Untuk Tabung Pemanas Titanium yang Digunakan untuk Memanaskan Larutan Natrium Hidroksida 40% pada suhu 80 derajat, Mengapa Titanium Kelas 7 Lebih Diutamakan daripada Kelas 2 Meskipun Ketebalan Dindingnya Sama?

Pengorbanan-Dasar dalam Pemilihan Tingkat Titanium untuk Layanan Kaustik
Titanium tidak hanya sangat tahan terhadap korosi pada sebagian besar larutan berair, namun juga memiliki ketahanan korosi yang sangat baik pada larutan kaustik yang panas dan pekat seperti natrium hidroksida (NaOH). Titanium kelas 2 (murni komersial) membentuk lapisan pelindung titanium dioksida dalam larutan netral dan asam, tetapi lapisan oksida tersebut larut menghasilkan natrium titanat yang larut dalam kaustik pekat pada suhu tinggi. Hal ini menyebabkan penipisan yang konsisten dan yang lebih penting adalah penyerapan hidrogen yang menyebabkan penggetasan. Titanium (Ti-0,15% Pd) grade 7 mengandung paladium, logam mulia, yang menggeser potensi korosi ke daerah pasif bahkan dalam lingkungan reduksi atau kaustik. Penambahan paladium memungkinkan Kelas 7 membentuk film pasif yang tahan lama dalam NaOH 40% pada suhu 80 derajat, sedangkan Kelas 2 terkorosi pada kecepatan yang tidak diinginkan. Analisis ini membandingkan dua grade pada ketebalan dinding yang sama, dan mengapa Grade 7 dipilih meskipun biaya materialnya lebih tinggi.

"Masalah Integritas Mekanis – Korosi dan Penggetasan Hidrogen dalam Kaustik"
Titanium kelas 2 memiliki laju korosi 0,1-0,3 mm per tahun dalam NaOH 40% pada suhu 80 derajat , berdasarkan pengujian perendaman sesuai ASTM G31 . Untuk ketebalan dinding tipikal 1,2 mm, ini setara dengan waktu perforasi selama 4-12 tahun, yang merupakan hal yang sepadan. Namun skenario kegagalan yang paling serius adalah penggetasan hidrogen. Dalam kaustik, reaksi korosi menghasilkan atom hidrogen: Ti + 4OH⁻ → TiO₂ + 2H₂O + 4e⁻ (anodik) 2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻ (katodik) Atom hidrogen berdifusi ke dalam kisi titanium dan membentuk titanium hidrida rapuh (TiH 2 ) pada batas butir. Tingkat 2, dalam NaOH 40% pada suhu 80 derajat, laju penyerapan hidrogen sekitar 50-100 ppm/bulan. Di atas 200-300 ppm konsentrasi hidrogen titanium menjadi rapuh dan mudah retak akibat tekanan termal atau sisa. Kegagalan penggetasan ini terjadi sebelum dinding menjadi sangat tipis dan seringkali hanya menimbulkan sedikit korosi yang terlihat. Dalam pemanas awal kaustik, kegagalan lapangan pada tabung titanium Kelas 2 terjadi dalam bentuk retakan pada lasan atau jari-jari tekukan, dalam waktu 12-18 bulan. Namun ketebalan dindingnya mendekati aslinya.

Titanium kelas 7 dengan paladium 0,12 hingga 0,25 persen bertindak berbeda. Paladium adalah katalis katodik untuk rekombinasi atom hidrogen menjadi molekul H 2 yang tidak memasuki kisi titanium. Potensi korosi Kelas 7 dalam NaOH 40% pada 80 derajat kira-kira +0.2 V vs. SHE, dibandingkan dengan -0,3 V untuk Kelas 2-a pergeseran 500 mV ke kisaran pasif. Laju korosi untuk Kelas 7 kurang dari 0,01 mm/tahun dan penyerapan hidrogen tidak terdeteksi (<1 ppm/mo). A similar Grade 7 tube with a wall thickness of 1.2 mm has a service life of more than 10 years limited by mechanical considerations only, not by corrosion or embrittlement.

Dampak terhadap Kinerja Termal: Perpindahan Panas yang Sama
Konduktivitas termal titanium Kelas 2 dan Kelas 7 sangat mirip (17 W/m·K pada 80 derajat ) karena penambahan paladium hanya 0,15%. Suhu permukaan luar dan laju perpindahan panas adalah sama untuk ketebalan dinding dan kepadatan daya yang sama. Jadi tidak ada biaya termal untuk memilih Grade 7. Kelemahan utamanya adalah perbedaan biaya material (Grade 7 sekitar 50-70% lebih mahal dibandingkan Grade 2).

Matriks Pemilihan Tingkat Layanan Kaustik: Sintesis Pengorbanan-
Konsentrasi & Temperatur NaOH Masa Pakai Kelas 2 (dinding 1,2 mm) Masa Pakai Kelas 7 (dinding 1,2 mm) Kelas yang Direkomendasikan Penalaran Rekayasa Inti
NaOH 20%, 60 derajat > 10 tahun > 15 tahun Kelas 2 Kelas 2 sudah cukup; Nilai 7 sudah melebihi-yang ditentukan.
30% NaOH, 70 derajat 3 – 5 tahun (penggetasan) 10 tahun Kelas 7 Kelas 2 gagal karena perengkahan hidrogen sebelum perforasi karena korosi.
40% NaOH, 80°C 1 to 2 years (embrittlement) >10 tahun Kelas 7 Kelas 2 tidak cocok. Penambahan paladium diperlukan.
50% NaOH, 90oC < 6 bulan 5 – 8 tahun Kelas 7 Bahkan Kelas 7 memperpendek umur pakai; menyelidiki materi lain.
40% NaOH, 80 derajat, dengan klorida (terkontaminasi) < 6 bulan 3 – 5 tahun Kadar 7 + CP Klorida meningkatkan pitting, CP mungkin diperlukan.
Rekayasa Melampaui Kelas: Kondisi Permukaan dan Pengelasan
Titanium kelas 7 hanya akan beroperasi seperti yang diharapkan dalam tugas kaustik jika permukaannya bebas dari kontaminasi besi. Sel galvanik yang dibentuk oleh partikel besi yang tertanam secara lokal merusak lapisan pasif, dan menyebabkan lubang bahkan pada tingkat 7. Fabrikasi dilanjutkan dengan pengawetan dalam 10% HNO₃ + 2% HF selama 5 menit untuk menghilangkan besi permukaan. Pengelasan Kelas 7 mengikuti tindakan pencegahan yang sama seperti Kelas 2 (pelindung argon, tidak ada kontaminasi) dan logam las menjaga ketahanan terhadap korosi serupa dengan logam dasar karena paladium tetap berada dalam larutan. Anil pasca las tidak diperlukan untuk layanan kaustik tetapi dapat digunakan untuk menghilangkan stres.

Kesimpulan: Panggilan Kaustik Lebih Tebal untuk Kelas 7 Bahkan pada Ketebalan Dinding yang Sama
Titanium kelas 7 lebih disukai dibandingkan titanium kelas 2 untuk tabung pemanas titanium yang memanaskan 40% natrium hidroksida pada 80 derajat meskipun keduanya ditentukan pada ketebalan dinding yang sama. Kelas 2 gagal karena penggetasan hidrogen setelah 1-2 tahun karena penyerapan hidrogen dari reaksi korosi kaustik. Kelas 7 tetap pasif dan menolak penyerapan hidrogen selama lebih dari 10 tahun. Kehadiran paladium 0,15% mengubah potensi korosi ke daerah pasif, menurunkan laju korosi sebanyak 30 kali dan mencegah penyerapan hidrogen. Untuk kinerja termal tidak ada perbedaan antara kedua kategori tersebut. Peningkatan biaya material Kelas 7 dibenarkan oleh masa pakainya yang jauh lebih lama. Untuk layanan kaustik terkonsentrasi, gunakan pemanas titanium Kelas 7 dengan konsentrasi paladium (0,12 hingga 0,25%) yang terdokumentasi dan pengawetan pasca-fabrikasi untuk menciptakan permukaan yang bersih dan pasif. Untuk aplikasi ini, Grade 2 harus ditolak terlepas dari ketebalan dindingnya.