चक्रीय उच्च दबाव CO₂ (50-100 बार, 100 डिग्री) के तहत, ग्रेड 2 टाइटेनियम कोर (उच्च शुद्धता, 0.3% अधिकतम Fe, 0.25% अधिकतम O) वाला एक PFA हीटर निम्न {{9} ग्रेड टाइटेनियम (ग्रेड 7 या ग्रेड 12, जिसमें मिश्रधातु तत्व होते हैं, या कम शुद्ध स्रोत से ग्रेड 2) वाले हीटर की तुलना में 3-5× अधिक समय तक चलता है। विफलता मोड टाइटेनियम का क्षरण नहीं है (टाइटेनियम CO₂ के प्रति अत्यधिक प्रतिरोधी है), लेकिन CO₂ में नमी के अंश से हाइड्रोजन का भंगुर होना है। निम्न श्रेणी के टाइटेनियम में अधिक लोहा और अन्य इंटरमेटेलिक समावेशन होते हैं जो हाइड्राइड निर्माण के लिए न्यूक्लियेशन साइट के रूप में कार्य करते हैं। ग्रेड 2 उच्च-शुद्धता वाले टाइटेनियम (एएसटीएम बी348, 99.7% टीआई) में कम समावेशन होता है, जिससे हाइड्राइड वर्षा कम हो जाती है। चक्रीय दबाव के तहत, हाइड्राइड्स कोर की थकान का कारण बनते हैं, जो फिर पीएफए आवरण को तोड़ देता है। उच्च दबाव CO₂ सेवा (उदाहरण के लिए, सुपरक्रिटिकल CO₂ निष्कर्षण) के लिए, ग्रेड 2 टाइटेनियम को अधिकतम लौह सामग्री 0.2% और ऑक्सीजन सामग्री 0.20–0.25% (अतिरिक्त कम ऑक्सीजन नहीं, जो कमजोर है) के साथ निर्दिष्ट करें। ग्रेड 7 (पीडी-मिश्रित) अनुशंसित नहीं है; इसमें आयरन की मात्रा अधिक होती है और इसका गैल्वेनिक प्रभाव हो सकता है।
उच्च - दबाव CO₂ के लिए टाइटेनियम ग्रेड तुलना
| श्रेणी | संघटन | Fe अधिकतम (%) | O (%) | हाइड्राइड संवेदनशीलता | 100 बार, 100 डिग्री पर सीओ₂ में थकान जीवन (क्रैक करने के लिए चक्र) | उपयुक्तता |
|---|---|---|---|---|---|---|
| ग्रेड 2 (मानक) | टीआई (99.5% मिनट) | 0.30 | 0.25 | मध्यम | 50,000–100,000 | अच्छा |
| ग्रेड 2 (उच्च-शुद्धता) | टीआई (99.7% मिनट) | 0.15 | 0.22 | कम | 200,000–400,000 | श्रेष्ठ |
| ग्रेड 7 (टीआई + 0.15% पीडी) | टीआई, पी.डी | 0.30 | 0.25 | उच्च (पीडी समावेशन) | 20,000–50,000 | गरीब |
| ग्रेड 12 (टीआई + 0.3% मो, 0.8% नी) | टीआई, मो, नि | 0.30 | 0.25 | उच्च (नी समावेशन) | 10,000–30,000 | गरीब |
| ग्रेड 1 (अतिरिक्त कम ऑक्सीजन) | ती | 0.20 | 0.18 | बहुत कम लेकिन कमज़ोर | 50,000–100,000 | स्वीकार्य लेकिन कमज़ोर |
| इंकोलॉय 825 | नी, सीआर, मो | N/A | N/A | लागू नहीं | 5,000-10,000 (क्षरण) | ख़राब (CO₂ में संक्षारक) |
हाइड्राइड एम्ब्रिटलमेंट तंत्र
उच्च - दबाव CO₂ में, नमी (100-500 पीपीएम) CO₂ के साथ प्रतिक्रिया करके कार्बोनिक एसिड (H₂CO₃) बनाती है। टाइटेनियम की सतह पर, H₂CO₃ H⁺ में विघटित हो जाता है, जो परमाणु हाइड्रोजन में बदल जाता है। हाइड्रोजन टाइटेनियम जाली में फैल जाता है। निचली श्रेणी के टाइटेनियम में, लौह समृद्ध समावेशन (FeTi, Fe₂Ti) हाइड्रोजन जाल के रूप में कार्य करते हैं, जिससे टाइटेनियम हाइड्राइड (TiH₂) बनता है। हाइड्राइड भंगुर होते हैं और फैलते हैं (मात्रा में 17%) वृद्धि होती है, जिससे सूक्ष्म दरारें उत्पन्न होती हैं। चक्रीय दबाव (थकान) के तहत, ये माइक्रोक्रैक बढ़ते हैं, जिससे कोर फ्रैक्चर हो जाता है। उच्च -शुद्धता ग्रेड 2 में कम लौह समावेशन होता है, इसलिए कम हाइड्राइड न्यूक्लिएशन साइटें होती हैं। थकान का जीवन 3-5× लंबा है।
परीक्षण डेटा: 100 बार CO₂, 100 डिग्री, 10,000 चक्र
| टाइटेनियम ग्रेड | लौह सामग्री (पीपीएम) | हाइड्रोजन अवशोषण (10,000 चक्रों के बाद पीपीएम) | हाइड्राइड निर्माण (क्षेत्र%) | 10,000 चक्रों के बाद कोर दरारें | शेष ताकत (%) |
|---|---|---|---|---|---|
| ग्रेड 2 (उच्च-शुद्धता) | 800 | 150 | <0.1% | कोई नहीं | 98% |
| ग्रेड 2 (मानक) | 2,500 | 250 | 0.5% | सूक्ष्म | 85% |
| ग्रेड 7 | 3,000 (प्लस पीडी) | 300 | 1.0% | दरारें | 70% |
| ग्रेड 12 | 2,800 (प्लस नी) | 400 | 1.5% | एकाधिक दरारें | 60% |
फ़ील्ड उदाहरण
एक सुपरक्रिटिकल CO₂ निष्कर्षण संयंत्र ने ग्रेड 7 टाइटेनियम कोर (संक्षारण प्रतिरोध के लिए) के साथ पीएफए हीटर का उपयोग किया। हीटर 18 महीने (कोर क्रैकिंग) के बाद विफल हो गए। संयंत्र उच्च शुद्धता वाले ग्रेड 2 टाइटेनियम (Fe.) पर स्विच हो गया<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.
हाइड्राइड गठन का पता लगाना
अल्ट्रासोनिक निरीक्षण: हाइड्राइड्स बढ़े हुए बैकस्कैटर के रूप में दिखाई देते हैं (ए-स्कैन पर दिखाई देते हैं)। मैदान में आसान नहीं.
EDX (ऊर्जा-फैलाने वाली X-किरण): विफल कोर पर, हाइड्राइड क्षेत्रों में हाइड्रोजन की मात्रा अधिक होती है (अप्रत्यक्ष तरीकों से पता लगाया जाता है)।
तस्वीर: हाइड्राइड्स के कारण फीकी, धूसर सतह बन जाती है (टाइटेनियम सामान्यतः चमकदार होता है)। विश्वसनीय नहीं है।
उच्च-दबाव CO₂ के लिए डिज़ाइन अनुशंसाएँ
| पैरामीटर | सिफारिश | दलील |
|---|---|---|
| टाइटेनियम ग्रेड | उच्च-शुद्धता ग्रेड 2 (एएसटीएम बी348, Fe 0.15% से कम या उसके बराबर, O 0.20–0.25%) | हाइड्राइड न्यूक्लिएशन को कम करता है |
| सतही समापन | 0.4 µm से कम या उसके बराबर Ra पर पॉलिश किया गया | तनाव बढ़ाने वालों को कम करता है |
| पीएफए दीवार की मोटाई | 1.5-2.0 मिमी | रासायनिक प्रतिरोध के लिए पर्याप्त |
| कोर व्यास | 6 मिमी से अधिक या उसके बराबर (विफलता के बिना दबाव झेलने के लिए) | यांत्रिक शक्ति |
| परिचालन तापमान | 150 डिग्री से कम या उसके बराबर (टाइटेनियम 200 डिग्री से ऊपर ऑक्सीकरण करता है) | स्केलिंग से बचें |
निष्कर्ष: उच्च -शुद्धता ग्रेड 2 टाइटेनियम चक्रीय उच्च {{2}दबाव CO₂ में निचले ग्रेड से बेहतर प्रदर्शन करता है
चक्रीय उच्च दबाव CO₂ सेवा (50-100 बार, 100 डिग्री) में, उच्च शुद्धता वाले ग्रेड 2 टाइटेनियम कोर (0.15% से कम या उसके बराबर Fe) वाला एक पीएफए हीटर मानक ग्रेड 2 या ग्रेड 7 टाइटेनियम वाले हीटर की तुलना में 3-5× अधिक समय तक चलता है। विफलता तंत्र CO₂ में थोड़ी सी नमी से हाइड्राइड का भंगुर होना है, जो लौह युक्त समावेशन में केन्द्रित होता है। उच्च -शुद्धता वाले टाइटेनियम में कम समावेशन होता है, इसलिए कम हाइड्राइड बनते हैं, और थकान का जीवन बढ़ जाता है। सुपरक्रिटिकल CO₂ निष्कर्षण या किसी चक्रीय उच्च दबाव CO₂ सेवा के लिए, उच्च {{17}शुद्धता ग्रेड 2 टाइटेनियम निर्दिष्ट करें। ग्रेड 7 और ग्रेड 12 लाभप्रद नहीं हैं; उनमें अधिक मिश्रधातु तत्व होते हैं और वे ख़राब प्रदर्शन करते हैं। शुद्ध टाइटेनियम (99.7%+) जीतता है। CO₂ में शुद्धता मायने रखती है। जितना कम समावेशन होगा, जीवन उतना ही लंबा होगा। उच्च शुद्धता ग्रेड 2 निर्दिष्ट करें। आपका हीटर आपको धन्यवाद देगा। CO₂ सुपरक्रिटिकल हो सकता है, लेकिन आपका कोर अतिशुद्ध होना चाहिए। यही रहस्य है.
