شیر توپی تیتانیوم با ورودی از بالا

چرا شیرهای توپی تیتانیومی در جایی که استیل خورده میشود و فولاد زنگ میزند، برنده میشوند

مقاومت تیتانیوم در برابر خوردگی از چیزی به طرز فریبنده‌ای ساده ناشی می‌شود: یک لایه اکسید ۱۰ نانومتری که خود به خود در هر محیط حاوی اکسیژن تشکیل می‌شود. این لایه در صورت آسیب دیدن، فوراً بازسازی می‌شود. اگر یک نشیمنگاه شیر توپی تیتانیومی را خراش دهید - سطح آن در عرض چند میلی‌ثانیه دوباره غیرفعال می‌شود. اگر یک نشیمنگاه استیل را در همان جریان فرآیند غنی از کلرید خراش دهید، خراش در عرض چند ساعت به یک گودال تبدیل می‌شود.

به همین دلیل است که شیرهای توپی تیتانیومی در سرویس کلر مرطوب غالب هستند. کارخانههای تولید کلر، تولید سفیدکننده، خطوط هیپوکلریت سدیم — این محیطها از روز اول 316L را فراتر از آستانه حفرهدار شدن میبرند. تیتانیوم گرید 2 برای دههها کار میکند. لایه اکسیدی در شرایط کلریدی اکسیدکننده که هر فلز مهندسی رایج دیگری را از بین میبرد، پایدار است.

در کارخانههای نمکزدایی، داستان مشابه است اما اقتصاد تغییر میکند. فولاد ضدزنگ با کارایی بالا (254SMO، 904L) میتواند آب دریا را تحمل کند — اما تیتانیوم مزیت وزنی به شما میدهد که در سکوهای فراساحلی اهمیت دارد، جایی که هر کیلوگرم موجودی شیر بر بار سازهای تأثیر میگذارد. یک شیر توپی تیتانیومی گرید 2 با سایز 6 اینچ تقریباً نصف وزن معادل 254SMO وزن دارد. در یک سیستم تولید شناور، این صرفهجویی در صدها شیر جمع میشود.

گرید 7 (Ti + پالادیوم) سلاح مخفی برای محیطهای اسید احیاکننده است که حتی گرید 2 در آنها مشکل دارد. افزودن 0.2٪ پالادیوم پتانسیل خوردگی را تغییر میدهد و به فیلم اکسیدی اجازه میدهد در شرایط احیاکننده پایداری خود را حفظ کند. هزینه آن بیشتر از گرید 2 است — اما در جریانهای اسیدی مخلوط اکسیدکننده/احیاکننده، از خوردگی شکافی که تیتانیوم استاندارد در حفرههای راکد ایجاد میکند، جلوگیری میکند.

معایبی که مهندسان را به تردید درباره تیتانیوم میاندازد

گیر کردن (Galling). سطوح لغزنده تیتانیوم-روی-تیتانیوم بهطور فاجعهباری گیر میکنند. نشیمنگاههای شیر توپی که هم توپ و هم نشیمنگاه از تیتانیوم باشند، تحت بار قفل میشوند مگر اینکه این مشکل را حل کنید. راهحل صنعت: پوشش سخت روی توپ (اکسید کروم یا روکش کاربید تنگستن) یا استفاده از ماده نشیمنگاه غیرمشابه (PTFE یا PEEK تقویتشده). اگر تأمینکننده شیر شما یک شیر توپی "تمامتیتانیومی" بدون مشخص کردن عملیات سطحی روی سطوح نشیمنگاه报价 کند، قبل از سفارش سؤال بپرسید.

آسیبپذیری در برابر فلوراید. فیلم اکسیدی تیتانیوم در محیطهای حاوی فلوراید حل میشود. اسید هیدروفلوریک واضح است — اما منابع کمتر واضح نیز وجود دارد: آثار فلوراید در آب خنککننده (برخی منابع شهری 1–2 ppm دارند)، فلوراید در برخی جریانهای فرآوری فسفات. اگر فلوراید در هر غلظت معناداری وجود داشته باشد، تیتانیوم خورده میشود. هاستلوی C276 فلوراید را تحمل میکند؛ تیتانیوم تحمل نمیکند. این یک تمایز دودویی است — هیچ حد وسطی وجود ندارد.

شکنندگی هیدروژنی در دمای بالا. بالای 300 درجه سانتیگراد در محیطهای احیاکننده، تیتانیوم هیدروژن جذب میکند که باعث شکنندگی میشود. در آب دریای معمولی و سرویس اسید اکسیدکننده این نگرانی وجود ندارد، اما در جریانهای گاز داغ احیاکننده (سرویس هیدروژن پالایشگاه، گاز سنتز) این یک مکانیزم شکست واقعی است.

هزینه و در دسترس بودن. تیتانیوم درجه ۲ ارزان نیست - تقریباً ۳ تا ۴ برابر قیمت فولاد ضد زنگ برای مواد اولیه. بدنه شیرآلات تیتانیومی ریخته‌گری شده در سراسر جهان گزینه‌های تأمین‌کننده محدودی دارند. اکثر شیرآلات تیتانیومی از نوع آهنگری شده هستند. زمان تحویل برای شیرآلات توپی تیتانیومی آهنگری شده در اندازه‌های غیرمعمول ۱۲ تا ۱۶ هفته است.

نجابت گالوانیکی. تیتانیوم در انتهای نجیب سری گالوانیکی قرار دارد. اگر آن را به فلنجهای فولادی، مسی یا آلومینیومی بدون عایق متصل کنید، آن فلزات کمتر نجیب بهطور تهاجمی در محل اتصال خورده میشوند. هر اتصال فلنج تیتانیوم-به-فولاد نیاز به یک کیت عایق کامل دارد، یا در حال ایجاد یک سلول خوردگی موضعی هستید که به لولهکشی حمله میکند، نه به شیر.

چگونه شیرهای توپی تیتانیومی را بدون سوختن مشخص کنید

برای سرویس آب دریای فراساحلی: گرید 2، نشیمنگاه PTFE، کلاس 300، سایزهای 2"–10". توپ با پوشش سخت (روکش Cr2O3). کیتهای عایق در هر اتصال فلنج فولادی. این فرمول اثباتشده است.

برای تولید کلر/سفیدکننده مرطوب: درجه ۲، دارای نشیمنگاه فلزی با پوشش کاربید تنگستن روی گوی، نشیمنگاه PTFE تقویت‌شده. محیط کلر در دماهای معمول تولید سفیدکننده به PTFE حمله نمی‌کند و گوی پوشش‌دار خطر سایش را از بین می‌برد.

برای سرویس اسید مخلوط که شرایط احیاکننده ظاهر میشود: گرید 7 (تقویتشده با Pd). هزینه پالادیوم تقریباً 30٪ به قیمت شیر اضافه میکند، اما این تنها راه جلوگیری از خوردگی شکافی در حفرههای اسید راکد است. سعی نکنید با استفاده از گرید 2 در اینجا پول پسانداز کنید — شیر را در 18 ماه تعویض خواهید کرد.

پاسخ: گرید 2 اسید سولفوریک رقیق (زیر 5٪ غلظت) را در دماهای متوسط تحمل میکند. اسید سولفوریک غلیظ به تیتانیوم حمله میکند. گرید 7 محدوده را تا حدودی گسترش میدهد اما همچنان انتخاب درستی برای اسید سولفوریک غلیظ نیست. برای آن سرویس از هاستلوی B2 یا C276 استفاده کنید.

الف) گرید ۵ تقریباً دو برابر گرید ۲ استحکام کششی می‌دهد - برای سرویس فشار بالای کلاس ۶۰۰+ یا جایی که انتظار شوک مکانیکی می‌رود، مفید است. اما گرید ۵ در برخی محیط‌ها مقاومت خوردگی کمی پایین‌تری نسبت به گرید ۲ دارد، زیرا افزودنی‌های آلومینیوم و وانادیوم رفتار لایه اکسید را تغییر می‌دهند. اکثر مشخصات مربوط به خوردگی با گرید ۲ مطابقت دارند.