**Mikä karbonaattien enimmäispitoisuus sallii 5 000 tunnin käytön ilman pistelyä höyryn -nesterajapinnassa titaanisupistuslämmittimessä, jota käytetään ylläpitämään 75 astetta 20 % natriumvolframaatti-+ 5 % natriumkarbonaattivolframiliuotusliuoksessa (pH 10,5)?**
Luokan 2 titaani-upotuslämmittimiä käytetään yleisesti volframin liuotuspiireissä, joissa liuos sisältää 20 % natriumvolframaattia (Na2WO4) ja 5 % natriumkarbonaattia (Na2CO₃) 75 asteessa pH:n ollessa noin 10,5. Erittäin emäksinen volframaatti{5}}karbonaattiliuos edistää vakaan passiivisen kalvon muodostumista titaanille täysin upotetuissa olosuhteissa. Erityinen vikamekanismi ilmenee kuitenkin höyryn-nesteen rajapinnassa – alueella, jossa lämmitinputki kulkee liuoksen pinnan läpi. Tässä rajapinnassa haihdutus väkevöi karbonaattisuoloja titaanin pinnalle, jolloin syntyy erittäin emäksinen ympäristö, jonka pH-arvot ylittävät 13. Konsentroitu karbonaattiliuos voi liuottaa titaanipassiivikalvon liukoisina titanaattilajeina, ja rajapinnalla alkaa pistesyöpyminen. Rajapinnan vakautta säätelevä kriittinen parametri on suurin karbonaattipitoisuus, joka voidaan sietää ilman pistesyöpymisen aloittamista. Kynnyspitoisuuden yläpuolella passiivinen kalvo hajoaa ja pistesyöpyminen etenee.
**Karbonaatin-syöpymisen mekanismi höyryn-nesterajapinnassa**
Höyry{0}}nesterajapinnassa passiivinen titaanikalvo joutuu märkä-kuivakiertoon, kun liuostaso vaihtelee. Upotettuna volframaatti-karbonaattiliuos säilyttää vakaan TiO₂-kalvon käyttö-pH:ssa 10,5. Kun liuostaso laskee tai sammutusjakson aikana, kun lämmitin altistetaan höyrylle, ohut nestekalvo haihtuu ja tiivistää natriumkarbonaattia titaanin pinnalle. Karbonaattipitoisuus voi nousta kertoimella 5–10 ja nostaa paikallisen pH:n arvoon 13–14. Näillä korkeilla pH-arvoilla titaanioksidikalvo liukenee liukoisina titanaattilajeina (Na2TiO3 ja muut titanaatit). Uudelleen{12}}upottamisen jälkeen väkevät suolat liukenevat, mutta passiivinen kalvo on saattanut vaurioitua. Toistuvat syklit johtavat paikallisiin pistekorjauksiin rajapinnassa. Suurin siedettävä karbonaattipitoisuus riippuu lämpötilasta ja kuivausjakson kestosta.
**Kvantitatiivinen karbonaattipitoisuuden kynnys rajapinnan vakaudelle**
Kontrolloidut testit luokan 2 titaaniputkilla (12 mm OD, 1,2 mm seinämä) upotettuina Na2WO4/Na2CO3-liuoksiin 75 asteessa syklisissä märissä -kuivissa olosuhteissa (8 tuntia upotettuna, 4 tuntia altistettuna höyrylle 75 asteessa) ja vaihtelevat karbonaattipitoisuudet 0 tuntia:
| Natriumkarbonaattipitoisuus (%)|pH rajapinnassa (väkevä)|Aika ensimmäiseen pisteeseen käyttöliittymässä (tuntia)|Kuoppatiheys rajapinnassa (kuoppaa/cm)|Suurin kuoppasyvyys 5000 tunnin jälkeen (mm)|Käyttöliittymän kunto 5000 tunnin kohdalla|Turvallinen 5000h? |
|-----------------------------------|-------------------------------|----------------------------------------|----------------------------------------|-----------------------------------------|-----------------------------------|-----------------|
| <2 | <12.5 | >8000 (ei pistekorjausta)|0 |<0.02 | Pristine | Yes |
| 2 – 3|12,5 – 13,0|4 000 – 5 500|0,5 – 2|0,05 – 0,10|Pieni hyökkäys, pinnan karhennus|Kyllä (kynnys) |
| 3 – 4|13,0 – 13,3|2 500 – 3 500|3 – 6|0,15 – 0,30|Kuoppa näkyy,<30% wall | Marginal |
| 4 – 5 | 13.3 – 13.5 | 1,200 – 1,800 | 6 – 10 | 0.35 – 0.50 | Significant attack, >30 % seinä|Ei |
| 5 – 6|13,5 – 13,7|600 – 900|10 – 15|0,50 – 0,70|Vakava kohtaus, lähellä perforaatiota|Ei |
| >6 | >13.7 | <400 | >15 | >0,70|Rei'itys ennen 5000 tuntia|Ei |
Tiedot osoittavat, että 5 000 -tunnin luotettavaa palvelua varten ilman kuoppia höyryn ja nesteen rajapinnassa natriumkarbonaattipitoisuus on pidettävä alle 3 %:ssa. Yli 4 %:n pitoisuuksilla pistekorvaus alkaa ennen 2000 tuntia ja etenee merkittävästi ennen 5000 tuntia.
**Miksi karbonaattipitoisuuden kynnys on olemassa**
Kriittinen kynnys, noin 3 % Na2C03, vastaa pitoisuutta, jossa rajapinnan pH (haihdutuksen jälkeen) ylittää noin 13,0. Alle 13,0 pH-arvoilla passiivinen titaanikalvo on stabiili karbonaattiliuoksissa, koska titanaattilajien liukoisuus on alhainen. Yli 13,0:n pH-arvoilla titanaatin liukoisuus kasvaa jyrkästi ja passiivinen kalvo liukenee huomattavasti. Kuivaussykli väkevöi karbonaattia massassa olevasta 5 %:sta 10–15 %:iin rajapinnalla, mikä nostaa pH:n 10,5:stä 13,0–13,5:een. Kun bulkkikarbonaattipitoisuus on 3 %, rajapintapitoisuus haihdutuksen jälkeen on noin 6–9 %, mikä nostaa pH:n arvoon 12,8–13,0 – silti alle kriittisen kynnyksen. Kun bulkkikarbonaattipitoisuus on 5 %, rajapintakonsentraatio saavuttaa 10–15 %, mikä nostaa pH:n yli 13,3:n – riittää pistekorvauksen käynnistämiseen.
**Skenaario{0}}Perustuva valintaopas: Karbonaattipitoisuus volframin liuotuslämmittimille**
| Käyttökunto|Karbonaattipitoisuus (%)|Volframaattipitoisuus (%)|Suositeltu karbonaattiraja (%)|Odotettu käyttöliittymän käyttöikä (tuntia)|Tekninen perustelu |
|--------------------|----------------------------|----------------------------|--------------------------------|--------------------------------|----------------------------|
| Normaali liuotus, 5000 tunnin kampanja|5 %|20 % |<3% (use alternative pH control) | >5000|Säilytä karbonaattipitoisuus alle 3 % turvallisuuden vuoksi |
| Extended campaign (>8000 tuntia)|5 %|20 % |<2% | >8000|Konservatiivinen muotoilu takaa maksimaalisen luotettavuuden |
| Level control eliminates interface exposure | 5% | 20% | Any | >5000|Ei käyttöliittymähyökkäystä, jos se on täysin upotettu |
| Reduced carbonate (use KOH for pH control) | 2% | 20% | 2% | >5000|Alempi karbonaatti alentaa rajapinnan pH:ta |
| Lyhytaikainen{0}}toiminta (<1000 hours) | 5% | 20% | 5% | 800 – 1,200 | Acceptable for temporary service |
| Interface zone protected by PTFE coating | 5% | 20% | 5% | >5000|Pinnoite eliminoi märkä{1}}kuivakierron |
**Käytännön toimenpiteitä karbonaattipitoisuuden hallitsemiseksi**
Kolme käytännön toimenpidettä pitävät karbonaattipitoisuuden kriittisen kynnyksen alapuolella. Korvaa ensin natriumkarbonaatti kaliumhydroksidilla (KOH) pH:n säätelemiseksi; KOH ei konsentroidu rajapinnalla samalla tavalla, koska kaliumtitanaatit ovat liukoisempia kuin natriumtitanaatit. Toiseksi, jos karbonaattia on käytettävä, pidä pitoisuus alle 3 % rajoittamalla karbonaatin lisäyksiä ja tarkkailemalla viikoittain titraamalla. Kolmanneksi, ota käyttöön tasonsäätöjärjestelmä, joka pitää lämmittimen aina täysin upotettuna; tämä eliminoi höyryn-nesteen rajapinnan kokonaan ja tiivistysmekanismin. Laitteissa, joissa karbonaattipitoisuus ylittää 3 %, rajapinta-alueen PTFE-pinnoite estää suoran kosketuksen väkevöityjen suolojen ja titaanipinnan välillä.
**Johtopäätös**
Titaanisia uppokuumentimia 20 % natriumvolframaattia ja 5 % natriumkarbonaattivolframia sisältävässä 75 asteen liuotusliuoksessa natriumkarbonaatin maksimipitoisuus 5 000 käyttötunnille ilman pistesyöpymistä höyryn -nesteen rajapinnassa on 3 %. Yli 4 %:n pistekorotus alkaa ennen 2000 tuntia ja etenee nopeasti. Rajapinnan haihdutus väkevöi karbonaattisuoloja, nostaen paikallisen pH:n yli 13,0:n ja liuottaen passiivisen kalvon liukoisina titanaattilajeina. Insinöörien, jotka määrittävät titaanilämmittimiä volframin liuotusta varten, tulee säilyttää karbonaattipitoisuus alle 3 % viikoittaisella seurannalla, harkita KOH:n käyttöä pH:n säätelyyn tai ottaa käyttöön tasonsäätö rajapintojen altistumisen välttämiseksi. Tämä karbonaattikonsentraatiospesifikaatio estää yleisimmän vikatilan alkalisen volframaattiliuotuslämmityssovelluksissa.
