Il-Problema ta 'Aċidu Imħallat
It-taħlitiet ta' l-aċidu nitriku-idrofluworiku jintużaw fit-tħin kimiku tat-titanju, il-pickling tal-istainless steel, u l-inċiżjoni tal-wejfer tas-semikondutturi. L-aċidu nitriku jipprovdi qawwa ossidanti. L-aċidu idrofluworiku jipprovdi joni tal-fluworidu li jikkomplessaw ma 'metalli maħlula u jipprevjenu r-ripreċipitazzjoni tagħhom.
Din il-kombinazzjoni hija devastanti għall-biċċa l-kbira tal-metalli. L-aċidu nitriku waħdu jippassiva ħafna metalli permezz tal-ossidazzjoni. L-aċidu idrofluworiku waħdu jattakka ħafna metalli permezz ta 'kumplessazzjoni tal-fluworidu. Flimkien, joħolqu attakk sinerġistiku: l-aċidu nitriku jżomm potenzjal għoli ta 'korrużjoni filwaqt li l-joni tal-fluworidu jeqirdu kwalunkwe film passiv li jifforma.
Nijobju huwa wieħed mill-ftit metalli b'reżistenza utli għal dan l-ambjent. Il-film passiv Nb₂O₅ tiegħu huwa stabbli f'aċidi ossidanti u jirreżisti l-fluworidu aħjar mit-titanju jew iż-żirkonju. L-iskambjaturi tas-sħana tan-nijobju jservu f'applikazzjonijiet ta 'aċidu mħallat fejn metalli oħra jonqsu fi żmien sigħat.
PTFE huwa immuni kemm għall-aċidi individwalment kif ukoll għall-kombinazzjoni tagħhom. It-tqabbil man-nijobju huwa bejn materjal li jirreżisti l-ambjent permezz ta 'film ta' ossidu tenaċi iżda vulnerabbli, u wieħed li termodinamikament inkapaċi li jirreaġixxi ma 'l-ebda aċidu.
Il-Film Passiv tan-Nijobju Taħt Attakk tal-Fluworidu
Il-film passiv tan-Nb₂O₅ tan-nijobju huwa aktar reżistenti għall-fluworidu mill-film TiO₂ fuq it-titanju jew il-film ZrO₂ fuq iż-żirkonju. Il-kumplessi tan-nijobju-fluworidu huma inqas stabbli mill-kumplessi tat-titanju-fluworidu, għalhekk joni tal-fluworidu jikkompetu b'mod inqas effettiv għall-atomi tal-metall fil-kannizzata tal-ossidu.
Madankollu, ir-reżistenza mhix immunità. F'taħlitiet ta' HNO₃-HF f'temperaturi elevati, il-film passiv jinħall b'rata li tista' titkejjel. Id-dissoluzzjoni hija aċċellerata fil-konfini tal-qamħ, difetti fil-wiċċ, u żoni ta 'stress residwu għoli mill-fabbrikazzjoni. Maż-żmien, traqqiq lokalizzat tal-film passiv joħloq siti fejn il-metall sottostanti huwa espost.
Ladarba l-metall bażiku jiġi espost, il-jonji tal-fluworidu jikkumplimentaw direttament ma 'atomi tan-nijobju. Il-kumpless tan-nijobju-fluworidu li jirriżulta huwa solubbli u jidħol fis-soluzzjoni. L-attakk fis-sit tal-ksur jipproċedi aktar malajr minn xoljiment tal-film x'imkien ieħor. Tifforma ħofra. L-ambjent tal-fossa huwa mnaqqas fl-aċidu nitriku-l-ossidant li kieku repassiva l-wiċċ-u arrikkit fil-fluworidu. Iċ-ċiklu tal-pitting awtokatalitiku huwa stabbilit.
Tabella 1: Tqabbil ta' Affidabbiltà fit--Tul f'20% HNO₃ + 5% HF f'60 grad
| Parametru ta' Affidabilità | Nijobju | PTFE |
|---|---|---|
| Kompożizzjoni passiva tal-film | Nb₂O₅ | Xejn (bonds C-F inerenti) |
| Rata ta' dissoluzzjoni tal-film f'HF (nm/jum) | 0.5-2.0 | N/A |
| Ħin tal-bidu tal-pitting f'60 grad | 500-2,000 siegħa (varjabbli) | Qatt |
| Rata ta' propagazzjoni tal-ħofor (mm/sena fil-fossa) | 0.1-0.5 | 0 |
| Sensittività għall-varjazzjoni tal-proporzjon tal-aċidu | Moderat (żieda fl-HF taċċellera l-attakk) | Xejn |
| Sensittività għal eskursjonijiet fit-temperatura | Sinifikanti (ir-rata tirdoppja għal kull 10 gradi) | Xejn (taħt 260 grad) |
| Sensittività għall-kwalità tal-fabbrikazzjoni | Għoli (żoni tal-weldjatura aktar suxxettibbli) | Baxxa (tubi mingħajr saldatura) |
| Prevedibbiltà tal-ħajja tas-servizz | Baxxa (il-pitting huwa stokastiku) | Għoli (ibbażat fuq-creep) |
| Twissija ta' falliment | Ħafna drabi xejn (pinhole f'daqqa) | Gradwali (tnaqqija tal-ħajt li tista' titkejjel) |
Is-Sensittività tal-Kwalità tal-Fabbrikazzjoni
L-iskambjaturi tas-sħana tan-nijobju jeħtieġu l-iwweldjar f'atmosfera inerta. Iż-żona tal-weldjatura u ż-żona-affetwata tas-sħana għandhom mikrostruttura differenti mill-metall bażiku. It-tkabbir tal-qamħ waqt l-iwweldjar inaqqas in-numru ta 'konfini tal-qamħ, iżda l-konfini li jibqgħu għandhom enerġija ogħla u huma aktar suxxettibbli għal attakk kimiku.
It-trattament tas-sħana ta 'wara-weldjatura jista' jirrestawra parzjalment l-omoġeneità, iżda ż-żona tal-weldjatura qatt ma tikseb l-istess reżistenza għall-korrużjoni bħall-metall bażiku. F'servizz imħallat HNO₃-HF, iż-żoni tal-weldjatura huma s-siti preferuti għall-bidu tal-ħofra. Il-kwalità tal-iwweldjar-il-ħila tal-welder, il-purità tal-gass inert, l-indafa tal-preparazzjoni tal-ġonta-direttament tiddetermina l-ħajja tas-servizz tal-iskambjatur.
L-iskambjaturi tas-sħana PTFE m'għandhom l-ebda weldjatura fil-gozz tat-tubi. Tubi huma estrużjonijiet mingħajr saldatura. Il-konnessjonijiet huma fittings mekkaniċi tal-kompressjoni. M'hemm l-ebda punti dgħajfa metallurġiċi. Il-kwalità tal-iskambjatur lest hija determinata mill-konsistenza tar-reżina PTFE u l-preċiżjoni tal-proċess ta 'estrużjoni-iż-żewġ operazzjonijiet industrijali standardizzati ħafna.
Id-Differenza ta' Manutenzjoni u Spezzjoni
L-iskambjaturi tan-nijobju jeħtieġu spezzjoni perjodika għall-pitting. L-ittestjar tal-kurrent Eddy jew l-iskannjar ultrasoniku tal-ħitan tat-tubi jiskopri l-fosos qabel ma jippenetraw. L-intervall ta 'spezzjoni huwa bbażat fuq il-ħin imbassar tal-bidu tal-ħofra, iżda n-natura stokastika tal-ħofra tfisser li fossa tista' tibda u tippropaga bejn spezzjonijiet skedati.
L-iskambjaturi tal-PTFE huma spezzjonati permezz ta 'kejl tal-ħxuna ultrasoniku. Il-ħxuna tal-ħajt tonqos b'mod prevedibbli skont ir-rata ta 'creep fit-temperatura operattiva. L-ebda forma ta’ fosos. Ma jseħħ l-ebda attakk lokalizzat. L-intervall ta 'spezzjoni jista' jiġi stabbilit b'mod konservattiv minħabba li l-mod ta 'degradazzjoni huwa bil-mod u uniformi.
Sommarju
L-iskambjaturi tas-sħana PTFE joffru affidabilità aħjar fit-tul-min-nijobju f'taħlitiet ta' aċidu nitriku-idrofluworiku minħabba li l-PTFE m'għandux film passiv li jiġi attakkat minn joni tal-fluworidu. Il-film Nb₂O₅ tan-nijobju jinħall bil-mod f'HF, u t-tqassim lokalizzat jibda pitting imprevedibbli. Iż-żoni tal-weldjatura huma partikolarment suxxettibbli.
PTFE jipprovdi degradazzjoni prevedibbli u uniformi permezz ta 'creep li l-ispezzjoni skedata tista' ssegwi. Nijobju jipprovdi pitting stochastic li jista 'jipproduċi falliment f'daqqa bejn l-ispezzjonijiet. Għal proċessi fejn waqfien mhux ippjanat jiswa ħafna flus jew fejn il-proporzjonijiet tal-aċidu mħallta jvarjaw, PTFE huwa l-aktar għażla affidabbli.
L-analiżi tal-inġinerija għall-għażla tal-materjal tas-servizz tal-aċidu mħallat hija disponibbli fuq is-sottomissjoni tal-konċentrazzjonijiet tal-aċidu, it-temperatura, id-dazju tas-sħana, il-kapaċitajiet tal-iwweldjar u l-ispezzjoni, u d-dejta tal-ispiża tal-waqfien.
