1. Izmēru precizitāte. Kādas ir specifiskās ražošanas pielaides, kas nepieciešamas Hastelloy C kapilāru caurulēm analītiskajos instrumentos, un kāpēc tās ir stingrākas nekā standarta caurulēm?
J: Mēs iegūstam rezerves kapilāru caurules gāzu hromatogrāfam, kas darbojas ar augstu spiedienu. Šķiet, ka standarta hidrauliskajām caurulēm ID ir pārāk daudz. Kāds ASTM vai nozares standarts nosaka Hastelloy C kapilāro cauruļu izmērus un kādas pielaides mums vajadzētu norādīt?
A. Analītiskajiem instrumentiem, piemēram, gāzu hromatogrāfijai (GC) vai augstas veiktspējas šķidruma hromatogrāfijai (HPLC), kapilārā caurule darbojas kā atdalīšanas kolonna vai pārvades līnija. Šeit izmēru precizitāte nav tikai priekšroka,{2}}tā ir arī iekārtas precizitātes funkcija.
Pārvaldošie standarti:
Lai gan ASTM B622 ir standarts bezšuvju niķeļa sakausējuma caurulēm un caurulēm, tas bieži ir pārāk plats kapilāriem lietojumiem. Attiecībā uz kritiskiem instrumentiem ražotāji parasti ievēro stingrākas, patentētas specifikācijas, kas atbilst instrumentu nozares prasībām. Tomēr tuvākie nozares etaloni bieži tiek iegūti no medicīnisko vai mazo -precīzo cauruļu standartiem ar modifikācijām, lai nodrošinātu izturību pret koroziju.
Kritiskās pielaides:
Jums jānorāda tālāk norādītā informācija.
Iekšējā diametra (ID) kontrole: hromatogrāfijā aiztures laiks un atdalīšanas efektivitāte ir tieši proporcionāla ID. Tikai 0,001 collu novirze var mainīt plūsmas ātrumu par izmērāmu procentu.
Standarta hidrauliskās caurules:Parasti piedāvā ID pielaidi no ±0,002" līdz ±0,003".
Kapilārā pakāpe:ID ir jānorāda ±0,0005 collas (pustūkstošdaļa collas). Tas nodrošina nemainīgu nesējgāzes vai šķīdinātāja pretspiedienu un lineāro ātrumu.
Koncentriskums (sienas variācijas): ja mainās sienas biezums (urbums atrodas ārpus-centra), sildīšanas laikā caurulē būs karsti un auksti punkti vai lieces laikā lielas slodzes vietas. Hastelloy C kapilāram ir nepieciešama 90–95% koncentriskums (tas nozīmē, ka sienas biezuma izmaiņas ir mazākas par 10%).
Virsmas apdare: iekšējai virsmai jābūt gludai. Nelīdzenums (Ra) jānorāda ne vairāk kā no 0,2 līdz 0,4 mikrometriem. Nelīdzenas virsmas rada turbulentu plūsmu un aktīvās vietas analīta adsorbcijai, kas sabojā hromatogrāfiskās pīķa formu.
Kāpēc Hastelloy?
Šajā pielietojumā Hastelloy C izvēli parasti nosaka ķīmiskā inerce. Ja parauga plūsmā ir kodīgas sastāvdaļas (piemēram, sēra savienojumi vai halogēni), standarta nerūsējošā tērauda kapilārs sabojājas, izraisot raupjas virsmas pasliktināšanos un daļiņas bloķējot sistēmu.
2. Bloķēšanas novēršana: kā Hastelloy C virsmas spraigums un mitrināšanas izturēšanās ietekmē tā veiktspēju mikrofluidiskās ķīmiskās injekcijas laikā?
J. Mēs izmantojam Hastelloy C kapilārās caurules, lai ievadītu korozīvu katalizatoru mikro{0}}kanālu reaktorā. Mēs novērojam nekonsekventu pilienu veidošanos galos. Vai materiāla virsmas enerģijai ir nozīme, un vai mēs varam to mainīt?
A: Pilnīgi noteikti. Mikrofluidikas un precīzās injekcijas jomā mijiedarbību starp šķidrumu un kapilāra sieniņu (mitrināšanu) regulē materiāla virsmas brīvā enerģija.
Hastello faktors:
Hastelloy C-276, tāpat kā lielākajai daļai niķeļa-hroma-molibdēna sakausējumu, ir salīdzinoši augsta virsmas enerģija, un tas tiek uzskatīts par hidrofilu (ūdeni pievilcīgu) ūdens šķīdumiem, taču tas uzvedas atšķirīgi ar organiskajiem šķīdinātājiem. Tā dabiskais oksīda slānis (bagāts ar hromu un molibdēnu) rada specifisku virsmas ķīmiju, kas ietekmē šķidruma saskares leņķi.
Ja novērojat nekonsekventu pilienu veidošanos (piemēram, pilēšana, nevis strūkla, vai šķidrums rāpo atpakaļ pa caurules ārējo diametru), iespējams, ka šķidrums pārāk labi samitrina metālu (augsta virsmas saķere), nevis tīri izplūst.
Seku mazināšanas stratēģijas:
Pasivēšana: pārliecinieties, ka caurule ir pareizi pasivēta (piemēram, ar slāpekļskābi). Tas nodrošina vienmērīgu, stehiometrisku oksīda slāni. Nekonsekvents oksīda slānis rada "karstos punktus" ar dažādu virsmas enerģiju gar galu, izraisot neregulāru izdalīšanos.
Virsmas pārklājumi (deaktivizēšana): analītiskajā ķīmijā to sauc par "kolonnu deaktivizēšanu". Hastelloy kapilāra iekšējās un ārējās virsmas var apstrādāt ar silanizējošiem līdzekļiem vai patentētiem polimēru pārklājumiem.
Rezultāts:Tas samazina virsmas enerģiju, padarot cauruli hidrofobu/inertu. Šķidruma lodītes galotnē veidojas vienmērīgāk, tādējādi veidojot precīzu, atkārtojamu pilienu veidošanos.
Mehāniskā uzgaļa stāvoklis: izgriezums vai mikro{0}}plaisa nogrieztajā galā darbojas kā šķidruma fizisks enkurs (kapilāra darbība). Pārliecinieties, vai caurule ir nogriezta ar precīzu abrazīvu griešanas riteni un pārbaudīta ar palielinājumu. Nevainojami kvadrātveida,-bez malas seja ir ļoti svarīga.
3. Spiediena novērtējums: vai maza diametra Hastelloy C kapilārā caurule var izturēt virskritiskās šķidruma ekstrakcijas (SFE) pārraušanas spiediena prasības?
J: Mēs izstrādājam superkritisku CO2 ekstrakcijas sistēmu, kas darbojas ar 10 000 psi un 100 grādiem. Mēs vēlamies izmantot 1/16 collu OD Hastelloy C kapilāro cauruli ar 0,020 collu ID aizmugures spiediena regulatora līnijai. Kā mēs aprēķinām, vai šī īpaši{10}}plānās sienas daļa ir droša?
A: Šis ir klasisks aprēķins ar biezu{0}}sienu un plānu{2}}sienu spiedtvertni. Pie 10 000 psi (688 Bar) jūs nonākat ārkārtēja spiediena zonā, un kapilāro cauruļu mazā ģeometrija prasa rūpīgu analīzi, izmantojot Lame teoriju, nevis vienkāršo Bārlova formulu, ko izmanto lielām caurulēm.
Analizēsim jūsu norādītos izmērus:
Ārējais diametrs (OD): 0,0625 collas (1/16 collas)
Iekšējais diametrs (ID): 0,020 collas
Sienas biezums: (0.0625 - 0.020) / 2=0.02125"
Aprēķins:
Mēs izmantojam formulu biezu{0}}sienu cilindriem, lai noteiktu pārraušanas spiedienu, pamatojoties uz Hastelloy C-276 stiepes izturību (aptuveni 100 000 psi minimums).
Izmantojot Lame formulu (vienkāršota):
P=S(OD2-ID2)OD2+ID2P=OD2+ID2S(OD2-ID2)Kur S ir stiepes spēks.
Tomēr projektēšanai mēs izmantojam tecēšanas robežu (aptuveni 41 000 psi C-276 istabas temperatūrā, samazināts par 100 grādiem līdz aptuveni 35 000 psi).
Pielietojot tecēšanas robežu ar drošības koeficientu 4: aprēķinātais pieļaujamais darba spiediens šai ģeometrijai parasti ir diapazonā no 12,000 - 15,000 psi.
Svarīgi apsvērumi attiecībā uz SFE:
Samazinājums: pie 100 grādiem tecēšanas robeža nedaudz samazinās, bet Hastelloy C saglabā izturību labāk nekā 316L. Jums jāizmanto 100 grādu ienesīguma vērtība.
Iekšējais atbalsts: pie šiem spiedieniem kapilārs darbojas kā spiediena tvertne. Mazais ID (0,020 collas) patiesībā ir ieguvums-kopējais spēks uz sienu ir mazāks nekā lielākā caurulē, neskatoties uz plāno sienu.
Nogurums: SFE sistēmas bieži pārvietojas starp superkritiskajiem un gāzveida stāvokļiem. Lai gan jūsu statiskais aprēķins var būt spēkā, cikliskais spiediens var izraisīt nogurumu. Hastelloy C ir lieliska noguruma pretestība, taču pārliecinieties, ka veidgabali (uzgaļi) satver cauruli, nedarbojoties kā sprieguma pacēlājs (iegriezums).
Spriedums: 0,0625" OD ar 0,020" ID ir izplatīts "smagās sienas" kapilāra izmērs šiem spiedieniem. Visticamāk, tas ir pieņemams, taču pilnīgs inženiertehniskais pārskats saskaņā ar ASME VIII sadaļu vai attiecīgo spiediena iekārtu direktīvu ir obligāts.
4. Jutība pret hlorīdu: kāpēc jūrā esošajām paraugu ņemšanas sistēmām mēs norādām Hastelloy C kapilārās caurules, nevis 316 l, pat ja paraugs ir it kā “sausa” gāze?
J: Mūsu ārzonas platformas paraugu ņemšanas paneļos mēs izmantojām 316 l nerūsējošā tērauda kapilārās caurules dabasgāzes paraugu ņemšanai. Mēs pārejam uz Hastelloy C. Gāze ir dehidrēta, kāpēc tad jauninājums? Vai tiešām 316L ir apdraudēts?
A: Pāreja no 316L uz Hastelloy C jūrā izmantotās paraugu ņemšanas sistēmās, pat "sausai" gāzei, ir mācību gadījums, kad reālie apstākļi ir svarīgāki par projektēšanas nosacījumiem.
Atteices mehānisms: "zem-izolācijas korozijas" mikro mērogā:
Kamēr lielākā gāze ir sausa, piekrastes vide ir mitra un{0}}piesātināta ar sāli. Lūk, kas notiek ar 316L kapilāro cauruli paraugu ņemšanas panelī:
Temperatūras gradients: parauga caurulē bieži ir silta gāze (kompresora izlāde). Kapilāro cauruli pakļauj apkārtējam gaisam (kas ir vēss un mitrs).
Rasas punkts: 316L kapilārās caurules ārējā virsma nokrītas zem jūras gaisa rasas punkta. Uz caurules veidojas plāna kondensāta kārtiņa.
Hlorīda koncentrācija: Tā kā caurule ir maza un bieži vien saišķī, šis mitrums nav viegli nomazgājams. Tas atrodas uz virsmas. Ūdenim iztvaikojot, hlorīdi no jūras miglas koncentrējas uz caurules virsmas.
SCC kļūme: 316L ir nepieciešamas trīs lietas, lai saplaisātu: stiepes spriegums (no kapilāra saliekšanas vietā), temperatūra (pat apkārtējā vidē pietiek ar augstu hlorīdu līmeni) un hlorīdi. Tas noved pie hlorīda stresa korozijas plaisāšanas (CSCC). Plaisa sākas uzārpusēno caurules un aug uz iekšu, galu galā izlaižot ogļūdeņraža paraugu atmosfērā.
Kāpēc Hastelloy C to atrisina:
Hastelloy C-276 ir praktiski imūna pret hlorīda sprieguma korozijas plaisāšanu. Augstais niķeļa un molibdēna saturs stabilizē materiālu pret šo mehānismu. Pat ja caurules ārpusi pastāvīgi mitrina sāls aerosols, tā necietīs no SCC. Gadu desmitiem tas var mainīt krāsu vai uz virsmas var būt bedrītes, taču tajā neveidosies transgranulāras vai starpkristālu plaisas, kas izraisītu katastrofālu bojājumu.
Paraugu ņemšanas sistēmās noplūdes integritāte ir vissvarīgākā gan drošības, gan vides atbilstības nodrošināšanai. Hastelloy C nodrošina apdrošināšanas polisi pret neparedzamu mikro{1}vidi pārpildītā analizatoru novietnē vai panelī.
5. Ķīmiskā saderība. Kāda ķīmiskā reakcija slapja hlora vai dzelzs hlorīdu klātbūtnē izraisa standarta nerūsējošā tērauda kapilāru cauruļu tūlītēju atteici, un kā Hastelloy C tam pretojas?
J: Mēs izmantojam kapilārās caurules, lai ņemtu paraugus no balinātāja rūpnīcas filtrāta celulozes rūpnīcā. Šķīdums satur mitru hlora dioksīdu un dzelzs hlorīda . 316L kapilārus izšķīst dienās. Kāds ir elektroķīmiskais process, kas iznīcina 316L, un kā Hastelloy C-276 izdzīvo?
A: Ātrā iznīcināšana, ko redzat, nav vispārēja korozija; tā ir agresīva lokalizēta uzbrukuma forma, ko virza oksidējoša skābes hlorīda vide.
Ķīmiskais mehānisms (kāpēc 316L neizdodas):
Šķīdumā, kas satur dzelzs hlorīdu (FeCl3) un hlora dioksīdu (ClO2), jums ir ļoti oksidējoša, zema -pH vide, kas bagāta ar hlorīdiem.
Oksidēšanas spēks: Fe+3 joni un ClO2 ir spēcīgi oksidētāji. Viņiem ir augsts "redox potenciāls". Šis potenciāls ir pietiekami spēcīgs, lai izvilktu elektronus no pasīvā hroma oksīda slāņa uz 316L.
Pasīvā slāņa sadalīšana: Tā vietā, lai aizsargātu tēraudu, oksidēšanas apstākļi faktiski pārvērš aizsargājošo hroma oksīdu šķīstošos hromāta jonos (CrO4-2). Pasīvais slānis burtiski izšķīst.
Paātrināts uzbrukums: kad pasīvais slānis ir pazudis, tiek atklāts tukšais nerūsējošais tērauds. Hlorīdi veido metālu hlorīda sāļus (FeCl2, NiCl2). Šie sāļi hidrolizējas ar ūdeni, lokāli veidojot sālsskābi (HCl), vēl vairāk pazeminot pH un paātrinot šķīšanu. Tas rada dziļas, kavernozas bedres, kas gandrīz acumirklī iekļūst tievā kapilāra sieniņā.
Hastelloy C aizsardzība:
Hastelloy C-276 izdzīvo augstā molibdēna (Mo) un volframa (W) satura un niķeļa bāzes dēļ.
Molibdēna iedarbība: Molibdēns ir ļoti svarīgs, lai izturētu reducējošās skābes, bet kombinācijā ar hromu tas palīdz stabilizēt pasīvo plēvi oksidējošā hlorīda vidē. Tas novērš nerūsējošā tērauda oksīda slāņa ātru pārveidi.
Niķeļa matrica: augstais niķeļa saturs ļauj sakausējumam izturēt ievērojamu daudzumu dzelzs un vara jonu (piemēram, dzelzs hlorīdus) šķīdumā, neciešot no paātrināta uzbrukuma.
Izturība pret punktēšanu: C-276 PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) ir aptuveni divas reizes lielāks nekā 316L. Balinātāja vidē tas nozīmē spēju izturēt augsto elektroķīmisko potenciālu, neizraisot bedres. Kapilārā caurule paliek neskarta, jo pasīvā plēve, noslogota, neplīst.
Hlorīda oksidēšanas pakalpojumiem Hastelloy C sastāvā esošais molibdēns darbojas kā "stabilizators" pret elektroķīmiskiem spēkiem, kas sadala mazākā sakausējuma aizsardzību.
