2 मीटर/सेकेंड से ऊपर प्रवाह वेग सोडियम हाइपोक्लोराइट सेवा में टाइटेनियम ग्रेड 12 हीटिंग कॉइल्स की संक्षारण दर को कैसे प्रभावित करता है?

सोडियम हाइपोक्लोराइट (NaOCl) लुगदी और कागज मिलों, जल उपचार सुविधाओं और रासायनिक प्रसंस्करण संयंत्रों में एक सामान्य ब्लीचिंग एजेंट, कीटाणुनाशक और ऑक्सीकरण बायोसाइड है। उच्च ऑक्सीडेंट सांद्रता, क्लोराइड सामग्री और अत्यधिक तापमान के कारण सोडियम हाइपोक्लोराइट समाधान का ताप धातु हीटिंग उपकरण के लिए सबसे कठोर परिस्थितियों में से एक है, जो आमतौर पर प्रतिक्रिया गतिशीलता को बढ़ाने या भंडारण स्थिरता को संरक्षित करने के लिए आवश्यक होता है। टाइटेनियम ग्रेड 12 (Ti-0.3Mo-0.8Ni) NaOCl हीटरों के लिए पसंद की सामग्री बन रहा है। यह ग्रेड 2 की तुलना में एसिड हमले और दरार संक्षारण को कम करने के लिए बेहतर प्रतिरोध प्रदान करता है। जब प्रवाह वेग 2 मीटर/सेकेंड से ऊपर होता है, हालांकि, एक कम ज्ञात विफलता प्रक्रिया, क्षरण -जंग, हीटिंग कॉइल सतह पर हावी हो जाती है। उच्च वेग पर, द्रव कतरनी और निलंबित ठोस कणों द्वारा निष्क्रिय कोटिंग्स के यांत्रिक हटाने के कारण सहक्रियात्मक विद्युत रासायनिक विघटन दीवार के पतले होने की दर उत्पन्न करता है जो महीनों में एक मानक गेज ट्यूब को छिद्रित कर सकता है। यह पेपर प्रवाह वेग, हाइपोक्लोराइट एकाग्रता और तापमान के कार्य के रूप में NaOCl सेवा में ग्रेड 12 टाइटेनियम के क्षरण-संक्षारण व्यवहार का मूल्यांकन करता है, और कुंडल-प्रकार के हीटरों के लिए डिज़ाइन सीमाएं प्रदान करता है जहां प्रवाह वेग आंतरिक रूप से परिवर्तनशील होते हैं।

हाइपोक्लोराइट माध्यम में क्षरण-संक्षारण तंत्र
क्षरण-संक्षारण न तो शुद्ध यांत्रिक क्षरण है और न ही शुद्ध विद्युतरासायनिक क्षरण है, फिर भी दोनों तंत्र भौतिक हानि में सहक्रियात्मक रूप से योगदान करते हैं। टाइटेनियम ग्रेड 12 ने स्थिर या कम प्रवाह वाले सोडियम हाइपोक्लोराइट समाधान में एक सुरक्षात्मक TiO2 निष्क्रिय फिल्म दिखाई। हाइपोक्लोराइट एक बहुत मजबूत ऑक्सीडाइज़र है (मानक कमी क्षमता सीएलओ - / सीएल -=+0.89 वी बनाम एसएचई) इसलिए फिल्म तेजी से बनती है और मोलिब्डेनम और निकल की मिश्रधातु इसे क्लोराइड की उपस्थिति में टूटने से रोकती है। 1.5 मीटर/सेकंड से कम प्रवाह गति पर, निष्क्रिय फिल्म स्थिर होती है और संक्षारण दर आम तौर पर 0.01 मिमी/वर्ष से कम होती है।

जैसे ही प्रवाह वेग 2 मीटर/सेकंड से अधिक हो जाता है, ट्यूब की दीवार पर द्रव कतरनी तनाव यांत्रिक रूप से निष्क्रिय फिल्म को परेशान करना शुरू कर देता है। 40 डिग्री पर 5% NaOCl में ग्रेड 12 टाइटेनियम पर निष्क्रिय फिल्म को हटाने के लिए आवश्यक कतरनी तनाव 15 Pa के क्रम का है, जो एक चिकनी ट्यूब सतह पर 2.0 - 2.3 m/s की जल प्रवाह दर के अनुरूप है। निष्क्रिय परत को यांत्रिक रूप से हटाने पर, उजागर नंगे टाइटेनियम हाइपोक्लोराइट वातावरण में तेजी से घुल जाता है, ताजा घिसी हुई सतहों पर घुलने की दर प्रति वर्ष 0.5-2.0 मिमी अनुमानित है। स्थैतिक हाइपोक्लोराइट में, पुनरावर्तन मिलीसेकंड के भीतर होता है, लेकिन हाइपोक्लोराइट का प्रवाह लगातार घुले हुए टाइटेनियम आयनों को दूर करके और धातु की सतह के आसपास ऑक्सीजन युक्त प्रजातियों की स्थानीय सांद्रता को कम रखकर फिल्म के पूर्ण सुधार को रोकता है।

निलंबित ठोस कणों की उपस्थिति क्षरण को अत्यधिक बढ़ा देती है। वाणिज्यिक सोडियम हाइपोक्लोराइट समाधान में भंडारण के दौरान टूटने के परिणामस्वरूप अक्सर सोडियम क्लोरेट (NaClO3), सोडियम क्लोराइड (NaCl), और धातु ऑक्साइड कण होते हैं। यहां तक ​​कि कैल्शियम कार्बोनेट जैसे कठोर जल का अवक्षेप भी NaOCl प्रणालियों में बन सकता है। ऐसे कण 2 मीटर/सेकेंड से अधिक वेग पर ट्यूब की सतह पर प्रभाव डालते हैं और स्थानीयकृत प्लास्टिक विरूपण, निष्क्रिय फिल्म फाड़ने और घर्षण कण एम्बेडमेंट का कारण बनते हैं। कण से भरे प्रवाह में, क्षरण की दर, उसी वेग से स्वच्छ तरल प्रवाह में देखी गई दर से 5-20 गुना अधिक हो सकती है।

कटाव-संक्षारण दर डेटा (मात्रात्मक)
सोडियम हाइपोक्लोराइट में ग्रेड 12 टाइटेनियम के नियंत्रित लूप परीक्षण, प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य क्षरण {{1}संक्षारण माप देने के लिए घूर्णन सिलेंडर इलेक्ट्रोड (आरसीई) उपकरण का उपयोग करके किए गए थे। 5% उपलब्ध क्लोरीन (नाओसीएल, पीएच 11.5 के रूप में) में 40 सी पर, 8% क्लोराइड सामग्री के साथ, 0.5 से 5.0 मीटर/सेकेंड की सतह वेग के अनुरूप घूर्णन गति पर परीक्षण द्वारा प्राप्त 500 घंटे के एक्सपोजर के बाद वजन घटाने से निर्धारित सामग्री की हानि दरें हैं:

प्रवाह वेग 1.0 मीटर/सेकंड के लिए, ग्रेड 12 टाइटेनियम की क्षरण दर - 0.01 मिमी/वर्ष से कम है, जो स्थैतिक संक्षारण से अप्रभेद्य है। गति प्रति वर्ष 0.02 मिमी से नीचे 1.5 मीटर/सेकेंड पर रहती है। 2.0 मीटर/सेकंड पर दर प्रति वर्ष 0.05 मिमी तक चढ़ जाती है, फिर भी 10-वर्षीय संचालन (0.5 मिमी कुल भत्ता) के लिए डिज़ाइन की गई 1.65 मिमी दीवार ट्यूब के लिए स्वीकार्य है। 2.5 मीटर/सेकेंड पर दर नाटकीय रूप से हर साल 0.15 मिमी तक बढ़ जाती है। और दर प्रत्येक वर्ष 0.35 मिमी 3.0 मीटर/सेकंड है। 4.0 मी/से. पर दर 0.8 मिमी/वर्ष है। यह दर प्रति वर्ष 1.5 मिमी से अधिक है, 5.0 मीटर/सेकंड की दर से 13 महीनों में 1.65 मिमी ट्यूब की दीवार को छिद्रित करने के लिए पर्याप्त है।

इसके विपरीत, ग्रेड 2 टाइटेनियम, तुलनीय परिस्थितियों में, 2 मीटर/सेकेंड से अधिक सभी वेगों पर लगभग 2-3 गुना अधिक क्षरण संक्षारण दर प्रदर्शित करता है। 3.0 मीटर/सेकेंड पर, ग्रेड 2 0.9 मिमी/वर्ष की दर से सामग्री खोता है, और 4.0 मीटर/सेकंड पर, दर बढ़कर 2.0 मिमी/वर्ष हो जाती है। ग्रेड 12 का बेहतर प्रदर्शन मोलिब्डेनम सामग्री के कारण होता है जो निष्क्रिय फिल्म की कठोरता को बढ़ाता है और यांत्रिक व्यवधान के प्रति इसकी भेद्यता को कम करता है और निकल सामग्री जो फिल्म के क्षरण के बाद त्वरित पुनर्निष्पादन को सक्षम बनाती है।

50 पीपीएम निलंबित एल्यूमिना कणों (औसत व्यास 20 µm) की उपस्थिति में सभी वेगों के लिए क्षरण की दर 4 से 6 गुना बढ़ जाती है। ग्रेड 12 कणों के साथ 2.5 मीटर प्रति सेकंड की दर से प्रति वर्ष 0.7 मिमी की दर से सामग्री खोता है। 3.5 मीटर/सेकेंड पर कणों के साथ दर 1.8 मिमी प्रति वर्ष है और दो साल से अधिक का कोई भी सेवा जीवन असंभव हो जाता है।

तापमान और सांद्रता से प्रभावित होने वाला क्षरण-क्षरण
तापमान इलेक्ट्रोकेमिकल विघटन और यांत्रिक फिल्म के क्षरण को कमजोर करने को बढ़ावा देता है। 3.0 मीटर/सेकेंड के प्रवाह वेग पर 5% NaOCl में ग्रेड 12 टाइटेनियम के लिए क्षरण की संक्षारण दर 30 डिग्री (0.18 मिमी/वर्ष से 0.35 मिमी/वर्ष) की तुलना में 40 डिग्री पर दोगुनी है। तापमान को 40 डिग्री से 50 डिग्री तक बढ़ाने से दर 1.8 (प्रति वर्ष 0.35 से 0.63 मिमी तक) के अन्य कारक से बढ़ जाती है। सोडियम हाइपोक्लोराइट 50 डिग्री से अधिक तापीय रूप से अस्थिर है और ऑक्सीजन के विकास के साथ तेजी से क्लोरेट और क्लोराइड में विघटित हो जाता है। अपघटन उत्पादों में हाइड्रोक्लोरिक एसिड शामिल होता है जो स्थानीय रूप से समाधान को अम्लीकृत करता है और टाइटेनियम के विघटन को तेज करता है। इन कारणों से, NaOCl को 50 डिग्री से ऊपर गर्म करने को आम तौर पर हतोत्साहित किया जाता है, भले ही चुनी गई सामग्री कुछ भी हो।

हाइपोक्लोराइट की सांद्रता क्षरण की दर को भी प्रभावित करती है। जब उपलब्ध क्लोरीन 2.5 मीटर/सेकंड और 40 डिग्री पर 2% से 5% तक बढ़ जाता है तो क्षरण की दर दोगुनी (0.08 से 0.15 मिमी प्रति वर्ष) हो जाती है। ट्रिपलिंग [5% से 10% तक] गति बढ़ाता है (प्रति वर्ष 0.15 से 0.45 मिमी)। यह परिणाम निष्क्रिय फिल्म के टूटने के बाद उच्च ऑक्सीडेंट सांद्रता से इलेक्ट्रोकेमिकल विघटन के लिए बढ़ी हुई प्रेरक शक्ति के कारण होता है। संकेंद्रित NaOCl समाधानों (औसत व्यावसायिक ब्लीच 12-15% उपलब्ध क्लोरीन) के लिए, क्षरण-क्षरण के लिए प्रतिबंध गंभीर हो जाते हैं - ग्रेड 12 के लिए अधिकतम अनुशंसित प्रवाह वेग 1.5 मीटर/सेकेंड है।

NaOCl हीटिंग कॉइल्स प्रवाह वेग चयन का मैट्रिक्स
नीचे दी गई तालिका सोडियम हाइपोक्लोराइट सेवा के लिए टाइटेनियम ग्रेड 12 हीटिंग कॉइल निर्दिष्ट करने वाले इंजीनियरों के लिए डिज़ाइन मार्गदर्शन प्रदान करती है, जो उपलब्ध क्लोरीन एकाग्रता, ऑपरेटिंग तापमान और क्या समाधान स्पष्ट है या निलंबित ठोस पर निर्भर करता है।

सेवा की स्थिति NaOCl एकाग्रता (% लाभ सीएल₂) तापमान (डिग्री) अधिकतम। अनुशंसित प्रवाह वेग (एम/एस) प्रत्याशित क्षरण - संक्षारण दर (मिमी/वर्ष) ट्यूब जीवन अनुमान (1.65 मिमी दीवार की मोटाई)
ब्लीच भंडारण, स्पष्ट हीटिंग (कोई ठोस नहीं) 5-6% 30-35 डिग्री 2.5 मीटर/सेकंड 0.08-0.12 मिमी/वर्ष 10-15 वर्ष
ब्लीच भंडारण का ताप स्पष्ट 5-6% 40-45 डिग्री 2.0 मीटर/सेकंड 0.05-0.08 मिमी/वर्ष 15-20 वर्ष
संग्रहीत ब्लीच का तापन 10-12% 30-35 डिग्री 1.8 मीटर/सेकंड 0.10-0.15 मिमी/वर्ष 8-12 वर्ष
ब्लीच प्लांट (फ़िल्टर किया हुआ) पल्प मिल से 3-4% 40-45 डिग्री 2.2 मीटर/सेकंड 0.08-0.10 मिमी/वर्ष 12-15 वर्ष
पल्प मिल ब्लीच प्लांट (अनफ़िल्टर्ड, ट्रेस फ़ाइबर) 3-4 % 40-45 डिग्री 1.5 मी/से. 0.15-0.25 मिमी/वर्ष 5-8 वर्ष
अपशिष्ट जल कीटाणुशोधन (द्वितीयक प्रवाह, निलंबित कण) 0.5-1% 25-30 डिग्री 1.2 मीटर/सेकंड 0.10-0.20 मिमी/वर्ष 6-10 वर्ष
रासायनिक प्रक्रिया हीटर (स्वच्छ, बाधित NaOCl) 8-10% 45-50 डिग्री 1.2 मीटर/सेकंड 0.20-0.35 मिमी/वर्ष 3-5 वर्ष
Any service containing abrasive particles >50 ppmAny Any Max 1.0 m/s Variable, generally >0.5 मिमी/वर्ष<3 years
वेग नियंत्रण कुंडल के लिए डिज़ाइन दृष्टिकोण
हीटिंग कॉइल के साथ अनुप्रयोगों में, प्रवाह वेग पूरे कॉइल के साथ एक स्थिर पैरामीटर नहीं है। वेग छोटे व्यास की नलियों में और कुंडल के इनटेक के निकट अधिकतम होता है। क्षरण संक्षारण को नियंत्रित करने के लिए डिज़ाइन रणनीतियों में किसी दिए गए वॉल्यूमेट्रिक प्रवाह दर के लिए वेग को कम करने के लिए बड़े ट्यूब व्यास (25 - 32 मिमी बाहरी व्यास) का उपयोग शामिल है, अधिक समान प्रवाह वितरण प्राप्त करने के लिए कॉइल्स को क्षैतिज रूप से नहीं बल्कि लंबवत रूप से उन्मुख करना, और अशांत जेट को तोड़ने के लिए कॉइल इनलेट पर फ्लो स्ट्रेटनर या डिफ्यूज़र जोड़ना शामिल है। ऐसे अनुप्रयोगों में जहां 2.5 मीटर/सेकेंड से अधिक वेग अपरिहार्य हैं, उदाहरण के लिए, एक बार में मौजूदा उच्च-वेग पाइपिंग से जुड़े हीटर के माध्यम से - एक भारी दीवार ट्यूब (2.5-3.0 मिमी) अतिरिक्त संक्षारण भत्ता प्रदान करती है, हालांकि संबंध रैखिक नहीं है क्योंकि दीवार के पतले होने के कारण क्षरण-संक्षारण तेज हो जाता है और क्रॉस-सेक्शन कम होने के कारण स्थानीय वेग बढ़ जाता है।

बाईपास प्रवाह व्यवस्था हीटर के माध्यम से कुल प्रवाह के केवल एक हिस्से को मोड़ती है, जबकि मुख्य प्रवाह बाईपास हो जाता है। बाईपास प्रवाह व्यवस्था गर्मी संचरण को कम किए बिना ट्यूब के पार्श्व वेग को कम कर सकती है। वैकल्पिक रूप से, प्रवाह को कई समानांतर कुंडलियों में विभाजित किया जाता है, जिससे प्रत्येक कुंडल में वेग कम हो जाता है। नई स्थापनाओं के लिए जब वेग 2 मीटर/सेकंड के करीब पहुंचने का अनुमान लगाया जाता है, तो व्यक्तिगत पाइपिंग कॉन्फ़िगरेशन के कम्प्यूटेशनल तरल गतिशीलता (सीएफडी) सिमुलेशन की सिफारिश की जाती है।

NaOCl हीटर विशिष्टता का सारांश
सोडियम हाइपोक्लोराइट सेवा में टाइटेनियम ग्रेड 12 से बने कॉइल को गर्म करने के लिए, 2 मीटर/सेकेंड से ऊपर प्रवाह वेग के परिणामस्वरूप पता लगाने योग्य क्षरण {{2}संक्षारण दर होती है जो बढ़ते वेग, तापमान, एकाग्रता और निलंबित कणों के साथ तेजी से बढ़ती है। 40 डिग्री पर शुद्ध 5% NaOCl के लिए उच्चतम सुरक्षित वेग 2.5 मीटर/सेकंड है, जो प्रति वर्ष 0.1 मिमी की स्वीकार्य सामग्री हानि दर और 1.65 मिमी दीवार की मोटाई के साथ 10 -15 साल की ट्यूब जीवन देता है। 10-12% NaOCl या > 45 डिग्री तापमान के लिए, अधिकतम सुरक्षित वेग 1.5-1.8 मीटर/सेकंड तक कम हो जाता है। अनफ़िल्टर्ड प्रक्रिया धाराओं या अपघर्षक कणों से जुड़ी किसी भी सेवा के लिए वेग 1.5 मीटर/सेकेंड से कम होना चाहिए, अधिमानतः 1.0 मीटर/सेकेंड से कम। ग्रेड 12 हीटिंग कॉइल निर्दिष्ट करते समय, इंजीनियरों को आपूर्तिकर्ता को अनुमानित प्रवाह वेग (या वॉल्यूमेट्रिक प्रवाह दर और ट्यूब आयाम), उपलब्ध क्लोरीन की एकाग्रता, ऑपरेटिंग तापमान और निलंबित कणों के लोडिंग का अनुमान प्रदान करना चाहिए। इस ज्ञान का उपयोग सही ट्यूब व्यास, दीवार की मोटाई और कुंडल व्यवस्था को निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है ताकि क्षरण संक्षारण दर स्वीकार्य सीमा के भीतर हो। 2.5 मीटर/सेकंड से ऊपर के निरंतर वेग के लिए, अन्य सामग्रियों जैसे ग्रेड 7 टाइटेनियम (जिसमें समान क्षरण-संक्षारण प्रतिरोध है) या पंक्तिबद्ध कार्बन स्टील पर विचार किया जाना चाहिए। ग्रेड 12 उच्च वेग हाइपोक्लोराइट प्रवाह के तहत अपेक्षित जीवन प्रदान नहीं करेगा।