نحوه جلوگیری از شکست تردی هیدروژنی لوله های حرارتی تیتانیوم در محیط های اسیدی ترشی

لوله‌های حرارتی تیتانیوم مقاومت در برابر خوردگی فوق‌العاده‌ای در برابر اکثر اسیدهای آلی از خود نشان می‌دهند، اما وقتی در معرض{0}}ترشی اسیدی طولانی‌مدت، به‌ویژه محیط‌های پاک‌کننده اسید معدنی با pH پایین- قرار می‌گیرند، شکنندگی هیدروژن به یک خطر مرگ مخفی تبدیل می‌شود. در حین ترشی اسید، اتم های هیدروژن تولید شده توسط واکنش خوردگی به داخل شبکه فلزی تیتانیوم نفوذ می کنند، در مرزهای دانه، نقص جوش و ریزترک تجمع می یابند و فشار هیدروژن داخلی تولید می کنند. تحت تنش چرخه حرارتی، ترک شکننده بدون نازک شدن آشکار دیواره رخ می دهد، که به راحتی منجر به پارگی ناگهانی و نشت متوسط ​​لوله های گرمایش تیتانیوم می شود. کنترل استاندارد فرآیند ترشی و حفاظت ضد نفوذ هیدروژن می تواند به طور موثر از آسیب تردی هیدروژن جلوگیری کند.

مکانیسم تردی هیدروژن تیتانیوم در ترشی اسیدی

هنگامی که تیتانیوم با محلول اسیدی تماس می گیرد، واکنش های خوردگی میکرو{0} محلی هیدروژن اتمی تولید می کند. برخلاف مولکول‌های هیدروژن، اتم‌های هیدروژن ریز می‌توانند به لایه نازک منفعل TiO2 نفوذ کرده و در ماتریکس تیتانیوم منتشر شوند. مناطق تحت تأثیر گرمای جوش{3}}، خراش های سطحی و مرزهای دانه مواد، مناطق تله غنی سازی هیدروژن هستند. با افزایش زمان ترشی مداوم، هیدروژن عظیم تجمع می یابد و حفره های میکرو داخلی را تشکیل می دهد. هنگامی که تجهیزات تحت تنش حرارتی سیکلی گرمایش{6}}خنکش قرار می‌گیرند، فشار هیدروژن داخلی با تنش حرارتی ترکیب می‌شود و ترک‌های شکننده فراگرانول را ایجاد می‌کند. خطرناک ترین ویژگی تردی هیدروژنی این است که تقریباً هیچ علامت خوردگی سطحی قبل از ترک خوردن وجود ندارد و ترکیدگی ناگهانی لوله اغلب در حین عملیات گرمایش تولید رخ می دهد.

عوامل کلیدی تسریع شکنندگی هیدروژن

محیط اسید قوی با pH پایین: اسید غیر آلی pH 3 (اسید هیدروکلریک رقیق، اسید سولفوریک) تا حد زیادی نرخ بارش هیدروژن را بهبود می بخشد. اسید آلی مانند اسید سیتریک ظرفیت تکامل هیدروژن ضعیفی دارد و خطر شکنندگی پایینی دارد.

افزایش دمای ترشی: دمای بالای 50 درجه باعث تسریع انتشار اتم هیدروژن در ماتریس تیتانیوم می شود و دوره نهفتگی ترک خوردگی تردی را تا بیش از نصف کوتاه می کند.

خیساندن طولانی مدت در ترشی: هر ساعت غوطه وری اضافی باعث افزایش تجمع هیدروژن در داخل فلز می شود. خیساندن بیش از 4 ساعت در اسید قوی لایه غنی سازی هیدروژنی آشکار را تشکیل می دهد.

فیلم غیرفعال آسیب دیده: خراش های سطحی، سایش و نازک شدن جوش، مانع کامل TiO2 را از دست می دهند، اتم های هیدروژن بدون انسداد به ماتریکس نفوذ می کنند.

پس از{0}}گرم کردن سریع ترشی: لوله‌های تیتانیوم ترشی را مستقیماً در شرایط کاری با دمای بالا بدون عملیات حذف هیدروژن قرار دهید. تنش حرارتی فوراً باعث انتشار ترک می شود.

اقدامات کنترل درجه بندی شده برای سرکوب نفوذ هیدروژن

بهینه سازی فرمول محلول ترشی برای کاهش رسوب هیدروژن برای رسوب زدایی روزانه، مایع پاک کننده اسید آلی ضعیف اسید سیتریک مواد غذایی{0}را جایگزین اسید غیر آلی کنید، که در طول رسوب زدایی، هیدروژن اتمی بسیار کمتری تولید می کند. اگر ترشی اسید غیر آلی اجتناب ناپذیر است، مهارکننده خوردگی هیدروژنی تیتانیوم{2} را به مایع اسیدی اضافه کنید. بازدارنده یک لایه جذب محافظ موقت روی سطح تیتانیوم تشکیل می دهد تا مانع از نفوذ اتم هیدروژن شود، بدون اینکه پس از شستشو به فیلم غیرفعال آسیب برساند. برای کاهش شدت واکنش تکامل هیدروژن، PH اسیدی بیشتر یا مساوی 4 را به شدت کنترل کنید.

محدود کردن دمای ترشی و مدت زمان خیساندن کنترل دمای ترشی زیر 40 درجه. حداکثر زمان خیساندن مداوم را کمتر یا مساوی 2 ساعت تنظیم کنید. اگر رسوب مواد معدنی غلیظ را نمی توان به طور کامل حذف کرد، به چند دوره-ترشی زمان کوتاه تقسیم کنید، با فواصل شستشوی آب تمیز خنثی بین چرخه ها برای کاهش جذب تجمعی هیدروژن. هرگز از اسید داغ بالای 60 درجه برای خیساندن طولانی مدت اجزای گرمایش تیتانیوم استفاده نکنید.

پیش-محافظت برای سطوح دارای لایه غیرفعال آسیب دیده قبل از ترشی، بازرسی کامل سطح را انجام دهید. خراش‌های عمیق و نواحی تغییر رنگ را از قبل جلا دهید و مجدداً{1}}غیرفعال کنید تا لایه مانع TiO2 دست نخورده را بازسازی کنید و کانال‌های نفوذ هیدروژن را کاهش دهید. از سایش مکانیکی سطح لوله در حین کار با ترشی اجتناب کنید.

پس از{0}}تحلیل پخت حذف هیدروژن ترشی پس از رسوب زدایی اسید، تمام اسیدهای باقیمانده را با آب دیونیزه هوادهی شده کاملاً بشویید، سپس لوله حرارتی تیتانیوم را در دمای 120 تا 150 درجه به مدت 2 تا 3 ساعت بپزید. دمای بالا اتم‌های هیدروژن را در داخل ماتریکس به سمت بیرون هدایت می‌کند که تجمع هیدروژن داخلی را از بین می‌برد و اساساً خطر پنهان تردی را از بین می‌برد. این روش پخت پس از هر ترشی اسید معدنی اجباری است.

از چرخه حرارتی فوری بعد از ترشی اجتناب کنید. تنش متناوب سرد و گرم قبل از خروج هیدروژن، فوراً ریزترک‌های ناشی از هیدروژن را فعال می‌کند و باعث شکستگی شکننده می‌شود.

روش بازرسی برای خطر شکنندگی هیدروژن پنهان

در طول تعمیر و نگهداری سه ماهه، تشخیص عیب اولتراسونیک را روی جوش‌ها و بدنه لوله انجام دهید تا حفره‌های ریز داخلی اولیه ناشی از هیدروژن{0}} را پیدا کنید. اگر تشخیص اولتراسونیک سیگنال‌های نقص داخلی غیرطبیعی را نشان داد، فوراً پخت هیدروژن را جدا کرده و انجام دهید و طول چرخه ترشی بعدی را کوتاه کنید.

表格

خلاصه مختصر

هیدروژن اتمی تولید شده در ترشی اسیدی به ماتریس تیتانیوم نفوذ کرده و تجمع می‌یابد تا تحت تنش حرارتی باعث ایجاد ترک‌شدن شکنندگی هیدروژن شود. استفاده از رسوب زدایی اسید آلی ضعیف، محدود کردن دمای اسید و زمان خیساندن، افزودن بازدارنده‌های خوردگی، ترمیم لایه غیرفعال آسیب‌دیده و اجرای پخت حذف هیدروژن پس از ترشی می‌تواند به طور کامل نفوذ هیدروژن را مسدود کند و خطرات شکست ناگهانی لوله‌های گرمایش تیتانیوم را از بین ببرد.