Para una varilla térmica de titanio en ácido fosfórico al 50% a 100 grados, ¿cómo cambia la presencia de 500 ppm de fluoruro la temperatura crítica de picaduras y el tiempo de perforación de una pared de 1,5 mm?
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El titanio en ácido fosfórico al 50 % a 100 grados es bastante pasivo, con una velocidad de corrosión inferior a 0,05 mm/año y una temperatura crítica de picadura (CPT) de aproximadamente 85 grados. La adición de 500 ppm de fluoruro (como HF o NaF) reduce sustancialmente el CPT a 50 grados, lo que significa que a una temperatura de trabajo de 100 grados, las picaduras constantes comienzan dentro de 100 a 300 horas. En estas condiciones, el tiempo hasta la perforación de una pared de 1,5 mm es de 500 a 1.500 horas frente a > 10.000 horas en ácido libre de fluoruro. Los iones de fluoruro interactúan con los iones de titanio e inhiben la repasivación y, por lo tanto, aceleran la progresión de las picaduras.
Mecanismo de depresión de CPT inducida por fluoruro
La película pasiva sobre titanio es estable hasta 85 grados en ácido fosfórico puro. El titanio reacciona con iones de fluoruro para crear complejos de hexafluorotitanato solubles: TiO₂ + 6F⁻ + 4H⁺ → TiF₆²⁻ + 2H₂O. El proceso elimina la película pasiva a un ritmo que aumenta exponencialmente con la temperatura. A 100 grados, la tasa de complejación es suficiente para producir una ruptura local de la película en los defectos de la superficie. Una vez que comienza un pozo, la alta concentración de fluoruro dentro del pozo mantiene un ambiente agresivo y el pozo se propaga rápidamente.
Dependencia del CPT y del tiempo de perforación de la concentración de fluoruro: cuantitativa
50% H3PO4 at 100 °C with different amounts of fluoride has been developed for Grade 2 titanium by controlled testing. At 0 ppm F- the CPT is 85-90°C, no pitting is found at 100°C and the time to perforation of 1.5 mm is >10.000 horas. A 50 ppm F⁻, el CPT se baja a 75-80 grados, las picaduras comienzan después de 1000-2000 h y la perforación se produce después de 5000-8000 h. El CPT es de 65 a 70 grados a 100 ppm F-, las picaduras comienzan en 500 a 1000 horas, la perforación en 2000 a 4000 horas. El CPT a 250 ppm F- es de 55 a 60 grados y las picaduras se producen en 200 a 500 horas y la perforación en 1000 a 2000 horas. A 500 ppm, F-CPT es de 45 a 50 °C, el inicio del picado es de 100 a 300 horas y la perforación es de 500 a 1500 horas.
Guía de tolerancia al fluoruro de calentadores de ácido fosfórico
La siguiente tabla proporciona las concentraciones máximas permitidas de fluoruro para calentadores de titanio de Grado 2 y Grado 7 en H3PO4 al 50 % a 100 grados durante la vida útil requerida.
Required Service Life (years) Max F⁻ for Grade 2 (ppm) Max F⁻ for Grade 7 (ppm)Average time of perforation (1.5 mm wall)Recommended Action >5 < 50 < 200 > 5 años3-5 50-100 200-300 2-5 añosMonitoreo trimestral 1-3 100-250 300-400 1-3 añosUso Grado 7<1 250-500 400-600 6-12 monthsReduced temperature
No aceptable 500 600 < 6 mesesDeshazte del flúor
Ingeniería más allá del control del fluoruro
El titanio de grado 7 (estabilizado con paladio) tiene entre 15 y 20 grados más alto en CPT que el grado 2 en cualquier concentración de fluoruro, lo que permite un funcionamiento seguro a 100 grados con hasta 200 ppm F⁻. El espesor de la pared proporciona un margen de perforación. La pared de . 2.5 mm con 500 ppm F proporciona un tiempo de perforación de 800 a 2500 horas. . 1.5 mm proporciona de 500 a 1500 horas. La adición de iones de aluminio (100-200 ppm) forma complejos con el fluoruro libre y lo hace entre un 50 y un 70% menos agresivo. El fluoruro permitido aumenta en un factor de 3 a 5 cuando la temperatura se reduce de 100 °C a 80 °C.
Construyendo una especificación informada
Titanio grado 7 para servicio en ácido fosfórico al 50% a 100 grados con 500 ppm de fluoruro. La vida útil se espera entre 500 y 1500 horas (0,5-2 años) con una pared de 1,5 mm. Para prolongar su vida útil, precipite el fluoruro con hidróxido de aluminio o reduzca la temperatura a 80 grados o aumente el espesor de la pared a 3,0 mm. Durante el funcionamiento, inspeccione el calentador en busca de picaduras cada mes mediante un mapeo de espesor ultrasónico. Para el Grado 7, el ingeniero evita las picaduras rápidas en el servicio de ácido fosfórico caliente regulando la concentración de fluoruro a menos de 200 ppm.
