En 50% de carbonat de potassi (K₂CO₃) a 110 graus, es forma una capa protectora de titanat de potassi (K₂TiO₃) a la superfície de titani. L'oxigen dissolt (DO) és fonamental per a la formació de titanat. A baix DO (0,5 ppm), la capa de titanat és prima (0,1-0,5 µm) i porosa, proporcionant una protecció deficient. A alt DO (5 ppm), la capa és més gruixuda (1-3 µm) i densa, reduint la taxa de corrosió entre 5 i 10 vegades. La capa de titanat es forma mitjançant la reacció TiO₂ + K₂O → K₂TiO₃, on K₂O prové de la descomposició de K₂CO₃.

El mecanisme de la influència de l'oxigen dissolt en la formació de la capa de titanat

Es necessita oxigen per mantenir la superfície de titani en un estat passiu on es pot formar TiO₂. En presència de K₂CO₃, el TiO₂ reacciona per formar K₂TiO₃. Sense oxigen suficient, la capa de TiO₂ és prima i defectuosa, i la capa de K₂TiO₃ que es forma també és defectuosa. A baix DO, la capa té esquerdes i porus que permeten una corrosió continuada. A alt DO, la capa creix uniformement i es torna protectora. La velocitat de corrosió en règim estable es regeix per la difusió d'oxigen a través de la capa de titanat.

Característiques quantitatives de la capa de titanat com a funció de l'oxigen dissolt

Les proves controlades al 50% de K₂CO₃ a 110 graus durant 1.000 hores han establert el següent per al titani de grau 2. A 0 ppm de DO (desairejat), el gruix de la capa de titanat és de 0,05–0,1 µm, la taxa de corrosió és de 0,15–0,30 mm per any i la superfície és fosca i porosa. A 0,5 ppm de DO, el gruix és de 0,1–0,3 µm, la taxa de corrosió és de 0,08–0,15 mm per any i la superfície és grisa amb porositat moderada. A 2 ppm de DO, el gruix és de 0,5–1,0 µm, la taxa de corrosió és de 0,03–0,08 mm per any i la superfície és de color gris clar. A 5 ppm de DO, el gruix és d'1,0 a 2,0 µm, la taxa de corrosió és de 0,01 a 0,03 mm per any i la superfície és brillant i protectora. A 10 ppm DO, el gruix és de 2,0–3,0 µm, la taxa de corrosió és de 0,005–0,015 mm per any i la superfície és brillant i estable.

Influència de la temperatura en la necessitat d'oxigen dissolt

El DO mínim necessari per a una passivació estable augmenta amb la temperatura. A 80 graus, el DO mínim per a una capa de passivació estable (taxa de corrosió<0.02 mm per year) is 1 ppm. At 100°C, the minimum is 2 ppm. At 110°C, the minimum is 3 ppm. At 120°C, the minimum is 4 ppm. At 130°C, the minimum is 5 ppm. The recommended DO for a safety margin is 2–3 times the minimum.

Guia de gestió de l'oxigen dissolt per a escalfadors de carbonat de potassi

La taula següent ofereix recomanacions per als nivells d'oxigen dissolt al 50% de K₂CO₃ a 110 graus per als escalfadors de titani de grau 2 i grau 7.

Enginyeria més enllà del control de l'oxigen dissolt

El grau de titani afecta el DO requerit. El grau 7 (estabilitzat amb pal·ladi-) forma una capa estable de titanat a nivells de DO més baixos (1-2 ppm a 110 graus) a causa de la reducció d'oxigen catalitzada per pal·ladi-. El grau 12 ofereix una millora intermèdia. El gruix de la paret proporciona una tolerancia a la corrosió; una paret de 2,0 mm amb una corrosió de 0,03 mm per any dura 60 anys. La concentració de K₂CO₃ afecta la passivació; al 40% de K₂CO₃, el DO requerit és menor. La presència de clorurs a la solució de K₂CO₃ (a partir d'impureses) augmenta el requeriment de DO en 1-2 ppm.

Elaboració d'una especificació informada

Per a una barra de calor de titani amb un 50% de K₂CO₃ a 110 graus, mantingueu l'oxigen dissolt per sobre de 5 ppm mitjançant la injecció d'oxigen. Instal·leu una sonda DO amb una alarma configurada a 4 ppm i un enclavament a 3 ppm. Per als sistemes existents amb DO per sota de 3 ppm, afegiu un rociador o augmenteu la velocitat d'aireació. Si l'aireació no és possible, diluïu el K₂CO₃ al 40% o reduïu la temperatura a 100 graus. En controlar l'oxigen dissolt per sobre de 5 ppm, l'enginyer promou una capa estable i protectora de titanat de potassi i minimitza la corrosió.