**A 20%-os nátrium-volframát + 5%-os nátrium-karbonát-volfrámoldatban (pH 10) 65 fokos hőmérsékletet fenntartó 316 literes elektromos fűtőberendezésekben mekkora maximális karbonátkoncentráció tesz lehetővé 4000 órás működést anélkül, hogy az oldatvezetéknél lyukak keletkeznének?**
A 316L típusú rozsdamentes acél elektromos fűtőtesteket általában olyan wolfram kioldó körökben használják, ahol az oldat 20% nátrium-volframátot (Na2WO4) és 5% nátrium-karbonátot (Na₂CO₃) tartalmaz 65 fokos hőmérsékleten, körülbelül 10 pH-érték mellett. 316L-es rozsdamentes acélon teljesen elmerült körülmények között. Azonban egy sajátos meghibásodási mechanizmus lép fel a megoldás vonalán – azon a területen, ahol a fűtőcső áthalad az oldat felületén. Ezen a vonalon a bepárlás a karbonátsókat koncentrálja a rozsdamentes acél felületén, így erősen lúgos környezet jön létre 13-at meghaladó pH-értékkel. A koncentrált karbonátoldat a passzív filmréteget oldható ferrát- és kromátként tudja feloldani. Az oldatvonal stabilitását szabályozó kritikus paraméter az a maximális karbonátkoncentráció, amely elviselhető lyukképződés nélkül. A küszöbkoncentráció felett a passzív film lebomlik, és a gödrösödés továbbterjed.
**A karbonát{0}}gödröcskélés mechanizmusa a megoldás vonalánál**
A megoldás vonalánál a rozsdamentes acél passzív fólia nedves{0}}száraz ciklusnak van kitéve, mivel az oldat szintje ingadozik. Merítve a volfrám-karbonát oldat stabil passzív filmréteget tart fenn 10-es üzemi pH-n. Amikor az oldat szintje csökken, a vékony folyadékfilm elpárolog, és nátrium-karbonát koncentrálódik az acél felületén. A karbonátkoncentráció 5-10-szeresére nőhet, ezzel a helyi pH 13-14-re emelkedhet. Ezeknél a magas pH-értékeknél a passzív film oldható ferrát (FeO₄2⁻) és kromát (CrO42⁻) formájában oldódik. Újra{10}}merítéskor a koncentrált sók feloldódnak, de előfordulhat, hogy a passzív film károsodott. Az ismételt ciklusok helyi lyukképződéshez vezetnek az oldatvonalon. Az elviselhető maximális karbonátkoncentráció a hőmérséklettől és a szárítási ciklus időtartamától függ.
**A karbonát mennyiségi koncentrációjának küszöbértéke az oldatvonal stabilitásához**
Ellenőrzött tesztek 316 literes rozsdamentes acélcsövekkel (12 mm-es külső átmérőjű, 1,2 mm-es falú), 65 fokos Na2WO4/Na2CO3-oldatba merítve, ciklikus nedves -száraz körülmények között (8 óra bemerítés, 4 óra gőzhatásnak kitéve 65 fokos karbonáttal szemben) és a változó karbonát-koncentráció viselkedését jelzik. 4000 óra:
| Nátrium-karbonát-koncentráció (%)|pH a Solution Line-nél (koncentrált)|Az első gödörig eltelt idő a Solution Line-nál (óra)|Gödörsűrűség a megoldás vonalánál (gödör per cm)|Maximális gödörmélység 4000 óra után (mm)|Megoldásvonal állapota 4000 óránál|Biztonságos 4000 óráig? |
|-----------------------------------|-------------------------------|----------------------------------------|----------------------------------------|-----------------------------------------|-----------------------------------|-----------------|
| <2 | <12.5 | >8000 (nincs gödrözés)|0 |<0.02 | Pristine | Yes |
| 2 – 3|12,5 – 13,0|4000 – 5500|0,5 – 2|0,05 – 0,10|Kisebb támadás, felületi érdesítés|Igen (küszöbérték) |
| 3 – 4|13,0 – 13,3|2500 – 3500|3 – 6|0,15 – 0,30|Gödör látható,<30% wall | Marginal |
| 4 – 5 | 13.3 – 13.5 | 1,200 – 1,800 | 6 – 10 | 0.35 – 0.50 | Significant attack, >30% fal|Nem |
| 5 – 6|13,5 – 13,7|600 – 900|10 – 15|0,50 – 0,70|Súlyos roham, perforáció közelében|Nem |
| >6 | >13.7 | <400 | >15 | >0,70|Perforáció 4000 óra előtt|Nem |
Az adatok azt mutatják, hogy a megbízható, 4000 órás, az oldatvezetéknél lévő lyukasztás nélküli kiszolgálás érdekében a nátrium-karbonát koncentrációját 3% alatt kell tartani. 4% feletti koncentrációknál a pitting 2000 óra előtt kezdődik és 4000 óra előtt jelentősen előrehalad.
**Miért létezik a karbonátkoncentrációs küszöb**
A körülbelül 3%-os Na2C03 kritikus küszöbértéke annak a koncentrációnak felel meg, amelynél a pH-érték az oldatvonalon (bepárlás után) meghaladja a körülbelül 13,0 értéket. 13,0 alatti pH-értékeknél a 316 literes rozsdamentes acél passzív filmje stabil karbonátoldatokban, mivel a ferrát- és kromátfajták oldhatósága alacsony. 13,0 feletti pH-értékek esetén a ferrát- és kromátoldékonyság meredeken növekszik, a passzív film pedig érezhető sebességgel oldódik. A szárítási ciklus a karbonátot az ömlesztett 5%-ról 10-15%-ra koncentrálja az oldatvonalnál, ezzel a pH-t 10,5-ről 13,0-13,5-re emeli. Ha az ömlesztett karbonát koncentrációja 3%, az oldatvezeték koncentrációja a bepárlás után kb. 6-9%, ami a pH-t 12,8-13,0-ra emeli – még mindig a kritikus küszöb alatt. Amikor az ömlesztett karbonát koncentrációja 5%, az oldatvezeték koncentrációja eléri a 10-15%-ot, ami a pH-t 13,3 fölé emeli, ami elegendő a gödrösödéshez.
**Forgatókönyv-alapú kiválasztási útmutató: Karbonátkoncentráció volfrámkioldó fűtőberendezésekhez**
| Működési állapot|Karbonát koncentráció (%)|Volfrámkoncentráció (%)|Ajánlott karbonáthatár (%)|Megoldás várható élettartama (óra)|Mérnöki indoklás |
|--------------------|----------------------------|----------------------------|--------------------------------|------------------------------------|----------------------------|
| Szabványos kilúgozás, 4000 órás kampány|5%|20% |<3% (use alternative pH control) | >4000|A karbonáttartalom 3% alatt marad a biztonság érdekében |
| Extended campaign (>6000 óra)|5%|20% |<2% | >6000|Konzervatív kialakítás a maximális megbízhatóság érdekében |
| Level control eliminates solution line exposure | 5% | 20% | Any | >4000|Nincs megoldás vonal támadás, ha teljesen bemerül |
| Reduced carbonate (use KOH for pH control) | 2% | 20% | 2% | >4000|Az alacsonyabb karbonát csökkenti az oldatvonal pH-ját |
| Rövid távú{0}}működés (<1000 hours) | 5% | 20% | 5% | 600 – 900 | Acceptable for temporary service |
| Solution line protected by PTFE coating | 5% | 20% | 5% | >4000|A bevonat kiküszöböli a nedves{1}}száraz ciklus elleni támadást |
**Gyakorlati intézkedések a karbonátkoncentráció szabályozására**
Három gyakorlati intézkedés tartja a karbonátkoncentrációt a kritikus küszöb alatt. Először cserélje ki a nátrium-karbonátot kálium-hidroxiddal (KOH) a pH-szabályozás érdekében; A KOH nem koncentrálódik ugyanúgy az oldatvonalnál, mert a káliumsók jobban oldódnak és kevésbé hajlamosak a kicsapódásra. Másodszor, ha karbonátot kell használni, tartsa 3% alatt a koncentrációt a karbonát adagolásának korlátozásával és hetente titrálással. Harmadszor, hozzon létre egy szintszabályozó rendszert, amely a fűtőtestet mindig teljesen víz alatt tartja; ez teljesen megszünteti az oldat vonalát, és eltávolítja a koncentrálási mechanizmust. Azoknál a létesítményeknél, ahol a karbonát koncentráció meghaladja a 3%-ot, a PTFE bevonat az oldatvonal zónáján megakadályozza a tömény sók és a rozsdamentes acél felület közötti közvetlen érintkezést.
**Következtetés**
316 literes rozsdamentes acél elektromos fűtőtesteknél 20%-os nátrium-volframátban, 5%-os nátrium-karbonátos volfrámoldatban 65 fokon, a maximális nátrium-karbonát-koncentráció 4000 üzemórára, az oldatvezetéknél történő lyukasztás nélkül 3%. 4% felett a pitting 2000 óra előtt kezdődik és gyorsan halad. Az oldatsoros bepárlás a karbonátsókat koncentrálja, a helyi pH-t 13,0 fölé emeli, és a passzív filmet oldható ferrát- és kromátfajtákként feloldja. Azoknak a mérnököknek, akik 316 literes fűtőtesteket írnak elő a volfrám kilúgozására, a karbonáttartalmat 3% alatt kell tartaniuk heti ellenőrzéssel, fontolóra kell venniük a KOH használatát a pH-szabályozáshoz, vagy szintszabályozást kell alkalmazniuk az oldatvezeték expozíciójának kiküszöbölésére. Ez a karbonátkoncentráció-specifikáció megakadályozza a lúgos wolframát kilúgozásos fűtési alkalmazások leggyakoribb meghibásodását.
