سائکلک ہائی پریشر CO₂ (50–100 بار، 100 ڈگری) کے تحت، گریڈ 2 ٹائٹینیم کور والا پی ایف اے ہیٹر (اعلی طہارت، 0.3% زیادہ سے زیادہ Fe، 0.25% زیادہ سے زیادہ O) کم-گریڈ ٹائٹینیم کے ساتھ ایک سے 3–5× لمبا رہتا ہے، جس میں تمام گریڈ ٹائٹینیم، گریڈ 2 یا 7 عناصر ہوتے ہیں۔ کم خالص ماخذ سے گریڈ 2)۔ ناکامی کا موڈ ٹائٹینیم کا سنکنرن نہیں ہے (ٹائٹینیم CO₂ کے خلاف انتہائی مزاحم ہے)، لیکن CO₂ میں نمی کو ٹریس کرنے سے ہائیڈروجن کی خرابی ہے۔ لوئر-گریڈ ٹائٹینیم میں زیادہ آئرن اور دیگر انٹرمیٹالک انکلوژنز ہوتے ہیں جو ہائیڈرائیڈ کی تشکیل کے لیے نیوکلیشن سائٹس کے طور پر کام کرتے ہیں۔ گریڈ 2 ہائی-پیوریٹی ٹائٹینیم (ASTM B348, 99.7% Ti) میں کم شمولیتیں ہیں، جس سے ہائیڈرائیڈ کی بارش کم ہوتی ہے۔ چکراتی دباؤ کے تحت، ہائیڈرائیڈز تھکاوٹ کی وجہ سے کور میں ٹوٹ پھوٹ کا باعث بنتے ہیں، جو پھر PFA میان کو توڑ دیتی ہے۔ ہائی-پریشر CO₂ سروس (مثال کے طور پر، سپر کریٹیکل CO₂ نکالنے) کے لیے، گریڈ 2 کا ٹائٹینیم بتائیں جس میں زیادہ سے زیادہ لوہے کی مقدار 0.2% اور آکسیجن کی مقدار 0.20–0.25% ہے (اضافی نہیں-کم آکسیجن، جو کہ کمزور ہے)۔ گریڈ 7 (Pd-ملاوٹ) کی سفارش نہیں کی جاتی ہے۔ اس میں آئرن کی مقدار زیادہ ہوتی ہے اور یہ galvanic اثرات کا شکار ہو سکتا ہے۔
ہائی پریشر CO₂ کے لیے ٹائٹینیم گریڈ کا موازنہ
| گریڈ | کمپوزیشن | Fe زیادہ سے زیادہ (%) | O (%) | ہائیڈرائڈ حساسیت | CO₂ میں تھکاوٹ کی زندگی 100 بار، 100 ڈگری پر (کریک کرنے کے چکر) | مناسبیت |
|---|---|---|---|---|---|---|
| گریڈ 2 (معیاری) | Ti (99.5% منٹ) | 0.30 | 0.25 | اعتدال پسند | 50,000–100,000 | اچھا |
| گریڈ 2 (اعلی-پاکیزگی) | Ti (99.7% منٹ) | 0.15 | 0.22 | کم | 200,000–400,000 | بہترین |
| گریڈ 7 (Ti + 0.15% Pd) | ٹی آئی، پی ڈی | 0.30 | 0.25 | اعلی (Pd شمولیت) | 20,000–50,000 | غریب |
| گریڈ 12 (Ti + 0.3% Mo, 0.8% Ni) | ٹی، مو، نی | 0.30 | 0.25 | اعلی (Ni شمولیت) | 10,000–30,000 | غریب |
| گریڈ 1 (اضافی کم آکسیجن) | تی | 0.20 | 0.18 | بہت کم لیکن کمزور | 50,000–100,000 | قابل قبول لیکن کمزور |
| Incoloy 825 | Ni, Cr, Mo | N/A | N/A | قابل اطلاق نہیں۔ | 5,000-10,000 (سنکنرن) | ناقص (CO₂ میں corrodes) |
ہائیڈرائڈ ایمبرٹلمنٹ میکانزم
ہائی پریشر CO₂ میں، نمی (100–500 ppm) CO₂ کے ساتھ رد عمل ظاہر کر کے کاربونک ایسڈ (H₂CO₃) بناتی ہے۔ ٹائٹینیم کی سطح پر، H₂CO₃ H⁺ سے الگ ہو جاتا ہے، جو ایٹم ہائیڈروجن میں کم ہو جاتا ہے۔ ہائیڈروجن ٹائٹینیم جالی میں پھیل جاتی ہے۔ نچلے-گریڈ ٹائٹینیم میں، آئرن- سے بھرپور شمولیت (FeTi، Fe₂Ti) ہائیڈروجن ٹریپس کے طور پر کام کرتی ہے، جس سے ٹائٹینیم ہائیڈرائڈ (TiH₂) بنتا ہے۔ ہائیڈرائڈز ٹوٹنے والی ہوتی ہیں اور پھیلتی ہیں (حجم میں 17٪ اضافہ)، جو مائیکرو کریکس کا باعث بنتے ہیں۔ چکراتی دباؤ (تھکاوٹ) کے تحت، یہ مائیکرو کریکس بڑھتے ہیں، جس کی وجہ سے کور فریکچر ہوتا ہے۔ اعلی-پاکیزگی گریڈ 2 میں لوہے کی شمولیت کم ہے، اس لیے ہائیڈرائیڈ نیوکلیشن سائٹس کم ہیں۔ تھکاوٹ کی زندگی 3–5× لمبی ہے۔
ٹیسٹ ڈیٹا: 100 بار CO₂، 100 ڈگری، 10,000 سائیکل
| ٹائٹینیم گریڈ | لوہے کا مواد (ppm) | ہائیڈروجن جذب (10,000 سائیکلوں کے بعد پی پی ایم) | ہائیڈرائڈ فارمیشن (رقبہ %) | 10,000 چکروں کے بعد کور کریکس | باقی طاقت (%) |
|---|---|---|---|---|---|
| گریڈ 2 (اعلی-پاکیزگی) | 800 | 150 | <0.1% | کوئی نہیں۔ | 98% |
| گریڈ 2 (معیاری) | 2,500 | 250 | 0.5% | مائیکرو کریکس | 85% |
| گریڈ 7 | 3,000 (پلس Pd) | 300 | 1.0% | دراڑیں | 70% |
| گریڈ 12 | 2,800 (جمع Ni) | 400 | 1.5% | متعدد دراڑیں۔ | 60% |
فیلڈ کی مثال
ایک سپرکریٹیکل CO₂ نکالنے والا پلانٹ گریڈ 7 ٹائٹینیم کور (سنکنرن مزاحمت کے لیے) کے ساتھ PFA ہیٹر استعمال کرتا ہے۔ ہیٹر 18 ماہ کے بعد ناکام ہو گئے (کور کریکنگ)۔ پلانٹ اعلی-پاکیزگی گریڈ 2 ٹائٹینیم (Fe<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.
ہائیڈرائڈ کی تشکیل کا پتہ لگانا
الٹراسونک معائنہ: ہائیڈرائڈز بڑھے ہوئے بیک سکیٹر کے طور پر ظاہر ہوتے ہیں (A- اسکین پر دکھائی دیتے ہیں)۔ میدان میں آسان نہیں۔
EDX (انرجی-منتشر ایکس-رے): ناکام کور پر، ہائیڈرائڈ علاقوں میں ہائیڈروجن کا مواد زیادہ ہوتا ہے (بالواسطہ طریقوں سے پتہ چلا)۔
بصری: ہائیڈرائڈز ایک مدھم، سرمئی سطح کا سبب بنتے ہیں (ٹائٹینیم عام طور پر چمکدار ہوتا ہے)۔ قابل اعتبار نہیں۔
ہائی پریشر CO₂ کے لیے ڈیزائن کی سفارشات
| پیرامیٹر | سفارش | عقلیت |
|---|---|---|
| ٹائٹینیم گریڈ | اعلی-پاکیزگی گریڈ 2 (ASTM B348، Fe اس سے کم یا اس کے برابر 0.15%، O 0.20–0.25%) | ہائیڈرائڈ نیوکلیشن کو کم سے کم کرتا ہے۔ |
| سطح ختم | 0.4 µm سے کم یا اس کے برابر Ra پر پالش | تناؤ بڑھنے والوں کو کم کرتا ہے۔ |
| پی ایف اے دیوار کی موٹائی | 1.5–2.0 ملی میٹر | کیمیائی مزاحمت کے لیے کافی ہے۔ |
| کور قطر | 6 ملی میٹر سے زیادہ یا اس کے برابر (بغیر ناکامی کے دباؤ کو برداشت کرنے کے لیے) | مکینیکل طاقت |
| آپریٹنگ درجہ حرارت | 150 ڈگری سے کم یا اس کے برابر (ٹائٹینیم 200 ڈگری سے اوپر آکسائڈائز کرتا ہے) | پیمانہ لگانے سے گریز کریں۔ |
نتیجہ: ہائی-پیوریٹی گریڈ 2 ٹائٹینیم سائیکلک ہائی-پریشر CO₂ میں نچلے درجات سے بہتر کارکردگی کا مظاہرہ کرتا ہے
سائکلک ہائی-پریشر CO₂ سروس (50–100 بار، 100 ڈگری) میں، اعلی-پیوریٹی گریڈ 2 ٹائٹینیم کور (Fe اس سے کم یا اس کے برابر 0.15%) والا PFA ہیٹر معیاری گریڈ 2 یا گریڈ 7 ٹائٹینیم کے ساتھ ایک سے 3–5× لمبا رہتا ہے۔ ناکامی کا طریقہ کار CO₂ میں نمی کو ٹریس کرنے سے ہائیڈرائڈ کی دھندلاہٹ ہے، جو آئرن-کی بھرپور شمولیت پر نیوکلیٹیڈ ہوتا ہے۔ اعلی-پاکیزہ ٹائٹینیم میں کم شمولیت ہوتی ہے، اس لیے کم ہائیڈرائڈز بنتے ہیں، اور تھکاوٹ کی زندگی بڑھ جاتی ہے۔ سپرکریٹیکل CO₂ نکالنے یا کسی بھی سائیکل ہائی-پریشر CO₂ سروس کے لیے، ہائی-پوریٹی گریڈ 2 ٹائٹینیم کی وضاحت کریں۔ گریڈ 7 اور گریڈ 12 فائدہ مند نہیں ہیں۔ ان میں زیادہ ملاوٹ کرنے والے عناصر ہوتے ہیں اور وہ بدتر کارکردگی کا مظاہرہ کرتے ہیں۔ خالص ٹائٹینیم (99.7%+) جیتتا ہے۔ CO₂ میں، پاکیزگی اہمیت رکھتی ہے۔ جتنی کم شمولیتیں اتنی ہی لمبی زندگی۔ اعلی-پاکیزگی گریڈ 2 کی وضاحت کریں۔ آپ کا ہیٹر آپ کا شکریہ ادا کرے گا۔ CO₂ سپر کرٹیکل ہو سکتا ہے، لیکن آپ کا کور انتہائی-خالص ہونا چاہیے۔ یہی راز ہے۔
