5% एसिटिक एसिड और 200 पीपीएम क्लोराइड के साथ 250 डिग्री पर उच्च दबाव वाले आटोक्लेव में चलने वाले टाइटेनियम हीटिंग ट्यूब के लिए, टेफ्लॉन गैसकेट के तहत दरार जंग का विरोध करने के लिए दीवार की कितनी मोटाई की आवश्यकता होती है?

उच्च तापमान वाले आटोक्लेव के लिए टाइटेनियम हीटर डिजाइन करने में महत्वपूर्ण बदलाव
उच्च दबाव आटोक्लेव में 250 डिग्री पर 200 पीपीएम क्लोराइड और 5% एसिटिक एसिड टाइटेनियम के लिए एक कठोर वातावरण है। टाइटेनियम आमतौर पर एसिटिक एसिड के प्रति प्रतिरोधी होता है, हालांकि उच्च तापमान, क्लोराइड और टेफ्लॉन (पीटीएफई) गैसकेट का संयोजन दरार के क्षरण के लिए एक बड़ा खतरा है। आटोक्लेव हेड के माध्यम से हीटर के प्रवेश को सील करने वाला PTFE गैस्केट टाइटेनियम शीथ {{5}गैस्केट इंटरफ़ेस पर एक तंग अंतर बनाता है। इस दरार में, ऑक्सीजन नष्ट हो जाती है, क्लोराइड केंद्रित हो जाते हैं और टाइटेनियम क्लोराइड के हाइड्रोलिसिस के कारण स्थानीय स्तर पर पीएच कम हो जाता है। क्लोराइड समाधानों में ग्रेड 2 टाइटेनियम का क्रिटिकल क्रेविस तापमान (सीसीटी) सामान्यतः 70-80 डिग्री होता है। 250 डिग्री पर टाइटेनियम अपने सीसीटी से काफी ऊपर है, और दरार का क्षरण तेजी से शुरू हो जाएगा जब तक कि दरार की ज्यामिति नहीं बदली जाती या टाइटेनियम को मिश्रित नहीं किया जाता। दरार का क्षरण दीवार की मोटाई पर निर्भर होने के बाद छिद्रण के समय से शुरुआत को रोका नहीं जा सकता है। यह शोध अपरिहार्य दरार स्थितियों के तहत सहनीय सेवा जीवन के लिए आवश्यक दीवार की मोटाई का अनुमान लगाता है।

250 डिग्री पर दरार संक्षारण की गतिकी: यांत्रिक अखंडता के लिए निहितार्थ
ग्रेड 2 टाइटेनियम पर निष्क्रिय कोटिंग 250 डिग्री पर क्लोराइड की उपस्थिति में थर्मोडायनामिक रूप से अस्थिर है, यहां तक ​​कि दरार की अनुपस्थिति में भी। 200 पीपीएम सीएल - के साथ 5% एसिटिक एसिड में 250 डिग्री पर समान संक्षारण दर लगभग 0.1-0.2 मिमी/वर्ष है। हालाँकि, पीटीएफई गैस्केट के नीचे दरार के क्षरण की गति 10-50 गुना अधिक है। सिम्युलेटेड आटोक्लेव स्थितियों में इलेक्ट्रोकेमिकल परीक्षण 2-5 मिमी/वर्ष की दरार वृद्धि दर का संकेत देते हैं। 1.0 मिमी की दीवार के लिए यह 2.5-6 महीनों के भीतर छिद्रण की भविष्यवाणी करता है . 2.0 मिमी दीवार: 5-12 महीनों में छिद्रण। छिद्रित दीवार 3.0 मिमी 7-18 महीने। बड़ा प्रसार गैसकेट संपीड़न, सतह खत्म और ऑक्सीजन एकाग्रता में विविधता के कारण होता है। महत्वपूर्ण बात यह है कि कनेक्शन अनिवार्य रूप से रैखिक है: दीवार की मोटाई दोगुनी होने से वेध का समय दोगुना हो जाता है। निष्क्रिय संक्षारण के विपरीत, जहां मोटी दीवारों के लाभ तेजी से बढ़ सकते हैं, 250 डिग्री पर दरार संक्षारण हमले को रोकने के लिए एक स्थिर निष्क्रिय कोटिंग बनाने में असमर्थता के कारण रैखिक गतिशीलता प्रदर्शित करता है।

विफलता गैस्केट शीथ इंटरफ़ेस पर होती है, आमतौर पर गैस्केट किनारे से 5-10 मिमी। आरंभ के बाद, संक्षारण का खांचा तेजी से विकसित होता है। हीटर पैठ पर रिसाव के कारण विफल होता है, न कि डूबे हुए भाग के छिद्र के कारण। विफलता के बाद जांच में गैस्केट के नीचे एक तेज चाकू {{7}किनारे वाली नाली दिखाई देती है।

थर्मल प्रदर्शन पर प्रभाव: तापमान प्रवणता और गैसकेट गिरावट
गैस्केट स्थल पर टाइटेनियम की दीवार पर थर्मल ग्रेडिएंट छोटा है, क्योंकि गैस्केट आमतौर पर हीटर के ठंडे सिरे (गर्म क्षेत्र के ऊपर) पर स्थित होता है। हालाँकि, म्यान में स्थानांतरित होने वाली गर्मी गैसकेट तापमान को बढ़ा देती है। 250 डिग्री पर एक आटोक्लेव के लिए, गैसकेट क्षेत्र का तापमान दीवार की मोटाई और बिना गर्म किए हिस्से की लंबाई के आधार पर 150-200 डिग्री हो सकता है। पीटीएफई 260 डिग्री से अधिक टूट जाता है, लेकिन 200 डिग्री के आसपास यह नरम हो जाता है और रेंगने लगता है, जिससे गैसकेट पर दबाव बढ़ जाता है और दरार का अंतर कम हो जाता है। एक उथली दरार (< 0.05 mm) increases the crevice corrosion because the diffusion of the oxygen is totally prevented. Thicker wall is more conductive for heat transfer to the gasket (lower thermal resistance per unit length). This may result in a 10-20°C increase in gasket temp for a 2.0 mm wall over a 1.0 mm wall. The increase in temperature brings an increase in PTFE creep and crevice corrosion kinetics which partly offsets the benefit of the increased wall thickness.

सिंथेसिस को ट्रेड करें-: 1 वर्ष की सेवा अवधि के लिए दीवार की मोटाई
दीवार की मोटाई (मिमी) अनुमानित दरार संक्षारण दर (मिमी/वर्ष 250 डिग्री पर) छिद्रण का समय (महीने) गैसकेट तापमान (डिग्री) 1-वर्ष के जीवन के लिए अनुशंसित?
1.0 मिमी 3.5 मिमी/वर्ष (सामान्य) 3.5 महीने 180 डिग्री नहीं
1.5 मिमी 3.5 मिमी/वर्ष 5 महीने 185 डिग्री संख्या
2.0 मिमी 3.5 मिमी/वर्ष 7 महीने 190 डिग्री नहीं (12 महीने से पहले ब्रेक)
2.5 मिमी 3.5 मिमी/वर्ष 8.5 माह 195 डिग्री संख्या
3.0 मिमी 3.5 मिमी/वर्ष 10 महीने 200 डिग्री सीमांत (12 महीने तक नहीं पहुंच सकता)
4.0 मिमी 3.5 मिमी/वर्ष 13.5 माह 210 डिग्री हां (पीटीएफई खराब होने का खतरा)
आंकड़ों से पता चलता है कि 4.0 मिमी की दीवार भी 3.5 मिमी/वर्ष की दरार संक्षारण दर पर 13.5 महीने से अधिक नहीं टिकेगी और गैस्केट तापमान (210 डिग्री) पीटीएफई (200 डिग्री निरंतर) के लिए अनुशंसित अधिकतम से अधिक है। आक्रामक दरार स्थितियों के लिए 1 वर्ष की सेवा जीवन प्रदान करने के लिए अकेले दीवार की मोटाई पर भरोसा नहीं किया जा सकता है।

दीवार से परे इंजीनियरिंग: दरार उन्मूलन और मिश्र धातु उन्नयन
क्योंकि दीवार की मोटाई केवल रैखिक रूप से दरार के संक्षारण जीवन में सुधार करती है, इसलिए इंजीनियरिंग का जोर दरार के विकास को रोकने या टाइटेनियम मिश्र धातु को उन्नत करने पर दिया जाना चाहिए। सबसे पहले, PTFE गैस्केट को एक वेल्डेड टाइटेनियम से {{2}फ़्लेंज कनेक्शन के साथ बदल दिया जाता है, जिससे दरार ख़त्म हो जाती है। एक वेल्डेड सील (उदाहरण के लिए आटोक्लेव हेड पर वेल्डेड एक टाइटेनियम स्टब ट्यूब) गैसकेट शीथ इंटरफ़ेस को हटा देती है जो संक्षारण स्थल है। दूसरा, जब टाइटेनियम को ग्रेड 2 से ग्रेड 7 (Ti-0.15% Pd) में अपग्रेड किया जाता है, तो क्रिटिकल क्रेविस तापमान ~150 डिग्री तक बढ़ जाता है। 250 डिग्री पर ग्रेड 7 अभी भी संक्षारित होता है, लेकिन प्रति वर्ष 0.5-1.0 मिमी पर, या ग्रेड 2 की तुलना में 3-7 गुना धीमा। 2.0 मिमी की दीवार मोटाई के साथ ग्रेड 7 ट्यूब का सेवा जीवन 2-4 वर्ष है। तीसरा, गैसकेट क्षेत्र में टाइटेनियम शीथ पर एक PTFE हीट-सिकुड़ आस्तीन लगाया गया था। आस्तीन सीधे धातु-दरार संपर्क से बचने के लिए टाइटेनियम और गैसकेट के बीच एक बाधा के रूप में कार्य करता है।

निष्कर्ष: दीवार की मोटाई अपने आप में पर्याप्त नहीं है - दरार को हटाना आवश्यक है
250 डिग्री पर 5% एसिटिक एसिड और 200 पीपीएम क्लोराइड के साथ उच्च दबाव वाले आटोक्लेव में टाइटेनियम हीटिंग ट्यूब के लिए, पीटीएफई गैसकेट के तहत दरार जंग का सामना करने के लिए आवश्यक दीवार की मोटाई अनुचित रूप से बहुत बड़ी है (4.0 मिमी या अधिक) और 18 महीने से कम का सेवा जीवन देती है। दरार के क्षरण का यह तापमान रैखिक है (2-5 मिमी प्रति वर्ष) इसलिए मोटी दीवार का अर्थ है तदनुसार लंबा जीवन। प्रस्तावित उपाय यह है कि दरार को हटाने के लिए टाइटेनियम शीथ को सीधे टाइटेनियम फेरूल या फ्लैंज पर वेल्ड किया जाए या पीटीएफई स्लीव बैरियर के साथ ग्रेड 7 टाइटेनियम का उपयोग किया जाए। यदि गैसकेटेड पैठ की आवश्यकता है, तो 2.5 मिमी की न्यूनतम दीवार मोटाई के साथ ग्रेड 7 टाइटेनियम निर्दिष्ट करें, गैसकेट क्षेत्र पर एक पीटीएफई हीट-सिकोड़ने वाली आस्तीन, और क्रेविस ग्रूविंग के लिए 6 महीने का निरीक्षण अंतराल निर्दिष्ट करें। मिश्र धातु, दीवार की मोटाई और सीलिंग विधि का सर्वोत्तम संयोजन निर्धारित करने के लिए निर्माता को आटोक्लेव ऑपरेटिंग तापमान, क्लोराइड एकाग्रता और अनुमानित सेवा जीवन दें। इस गंभीर वातावरण में, दीवार की मोटाई पर्याप्त नहीं होगी।