स्टीम ऑक्सीडाइज़िंग प्रीट्रीटमेंट (2 घंटे के लिए 300 डिग्री पर) टाइटेनियम हीटर के बाद के एसिड संक्षारण प्रतिरोध को कैसे बढ़ाता है?

एक प्रोसेस इंजीनियर के लिए जो गर्म सल्फ्यूरिक या हाइड्रोक्लोरिक एसिड जैसे संक्षारक एसिड वातावरण में टाइटेनियम विसर्जन हीटर की सेवा जीवन को बढ़ाना चाहता है, 2 घंटे के लिए 300 डिग्री पर भाप ऑक्सीकरण प्रीट्रीटमेंट के परिणामस्वरूप संक्षारण प्रतिरोध में औसत दर्जे की वृद्धि होती है। यह तैयारी हीटर की सतह पर एक विनियमित, मोटी टाइटेनियम डाइऑक्साइड (TiO2) फिल्म विकसित करती है, जो आमतौर पर 2 से 7 नैनोमीटर की मूल निष्क्रिय फिल्म की तुलना में 0.5 से 2.0 माइक्रोन होती है। मोटी ऑक्साइड परत रासायनिक विघटन के प्रति अधिक प्रतिरोधी होती है, एसिड हमले के लिए अधिक सजातीय बाधा प्रदान करती है और इसमें कम दोष वाले स्थान होते हैं जहां स्थानीयकृत गड्ढे हो सकते हैं। मात्रात्मक परीक्षण से पता चलता है कि भाप - ऑक्सीकृत टाइटेनियम में 80 डिग्री पर 20% H₂SO₄ में अनुपचारित टाइटेनियम की तुलना में संक्षारण दर 50-80% कम है, और आक्रामक कम करने वाले एसिड में हीटर जीवन 2 से 5 गुना बढ़ गया है।

भाप ऑक्सीकरण का तंत्र और ऑक्साइड संरचना पर प्रभाव
The reaction Ti + 2H2O -->TiO2 + 2H2 को टाइटेनियम को भाप (जलवाष्प) में 300 डिग्री पर गर्म करके नियंत्रित किया जा सकता है। भाप का वातावरण रूटाइल (क्रिस्टलीय TiO₂) की घनी, चिपकी हुई कोटिंग बनाता है। यह शुष्क वायु ऑक्सीकरण के विपरीत है जो फ्रैक्चर और फैलाव के साथ एक छिद्रपूर्ण ऑक्साइड उत्पन्न कर सकता है। भाप ऑक्सीकरण के परिणामस्वरूप अधिक समान और कम दोषपूर्ण ऑक्साइड परत बनती है क्योंकि धातु के ऑक्साइड इंटरफ़ेस पर बनने वाला हाइड्रोजन ऑक्साइड के माध्यम से बाहर निकलने में सक्षम होता है, जिससे अधिक संपीड़ित (सुरक्षात्मक) तनाव की स्थिति पैदा होती है।

ग्रेड 2 टाइटेनियम के लिए 300 डिग्री, 2 घंटे का उपचार इष्टतम है। कम तापमान (200 डिग्री) पर ऑक्साइड बहुत धीमी गति से बढ़ता है (< 0.1 µm in 2 h). At higher temperatures (400°C) the oxide grows excessively fast (>5 µm) और गिरने का खतरा है। इसकी 2-घंटे की लंबाई दरारें और वेल्ड ज़ोन सहित सतह को पूरी तरह से कवर करने की अनुमति देती है, लेकिन अतिरिक्त मोटाई के बिना जो तापीय चालकता को सीमित कर देगी। गठित ऑक्साइड परत लगभग 0.5-2.0 µm की मोटाई के अनुरूप सुनहरे या नीले-भूरे रंग (हस्तक्षेप रंग) की होती है।

भाप ऑक्सीकरण प्रेरित संक्षारण प्रतिरोध सुधार की मात्रा का निर्धारण
एसिड पर्यावरण (तापमान) ग्रेड 2 टीआई संक्षारण दर (मिमी/वर्ष) अनुपचारित भाप ऑक्सीकरण (300 डिग्री, 2 घंटा) संक्षारण की दर (मिमी/वर्ष) कमी कारक अनुमानित जीवन विस्तार
20 % H₂SO₄, 60 डिग्री 0.15 0.04 3.8× 4× 20 % H2SO4, 80 डिग्री 0.80 0.20 4.0× 4× 10% एचसीएल, 50 डिग्री 0.25 0.08 3.1× 3× 10% एचसीएल, 70 डिग्री {{16}× 3× 5% फॉर्मिक एसिड, 80 डिग्री 0.20 0.07 2.9× 3× 50% H3PO4, 100 डिग्री 0.10 0.04 2.5× 2.5× 10% ऑक्सालिक एसिड, 60 डिग्री 0.60 0.20 3.0× 3×
सबसे बड़ा परिवर्तन एसिड (H2SO4, HCl, फॉर्मिक, ऑक्सालिक) के साथ होता है जब निष्क्रिय फिल्म अनुपचारित स्थिति में केवल थोड़ी स्थिर होती है। ऑक्सीकरण एसिड (नाइट्रिक, क्रोमिक) स्वाभाविक रूप से मूल निष्क्रिय फिल्म को स्थिर करते हैं और भाप ऑक्सीकरण थोड़ा अतिरिक्त लाभ देता है (कमी कारक <1.5×)। प्रीट्रीटमेंट कैथोडिक सेटिंग्स में हाइड्रोजन अवशोषण के प्रतिरोध में भी सुधार करता है क्योंकि गाढ़ा ऑक्साइड परमाणु हाइड्रोजन के लिए प्रसार अवरोधक के रूप में कार्य करता है।

स्टीम ऑक्सीडेशन प्रीट्रीटमेंट के अनुप्रयोग के लिए एक परिदृश्य-आधारित मार्गदर्शिका
एसिड सेवा एवं गंभीरता अनुशंसित प्रीट्रीटमेंट|अपेक्षित लाभ|कार्यान्वयन संबंधी विचार
पतला H₂SO₄ (5 - 15%), 50 - 70 डिग्री, निरंतर भाप ऑक्सीकरण (300 डिग्री, 2 घंटा) 3-4× जीवन विस्तार कारक अत्यधिक अनुशंसित। नए हीटरों के लिए किफायती.
Concentrated H 2 SO 4 (>50%) कोई भी तापमान भाप ऑक्सीकरण कुशल नहीं न्यूनतम लाभ। सांद्र अम्ल में ऑक्साइड तेजी से घुल जाता है। टाइटेनियम ग्रेड 7 का प्रयोग करें।
एचसीएल सेवा (5-15%) 40-60 डिग्री भाप ऑक्सीकरण 3× जीवन विस्तार प्रभावी, लेकिन हाइड्राइडिंग पर ध्यान दें। स्टीम ऑक्साइड हाइड्रोजन अवशोषण को कम कर देता है।
फॉर्मिक एसिड, ऑक्सालिक एसिड, कोई भी सांद्रता। भाप ऑक्सीकरण 2-3× जीवन वृद्धि सीमांत अनुप्रयोगों के लिए अनुशंसित जहां अनुपचारित टाइटेनियम 0.2-0.5 मिमी/वर्ष का संक्षारण करता है।
समुद्री जल या क्लोराइड (कोई एसिड नहीं) में सेवा आवश्यक नहीं कोई लाभ नहीं मूल निष्क्रिय फिल्म क्लोराइड में स्थिर है। भाप ऑक्सीकरण की आवश्यकता नहीं है.
उच्च गुणवत्ता वाला पानी (कम संक्षारक) आवश्यक नहीं, कोई लाभ नहीं, संक्षारण समस्या ठीक नहीं।
पुराना हीटर (रेट्रोफिट) व्यावहारिक नहीं है स्थापना से पहले इसे भाप से ऑक्सीकृत किया जाना चाहिए। इसे ऑनसाइट नहीं किया जा सकता.
भाप ऑक्सीकरण के लिए पूर्व - उपचार के इंजीनियरिंग पहलू
भाप ऑक्सीकरण पूर्व उपचार भाप इंजेक्शन के साथ नियंत्रित वातावरण भट्टी में किया जाना चाहिए। उपचार से पहले हीटर साफ होना चाहिए (किसी भी ऑक्साइड या प्रदूषण को हटाने के लिए तेल निकाला हुआ, एसिड का अचार बनाया हुआ) होना चाहिए। थर्मल तनाव से बचने के लिए तापमान की दर 5 डिग्री/मिनट से कम होनी चाहिए। 300 डिग्री पर 2 घंटे रखने के बाद हीटर को सावधानीपूर्वक ठंडा किया जाना चाहिए (भट्ठी को ठंडा करें या)।<= 3°C/min) to avoid oxide cracking. The treated surface is fragile and must be handled with clean gloves, since any scratches to the metal will act as corrosion initiation sites . The oxide layer reduces the thermal conductivity of the heater significantly (~5-10%) and should be taken into account for watt density estimates. For applications currently running near the critical heat flux, the thicker oxide may raise the sheath temperature by 5-10 °C.

निष्कर्ष: भाप ऑक्सीकरण एसिड को कम करने में जीवन को 3-4 गुना बढ़ा देता है
2 घंटे के लिए 300 डिग्री पर भाप ऑक्सीकरण पूर्व उपचार ग्रेड 2 टाइटेनियम हीटर सतह पर 0.5-2.0 माइक्रोन मोटाई की विनियमित, घनी टाइटेनियम डाइऑक्साइड परत बनाता है। एसिड (सल्फ्यूरिक, हाइड्रोक्लोरिक, फॉर्मिक, ऑक्सालिक) को कम करने से एसिड संक्षारण प्रतिरोध में 3-4 गुना सुधार होता है। यह गाढ़ा, अधिक सजातीय ऑक्साइड रासायनिक विघटन के प्रति कम संवेदनशील है और हाइड्रोजन अवशोषण में बाधा के रूप में कार्य करता है। तनु से मध्यम अपचायक एसिड में उपयोग के लिए नए टाइटेनियम हीटरों का भाप ऑक्सीकरण पूर्व उपचार हीटर की लागत में लगभग 10-15% जोड़ता है लेकिन सेवा जीवन को 2-5 गुना बढ़ा देता है और यह बहुत लागत प्रभावी है। प्रीट्रीटमेंट ऑक्सीकरण एसिड (नाइट्रिक, क्रोमिक) या क्लोराइड प्रभुत्व स्थितियों के लिए उपयोगी नहीं है जहां मूल निष्क्रिय फिल्म पहले से ही स्थिर है। एसिड सेवा को कम करने के लिए टाइटेनियम हीटर का ऑर्डर करते समय उसी दृष्टिकोण का उपयोग किया जा सकता है। रिकॉर्ड किए गए प्रक्रिया मापदंडों (300 डिग्री, 2 घंटे, भाप वातावरण) के साथ भाप ऑक्सीकरण पूर्व-उपचार को निर्दिष्ट करना यह सुनिश्चित करता है कि हीटर को सेवा में रखने से पहले बढ़ाया संक्षारण प्रतिरोध पूरा किया जाता है।