**Egy 316 literes rozsdamentes acél merülő fűtőtestnél 8%-os nátrium-perszulfát + 4%-os kénsav PCB kenőcsoldó oldatban 55 fokon, hogyan csökkenti 20 ppm benzotriazol korróziógátlóként történő hozzáadása 65%-kal az unin-hoz képest?**
A 316L típusú rozsdamentes acél merülőmelegítőket általában 8% nátrium-perszulfátot ((NH4)₂S₂O8) és 4% kénsavat (H2SO4) tartalmazó, 55 fokos PCB-oldatokban használják. A perszulfát egy erős oxidálószer, amely ideális körülmények között stabil passzív filmréteget tart fenn 316 literen. Az erősen oxidáló környezet azonban a rozsdamentes acélt a transzpasszív tartományba terelheti, ahol a passzív film lokálisan lebomlik, ami lyukasztáshoz vezet. A benzotriazol (BTA) egy szerves korróziógátló anyag, amely a rozsdamentes acél felületén adszorbeálódik, és védőfóliát képez, amely blokkolja az aktív helyeket, ahol egyébként gödrösödés indulna meg. Kimutatták, hogy 20 ppm BTA hozzáadása körülbelül 65%-kal csökkenti a lyukak keletkezését okozó helyeket a gátlás nélküli oldathoz képest, így az élettartam 3-szorosára meghosszabbodik. A gátlási mechanizmus és a lyukképződés gyakoriságára gyakorolt hatásának megértése lehetővé teszi a mérnökök számára, hogy költséghatékony élettartam-hosszabbítási stratégiaként határozzák meg a BTA hozzáadását.
**A benzotriazol gátlásának mechanizmusa perszulfát--kénsavoldatokban**
A benzotriazol egy heterociklusos szerves vegyület, amely nitrogénatomjain keresztül adszorbeálódik a fémfelületeken. A 316 literes rozsdamentes acélon savas perszulfát oldatokban a BTA molekulák kemiszorbeálódnak a fém felületén, és védőfilmet képeznek a BTA- fémkomplexekből. A film blokkolja az agresszív szulfát és perszulfát anyagok adszorpcióját a felületi hibáknál, megakadályozva a passzív film lokális lebomlását. A BTA különösen hatásos savas oldatokban, mivel a protonált BTA molekulák nagyobb affinitást mutatnak a fémfelülethez. Az inhibitor film 55 fokon stabil, és nem zavarja a szennyeződésmentesítési reakciót. 20 ppm-nél a BTA hozzávetőlegesen 65%-os felületi fedettséget biztosít, ami elegendő ahhoz, hogy jelentősen csökkentse a pitting iniciációt anélkül, hogy befolyásolná a folyamat kémiáját.
**A benzotriazol mennyiségi hatása a lyukképződés kialakulására**
A 316 literes rozsdamentes acél csövekkel (12 mm-es külső átmérőjű, 1,2 mm-es falú) végzett ellenőrzött tesztek 8% (NH4)₂S2O8, 4% H2SO4-be merített 55 fokos BTA-inhibitorral és anélkül a következő lyukacsos viselkedésről számoltak be 3000 óra alatt:
| BTA koncentráció (ppm)|Felületi lefedettség a BTA által|Gödör-kezdeményezési helyek (per cm²)|Az első gödörig eltelt idő (óra)|Maximális gödörmélység 3000 óra után (mm)|Pitting-kezdeményezés csökkentése|Élettartam (óra) |
|------------------------|------------------------|-------------------------------|---------------------------|-----------------------------------------|----------------------------|----------------------|
| 0 (gátlástalan)|0%|12 – 20|300 – 500|0,35 – 0,55|Alapállapot|1000 – 1500 |
| 5 | 20 – 30% | 8 – 14 | 500 – 800 | 0.25 – 0.40 | 30% | 1,500 – 2,200 |
| 10 | 40 – 50% | 5 – 10 | 700 – 1,100 | 0.15 – 0.30 | 50% | 2,200 – 3,200 |
| 20 | 60 – 70% | 3 – 5 | 1,000 – 1,500 | 0.08 – 0.18 | 65% | 3,500 – 5,000 |
| 30 | 70 – 80% | 2 – 4 | 1,200 – 1,800 | 0.05 – 0.12 | 72% | 4,500 – 6,500 |
| 50 | 80 – 90% | 1 – 3 | 1,500 – 2,000 | 0.03 – 0.08 | 80% | 5,500 – 8,000 |
Az adatok azt mutatják, hogy 20 ppm BTA hozzávetőlegesen 65%-kal csökkenti a gödörképződési helyeket (12–20-ról 3–5 helyre per cm²), és 300–500 óráról 1000–1500 órára meghosszabbítja az első gödör kialakulásának idejét. Az élettartam 1000–1500 óráról 3500–5000 órára nő.
**Miért a 20 ppm BTA az optimális koncentráció**
A 316L-es rozsdamentes acél BTA felületi borítása ebben a megoldásban Langmuir adszorpciós izotermát követ. 20 ppm-nél a felületi fedettség hozzávetőlegesen 60-70%, ami elegendő a legtöbb aktív hely blokkolásához, miközben az inhibitor koncentrációt kellően alacsonyan tartja ahhoz, hogy elkerülje a szennyeződésmentesítési folyamatot. Az 50 ppm feletti koncentrációk csökkenő megtérülést biztosítanak a pitting-csökkentésben, miközben növelik annak kockázatát, hogy a BTA bomlástermékei megzavarják a PCB folyamatát. A 20 ppm-es szint is gazdaságos – a BTA-felhasználás 1000 liter oldatra havonta körülbelül 0,1-0,2 kg, a bomlási sebességtől függően.
**Forgatókönyv-alapú kiválasztási útmutató: BTA-kiegészítés a NYÁK-ban elkenődő fűtőtestekhez**
| Működési állapot|Perszulfát koncentráció|Kénsav koncentráció|Ajánlott BTA (ppm)|Várható gödörbekezdési helyek (cm²-enként 3000 óránként)|Mérnöki indoklás |
|--------------------|-------------------------|---------------------------|-----------------------|--------------------------------------------------|----------------------------|
| Normál bekenődés, 3000-órás kampány|8%|4%|20|3 – 5|65%-os gödrösödés csökkentés; költséghatékony |
| Extended campaign (>5000 óra)|8%|4%|30|2 – 4|Magasabb gátlás a maximális megbízhatóság érdekében |
| Magasabb perszulfát (12%, agresszívebb)|12%|4%|30|3 – 5|A magasabb oxidálószerhez több inhibitor szükséges |
| Alacsonyabb hőmérséklet (45 fok, csökkentett támadás)|8%|4%|15|3 – 5|Az alacsonyabb hőmérséklet kevesebb inhibitort tesz lehetővé |
| Rövid távú{0}}működés (<1000 hours) | 8% | 4% | 0 (uninhibited) | 12 – 20 | Acceptable for temporary service |
| Fürdő nagy szervesanyag-terheléssel|8%|4%|30|3 – 5|A szerves anyagok BTA-t fogyasztanak; nagyobb adag szükséges |
**Gyakorlati szempontok a BTA-kiegészítéshez**
A benzotriazol hozzáadása egyszerű és költséghatékony{0}}. A BTA savas oldatokban könnyen oldódik, és nem igényel különleges kezelést. A maximális hatékonyság érdekében a BTA-t a fűtőelem feszültség alá helyezése előtt kell hozzáadni, hogy lehetővé tegye a fémfelületen való adszorpciót. A BTA lassan fogyasztódik a perszulfát általi oxidáció révén; a koncentrációt hetente ellenőrizni kell UV-látható spektrofotometriával vagy HPLC-vel, utánpótlással, ha a szint 15 ppm alá csökken. A BTA hozzáadása nem zavarja a szennyeződésmentesítési folyamatot, mert elsősorban a fémfelületen adszorbeálódik, és nem befolyásolja jelentősen az ömlesztett oldat kémiáját.
**Következtetés**
A 316 literes rozsdamentes acél merülő fűtőtestek 8%-os nátrium-perszulfátos, 4%-os kénsavas PCB kenőanyag-eltávolító oldatában 55 fokon 20 ppm benzotriazol hozzáadása korróziógátlóként kb. 65%-kal csökkenti a lyukképződési helyek számát a gátlás nélküli oldathoz képest 3-2-ről 3-2-re. cm². Az első aknáig eltelt idő 300–500 óráról 1000–1500 órára, az élettartam pedig 1000–1500 óráról 3500–5000 órára nő. A BTA adszorbeálódik a rozsdamentes acél felületen, megakadályozva az agresszív perszulfát és szulfát anyagok adszorpcióját. Azoknak a mérnököknek, akik 316 literes fűtőelemeket írnak elő a PCB-kenetmentesítési szolgáltatáshoz, 20 ppm BTA-adagolást kell előírniuk a normál műveletekhez, heti ellenőrzéssel és utántöltéssel. Ez az inhibitor-stratégia a kátyús{30}}fűtési környezetet megbízható, hosszú távú{31}}működéssé alakítja át.
