyum üzerindeki TiO₂ pasif filmini dengesizleştirebilir. 50-100 ppm'de film yerel olarak bozulur. 200-500 ppm'de aktif korozyon başlar.
PTFE'nin pasif filmi yoktur. Nitrik asit ve florür iyonlarına karşı direnci, korunan bir yüzey durumu değil, karbon-flor moleküler bağının mutlak-bir özelliğidir. Bu ortamda Grade 7 titanyum ile PTFE arasındaki karşılaştırma, hassas bir elektrokimyasal denge yoluyla hayatta kalan bir malzeme ile asit veya florür ile termodinamik olarak reaksiyona giremeyen bir malzeme arasındadır.
Pasif Film Arıza Mekanizması
Titanyum Sınıf 7, asidin oksitleyici gücü tarafından korunan stabil bir TiO₂ pasif film yoluyla nitrik asidin kaynamasına karşı direnç gösterir. Paladyum ilavesi, alaşımın korozyon potansiyelini pasif alana kaydırarak, ticari olarak saf titanyumun aktifleşebileceği daha düşük asit konsantrasyonlarında bile filmin stabil kalmasını sağlar.
Florür iyonları, çözünür titanyum-florür kompleksleri oluşturarak TiO₂ filmine saldırır: TiO₂ + 6F⁻ + 4H⁺ → TiF₆²⁻ + 2H₂O. Kompleks çözünerek çıplak titanyum metalini ortaya çıkarır. Açığa çıkan metal ya yeniden pasifleşebilir (eğer florür konsantrasyonu düşükse ve nitrik asit mevcutsa) veya çözünmeye devam edebilir (eğer florür konsantrasyonu yeniden pasifleştirme kapasitesini aşarsa).
Kaynayan %50 nitrik asitte 10 ppm'nin altındaki florür konsantrasyonlarında, yeniden pasivasyon hızı filmin çözünme hızını aşar. Titanyum pasif kalır. 10-50 ppm arasında dinamik bir denge mevcuttur; küçük bir net metal kaybıyla film çözünür ve yeniden oluşur. 50 ppm'nin üzerinde filmin çözünmesi, yeniden pasifleştirmeyi geride bırakır. Özellikle yüzey kusurlarında ve kaynak bölgelerinde lokalize saldırı başlar. 200 ppm'in üzerinde aktif korozyon yüzey boyunca yayılır.
| Korozyon Parametresi | Titanyum Sınıf 7 | PTFE |
|---|---|---|
| Korozyona karşı koruma mekanizması | TiO₂ pasif film (HNO₃ oksidasyonu + Pd katodik modifikasyonu ile korunur) | Doğal C-F bağ kararlılığı |
| Parçalanma için kritik florür konsantrasyonu (ppm) | 10-50 (film destabilization); >200 (aktif korozyon) | Konsantrasyon sınırı yok |
| 110 derecede %50 HNO₃'da korozyon oranı, 0 ppm F⁻ (mm/yıl) | <0.01 | 0 |
| 110 derecede %50 HNO₃'da korozyon oranı, 100 ppm F⁻ (mm/yıl) | 0,05-0,20 (yerelleştirilmiş) | 0 |
| 110 derecede %50 HNO₃'da korozyon oranı, 500 ppm F⁻ (mm/yıl) | >1,0 (etkin, hızlı) | 0 |
| Florür gezilerine karşı hassasiyet | Yüksek (geri dönüşü olmayan hasar mümkün) | Hiçbiri |
Gezide Hayatta Kalma
Bu hizmette Grade 7 titanyum ile PTFE arasındaki en önemli fark, florür salınımlarına verilen tepkidir. Bir süreçteki aksaklıklardan,-kimyasalların yanlış doldurulmasından veya yukarı yöndeki florür gideriminin başarısız olmasından kaynaklanan bir florür kaybı-, ısı eşanjörünü dakikalar ila saatler arasında normal çalışma aralığının çok üzerindeki florür konsantrasyonlarına maruz bırakabilir.
Florür salınımı nedeniyle hasar gören Titanyum Derece 7 iyileşmeyebilir. Pasif film bir kez yok edildikten sonra, florür seviyeleri normale döndüğünde-tekdüze bir şekilde yeniden oluşmayabilir. Gezi sırasında başlatılan çukurlar, çukur ortamındaki artık florür konsantrasyonunda yayılmaya devam eder. Korozyon duvarda tüneller açarken eşanjör dışarıdan sağlam görünebilir.
PTFE, herhangi bir büyüklük veya süredeki florür salınımlarından etkilenmez. Malzemenin geziye dair hiçbir anısı yok. Florür seviyeleri normale döndüğünde, PTFE yüzeyi gezi öncesi-durumuyla aynıdır. Bu hayatta kalma yeteneği, sapmaların nadir fakat mümkün olduğu ve tespit edilemeyen bir korozyon arızasının sonucunun kabul edilemez olduğu proseslerde değerlidir.
Maliyet-Performans Takası-kapalı
Titanyum Sınıf 7 ısı eşanjörleri pahalıdır-imalat maliyeti, aynı ısı görevi için PTFE eşdeğerinin 8-12 katıdır. Maliyet avantajı, kompaktlık (titanyumun 21 W/m·K'lik termal iletkenliğine karşı PTFE'nin 0,25 W/m·K'lik termal iletkenliği) ve daha yüksek basınç kapasitesi satın alır. Florürün bulunmadığının garanti edildiği ve alanın kısıtlı olduğu proseslerde Grade 7 titanyum uygun seçimdir.
Florürün herhangi bir konsantrasyonda mevcut olduğu veya florür sapmalarının mümkün olduğu proseslerde PTFE, maliyeti ne olursa olsun- daha düşük riskli bir seçimdir. Bir titanyum değiştiriciyi tahrip eden tek bir florür salınımının maliyeti çoğu zaman PTFE alternatifinin maliyetini aşmaktadır. PTFE değiştirici aynı zamanda titanyumun gerektirdiği florür konsantrasyonu izleme ve kontrol altyapısını da ortadan kaldırır.
Özet
PTFE ısı eşanjörleri, eser miktarda florür kirliliği içeren kaynayan nitrik asite karşı koşulsuz olarak dirençlidir; buna karşın Sınıf 7 titanyum, 10-50 ppm'nin üzerindeki florür konsantrasyonlarında parçalanan pasif bir filme dayanır. PTFE'nin florür gezisinde hayatta kalma yeteneği mutlaktır; titanyum, tek bir gezi olayından kaynaklanan geri dönüşü olmayan lokal saldırılara maruz kalabilir. PTFE, daha büyük ayak izine ve daha düşük basınç kapasitesine rağmen, florürün mevcut veya mümkün olduğu herhangi bir nitrik asit hizmetinde daha düşük riskli bir seçimdir.
PTFE ve titanyum karşılaştırması için mühendislik desteği Nitrik asit-florür hizmetinde 7. Sınıf malzeme seçimi, asit konsantrasyonu, normal ve gezici florür seviyeleri, çalışma sıcaklığı, ısı görevi ve alan kısıtlamalarının sunulması üzerine sağlanır.
