A vegyes sav probléma
A salétrom--hidrogén-fluorsav-keverékeket titán kémiai őrlésére, rozsdamentes acél pácolásánál és félvezető ostyamaratására használják. A salétromsav oxidáló erőt biztosít. A hidrogén-fluorid fluoridionokat biztosít, amelyek komplexet képeznek az oldott fémekkel és megakadályozzák azok kicsapódását.
Ez a kombináció a legtöbb fémre pusztító. A salétromsav önmagában sok fémet passzivál oxidációval. A hidrogén-fluorid önmagában sok fémet megtámad a fluorid komplexáció révén. Együtt szinergikus támadást hoznak létre: a salétromsav magas korróziós potenciált tart fenn, míg a fluoridionok elpusztítják a kialakuló passzív filmréteget.
A nióbium azon kevés fémek egyike, amelyek hasznosan ellenállnak ennek a környezetnek. Nb2O5 passzív filmje stabil az oxidáló savakban, és jobban ellenáll a fluoridnak, mint a titán vagy a cirkónium. A nióbium hőcserélők kevert savas alkalmazásokban használhatók, ahol más fémek órákon belül meghibásodnak.
A PTFE immunis mindkét savra külön-külön és azok kombinációjára. A nióbiummal való összehasonlítás egy olyan anyag között van, amely ellenáll a környezetnek egy szívós, de sérülékeny oxidfilmen keresztül, és egy olyan anyag között, amely termodinamikailag nem képes reagálni egyik savval sem.
A nióbium passzív film fluorid támadás alatt
A nióbium Nb2O5 passzív filmje jobban ellenáll a fluoridnak, mint a titánon lévő TiO₂ film vagy a cirkóniumon lévő ZrO₂ film. A nióbium-fluorid komplexek kevésbé stabilak, mint a titán-fluorid komplexek, így a fluoridionok kevésbé hatékonyan versengenek az oxidrács fématomjaiért.
Az ellenállás azonban nem immunitás. HNO₃-HF keverékekben megemelt hőmérsékleten a passzív film mérhető sebességgel oldódik. Az oldódás felgyorsul a szemcsehatárokon, felületi hibákon és a gyártásból származó nagy maradékfeszültségű területeken. Idővel a passzív film lokális elvékonyodása olyan helyeket hoz létre, ahol az alatta lévő fém szabaddá válik.
Miután az alapfém szabaddá válik, a fluoridionok közvetlenül a nióbium atomokkal komplexet képeznek. A keletkező nióbium-fluorid komplex oldható, és belép az oldatba. A támadás a betörés helyszínén gyorsabban halad, mint a film feloldása máshol. Gödör keletkezik. A gödör környezetében kimerült a salétromsav -az oxidálószer, amely egyébként repassziválná a felületet-, és fluoridban dúsult. Létrejön az autokatalitikus pitting ciklus.
1. táblázat: Hosszú távú{1}}megbízhatóság összehasonlítása 20% HNO₃ + 5% HF-ben 60 fokon
| Megbízhatósági paraméter | Nióbium | PTFE |
|---|---|---|
| Passzív film kompozíció | Nb2O5 | Nincs (inherens C-F kötvények) |
| A film oldódási sebessége HF-ben (nm/nap) | 0.5-2.0 | N/A |
| Pitting iniciációs idő 60 fokon | 500-2000 óra (változó) | Soha |
| Pitting terjedési sebesség (mm/év a gödörben) | 0.1-0.5 | 0 |
| Érzékenység a savarány változására | Mérsékelt (HF-növekedés felgyorsítja a támadást) | Egyik sem |
| Érzékenység a hőmérséklet-ingadozásokra | Jelentős (az arány 10 fokonként megduplázódik) | Nincs (260 fok alatt) |
| A gyártás minőségére való érzékenység | Magas (a hegesztési zónák érzékenyebbek) | Alacsony (varrat nélküli csövek) |
| Az élettartam kiszámíthatósága | Alacsony (a pitting sztochasztikus) | Magas (kúszás-alapú) |
| Figyelmeztetés hiba esetén | Gyakran nincs (hirtelen lyuk) | Fokozatos (mérhető falvékonyodás) |
A gyártási minőség érzékenysége
A nióbium hőcserélők inert atmoszférában történő hegesztést igényelnek. A hegesztési zóna és a hőhatás{1}}zóna mikroszerkezete eltér az alapfémtől. A hegesztés közbeni szemcsenövekedés csökkenti a szemcsehatárok számát, de a megmaradó határok nagyobb energiájúak és érzékenyebbek a vegyi támadásokra.
A hegesztési varrat -hőkezelése részben visszaállíthatja a homogenitást, de a hegesztési zóna soha nem éri el ugyanazt a korrózióállóságot, mint az alapfém. A vegyes HNO₃-HF szolgáltatásnál a hegesztési zónák az előnyben részesített helyek a gödör iniciálására. A hegesztés minősége-a hegesztő szakértelme, az inert gáz tisztasága, a hézag előkészítésének tisztasága-közvetlenül meghatározza a hőcserélő élettartamát.
A PTFE hőcserélőknek nincs hegesztése a csőkötegben. A csövek varrat nélküli extrudálások. A csatlakozások mechanikus kompressziós szerelvények. Nincsenek kohászati gyenge pontok. A kész hőcserélő minőségét a PTFE-gyanta konzisztenciája és az extrudálási folyamat pontossága határozza meg,{4}}mindkettő szigorúan szabványosított ipari művelet.
A karbantartás és az ellenőrzés különbsége
A nióbiumcserélők rendszeres ellenőrzést igényelnek a lyukak miatt. Az örvényáramú vizsgálat vagy a csőfalak ultrahangos szkennelése észleli a gödröket, mielőtt azok behatolnának. Az ellenőrzési intervallum az előre jelzett gödörkezdési időn alapul, de a gödörképződés sztochasztikus jellege azt jelenti, hogy a gödör megkezdheti és továbbterjedhet az ütemezett ellenőrzések között.
A PTFE hőcserélőket ultrahangos vastagságméréssel ellenőrzik. A falvastagság előre láthatóan csökken az üzemi hőmérsékleten tapasztalható kúszási sebességnek megfelelően. Nem keletkeznek gödrök. Nem fordul elő lokalizált támadás. Az ellenőrzési intervallum óvatosan beállítható, mivel a lebontási mód lassú és egyenletes.
Összegzés
A PTFE-hőcserélők jobb hosszú távú megbízhatóságot nyújtanak, mint a niobium a salétrom--hidrogén-fluorid-keverékekben, mivel a PTFE-nek nincs passzív filmje, amelyet a fluoridionok megtámadhatnak. A nióbium Nb2O5 filmje lassan oldódik HF-ben, és a helyi lebomlás előre nem látható lyukképződést okoz. A hegesztési zónák különösen érzékenyek.
A PTFE kiszámítható, egyenletes lebomlást biztosít a kúszás révén, amelyet az ütemezett ellenőrzés nyomon követhet. A nióbium sztochasztikus lyukképződést biztosít, amely az ellenőrzések között hirtelen meghibásodást okozhat. Azoknál a folyamatoknál, ahol a nem tervezett állásidő költséges, vagy ahol a kevert sav aránya változó, a PTFE a megbízhatóbb választás.
Mérnöki elemzés a kevert sav-szerviz anyag kiválasztásához a savkoncentráció, a hőmérséklet, a hőteljesítmény, a hegesztési és ellenőrzési képességek, valamint az állásidő-költség adatok benyújtásával érhető el.
