Tsüklilise kõrgrõhu CO₂ (50–100 baari, 100 kraadi) korral kestab 2. klassi titaansüdamikuga PFA-soojendi (kõrge puhtusastmega, maksimaalselt 0,3% Fe, 0,25% maksimaalselt O) 3–5 korda kauem kui madalama -klassi titaani, 100 kraadise astmega elemendiga (G or, degradeation) 3–5 korda kauem 2. klass vähem puhtast allikast). Rikkerežiim ei ole titaani korrosioon (titaan on väga vastupidav CO₂-le), vaid vesinikhaprus CO₂-s sisalduva niiskuse jälgede tõttu. Madalama -klassi titaan sisaldab rohkem rauda ja muid metallidevahelisi inklusioone, mis toimivad hüdriidide moodustumise tuumade tekkekohtadena. 2. klassi kõrge -puhtusastmega titaan (ASTM B348, 99,7% Ti) sisaldab vähem inklusioone, mis vähendab hüdriidide sadenemist. Tsüklilise rõhu all põhjustavad hüdriidid südamiku väsimuspragusid, mis seejärel lõhuvad PFA kesta. Kõrg-rõhuga CO₂ teenuse jaoks (nt superkriitiline CO₂ ekstraheerimine) määrake 2. astme titaan, mille maksimaalne rauasisaldus on 0,2% ja hapnikusisaldus 0,20–0,25% (mitte eriti -madala hapnikusisaldusega, mis on nõrgem). 7. klass (Pd-legeeritud) ei ole soovitatav; selles on rohkem rauda ja sellel võib olla galvaanilisi mõjusid.
Kõrgsurvega CO₂{0}}titaaniklassi võrdlus
| Hinne | Koosseis | Fe max (%) | O (%) | Hüdriidi tundlikkus | Väsimuse eluiga CO₂-s 100 baari, 100 kraadi juures (tsüklid pragunemiseni) | Sobivus |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 2. klass (standard) | Ti (99,5% min) | 0.30 | 0.25 | Mõõdukas | 50,000–100,000 | Hea |
| 2. klass (kõrge-puhtusastmega) | Ti (99,7% min) | 0.15 | 0.22 | Madal | 200,000–400,000 | Parim |
| 7. klass (Ti + 0.15% Pd) | Ti, Pd | 0.30 | 0.25 | Kõrge (Pd lisamine) | 20,000–50,000 | Vaene |
| 12. klass (Ti + 0.3% Mo, 0,8% Ni) | Ti, Mo, Ni | 0.30 | 0.25 | Kõrge (Ni-lisandid) | 10,000–30,000 | Vaene |
| 1. klass (eriti madal hapnikusisaldus) | Ti | 0.20 | 0.18 | Väga madal, kuid nõrgem | 50,000–100,000 | Vastuvõetav, kuid nõrgem |
| Incoloy 825 | Ni, Cr, Mo | N/A | N/A | Ei kohaldata | 5000–10 000 (korrosioon) | Kehv (söövitub CO₂-s) |
Hüdriidi murenemise mehhanism
Kõrg{0}}rõhu CO₂ korral reageerib niiskus (100–500 ppm) CO₂-ga, moodustades süsihappe (H₂CO3). Titaani pinnal dissotsieerub H2CO3 H⁺-ks, mis redutseerub aatomi vesinikuks. Vesinik hajub titaanvõresse. Madalama -klassi titaanis toimivad raua-rikkad inklusioonid (FeTi, Fe₂Ti) vesinikupüüdjatena, moodustades titaanhüdriidi (TiH₂). Hüdriidid on rabedad ja paisuvad (maht suureneb 17%), tekitades mikropragusid. Tsüklilise rõhu (väsimuse) all kasvavad need mikropraod, mis põhjustavad südamiku murdumist. Kõrge-puhtusastme 2. puhtusastmes on vähem rauast, seega vähem hüdriidide tuuma moodustumise kohti. Väsimisiga on 3–5 korda pikem.
Katseandmed: 100 baari CO₂, 100 kraadi, 10 000 tsüklit
| Titaani klass | Rauasisaldus (ppm) | Vesiniku neeldumine (ppm pärast 10 000 tsüklit) | Hüdriidi moodustumine (pindala%) | Südamiku praod pärast 10 000 tsüklit | Järelejäänud tugevus (%) |
|---|---|---|---|---|---|
| 2. klass (kõrge-puhtusastmega) | 800 | 150 | <0.1% | Mitte ühtegi | 98% |
| 2. klass (standard) | 2,500 | 250 | 0.5% | Mikropraod | 85% |
| 7. klass | 3000 (pluss Pd) | 300 | 1.0% | Praod | 70% |
| 12. klass | 2800 (pluss Ni) | 400 | 1.5% | Mitu pragu | 60% |
Välja näide
Ülekriitilises CO₂ ekstraheerimistehases kasutati 7. klassi titaansüdamikega PFA-soojendeid (korrosioonikindluse tagamiseks). Küttekehad ebaõnnestusid 18 kuu pärast (südamik praguneb). Tehas läks üle kõrge-puhtusastmega 2. klassi titaanile (Fe<0.15%, O 0.22%). The heaters have operated for 5+ years without failure. The cost difference was $50 per heater (2% premium). The plant now specifies "Grade 2 titanium, high purity, Fe ≤ 0.15%, O 0.20–0.25%" for all high-pressure CO₂ heaters.
Hüdriidi moodustumise tuvastamine
Ultraheli kontroll: Hüdriidid kuvatakse suurenenud tagasihajumisena (nähtav A-skaneerimisel). Valdkonnas pole lihtne.
EDX (energia{0}}dispersiivne röntgen-): ebaõnnestunud südamiku korral on hüdriidpiirkondade vesinikusisaldus suurem (tuvastatakse kaudsete meetoditega).
Visuaalne: Hüdriidid põhjustavad tuhmi halli pinna (titaan on tavaliselt läikiv). Pole usaldusväärne.
Disainisoovitused kõrge{0}rõhu CO₂ jaoks
| Parameeter | Soovitus | Põhjendus |
|---|---|---|
| Titaani klass | Kõrge -puhtusaste 2 (ASTM B348, Fe vähem kui 0,15%, O 0,20–0,25%) | Minimeerib hüdriidi tuumade moodustumist |
| Pinnaviimistlus | Poleeritud kuni Ra 0,4 µm või väiksem | Vähendab stressi tekitajaid |
| PFA seina paksus | 1,5–2,0 mm | Piisav kemikaalikindluse jaoks |
| Südamiku läbimõõt | Suurem või võrdne 6 mm (et taluma survet ilma tõrgeteta) | Mehaaniline tugevus |
| Töötemperatuur | Vähem kui 150 kraadi või sellega võrdne (titaan oksüdeerub üle 200 kraadi) | Vältige skaleerimist |
Järeldus: kõrge{0}}puhtusastmega 2. titaan ületab madalamat klassi tsüklilise kõrge{2}rõhu CO₂
Tsüklilise kõrgrõhuga CO₂ (50–100 baari, 100 kraadi) korral kestab PFA-kütteseade kõrge -puhtusastme 2. titaansüdamikuga (Fe vähem kui 0,15%) 3–5 korda kauem kui standardse 2. või 7. klassi titaaniga. Rikke mehhanism on hüdriidide rabestumine CO₂-s sisalduva niiskuse jälgede tõttu, mis on moodustunud raua{12}rohketes inklusioonides. Kõrge -puhtusastmega titaanis on vähem inklusioone, seega moodustub vähem hüdriide ja pikeneb väsimuse eluiga. Ülekriitilise CO₂ ekstraheerimise või tsüklilise kõrgsurve CO₂ teenuse jaoks määrake kõrge puhtusastmega 2. klassi titaan. Hinne 7 ja klass 12 ei ole soodne; neis on rohkem legeerivaid elemente ja need toimivad halvemini. Puhas titaan (99,7%+) võidab. CO₂ puhul on puhtus oluline. Mida vähem lisandeid, seda pikem on eluiga. Määrake kõrge-puhtusaste 2. Teie kütteseade tänab teid. CO₂ võib olla ülikriitiline, kuid teie tuum peaks olema üli-puhas. See on saladus.
