MX2011010310A - Miembro resistente a la corrosion y metodo para producirlo. - Google Patents

Abstract

Se divulga un miembro resistente a la corrosión en el cual una película de recubrimiento de óxido complejo de titanio para reducir la corrosión se forma sobre la superficie de un material constituyente. La película de recubrimiento de óxido complejo de titanio se representa por la siguiente fórmula molecular: MTiO3, en donde M representa un elemento de transición. El miembro resistente a la corrosión se produce mediante un proceso en donde el óxido de titanio se adhiere a la superficie del material constituyente, y luego o simultáneamente, el material constituyente se somete a un tratamiento de alta temperatura en la presencia de iones del elemento de transición.

Description

MIEMBRO RESISTENTE A LA CORROSIÓN Y MÉTODO PARA PRODUCIRLO Campo Técnico La presente invención se relaciona a un miembro resistente a la corrosión para proteger, por ejemplo, un material que constituye una estructura de una planta y también se relaciona a un método para fabricarlo.

Técnica Antecedente En una tecnología convencional, se ha proporcionado un problema para suprimir la corrosión acelerada por flujo tal como una elución de iones desde y la corrosión en un metal que es un material estructural, en varias plantas tal como una planta de energía térmica, una planta de energía nuclear y una planta química, que tiene una caldera, un generador de vapor y los similares, y que usa agua de alta temperatura de 80°C o más alta y 800°C o más baja. La elución de iones de metal es un fenómeno representativo que ocurre en el agua de alta temperatura, que proporciona problemas, por ejemplo, la causa de varias influencias en la operación, y el incremento en la frecuencia de mantenimiento de la planta debido a la corrosión de un tubo y otros miembros que incluyen el material estructural.

Además, el ión de metal eluido se adhiere y se deposita sobre una superficie del tubo en un sistema, o un sitio de alta temperatura o un sitio con el cual el agua de alta temperatura entra en contacto, en el generador de vapor y los similares, como un óxido, que puede dar por resultado una posibilidad de causar una vibración del equipo y la disminución de un coeficiente de transferencia de calor. La vibración bajo una condición de alta velocidad de flujo es un problema serio, y tiene una posibilidad de causar una cuarteadura o daño en el material estructural. Por otra parte, una tecnología reciente puede causar una posibilidad de disminuir en el espesor de un tubo de acero al carbono debido a un fenómeno de adelgazamiento de la pared en el tubo y ocurre un mal funcionamiento.

Como es mencionado en lo anterior, hay una posibilidad potencial de que los fenómenos de elución y corrosión y los similares del metal se acumulen gradualmente durante una operación de la planta en un periodo largo de tiempo y un mal funcionamiento ocurre repentinamente en alguna etapa. Además, hay una posibilidad de que una proporción de corrosión se incremente de acuerdo con una forma de una porción estructural u ocurre un fenómeno impredecible .

Por ejemplo, en un sistema de tubería en el cual se utilizan muchos orificios, válvulas y similares, hay una posibilidad de causar erosión-corrosión por un líquido que pasa a través del espacio interior a una velocidad alta. Por otra parte, en una porción reducida, tal como una porción de hendidura entre un tubo de transferencia de calor y una placa de soporte, hay una posibilidad de acumular impurezas en un estado altamente concentrado, y ocasionalmente formar agua concentrada que tiene fuerte acidez o fuerte alcalinidad de acuerdo con el balance de iones. Un fenómeno de cuarteadura por corrosión se confirma, el cual es causado por tal fenómeno y una elevación de un potencial eléctrico, debido al óxido que se adhiere a la superficie. Debido a estas razones, varias medidas incluyendo un control de calidad de agua se han implementado en varios sistemas de plantas.

Por ejemplo, en el sistema secundario de la planta de energía nuclear de agua presurizada, tales medidas se toman para controlar el pH al inyectar amoniaco e hidrazina, para disminuir la elución de hierro desde el interior del sistema y para prevenir la afluencia del hierro al generador de vapor (Documento de Patente 1, por ejemplo, descrito enseguida en la presente) .

Además, con el fin de eliminar la concentración de álcali en la porción de hendidura, varios controles de calidad de agua se han implementado en una planta actual, tal como un control de relación de Na/Cl, un control de concentración de ión cloruro para disminuir la influencia de un ión cloro en la corrosión, y un control de concentración de oxígeno disuelto (Documento de Patente 2, por ejemplo). En años recientes, también se adopta un método de control de calidad de agua al utilizar sustancias químicas mejoradas tales como etanolamina y morfolina.

Además de las medidas ya implementadas en una planta actual, tales como reducciones de la corrosión de tubos, la adhesión y deposición de un óxido, y la concentración de iones en la porción de hendidura como es descrito en lo anterior, varas tecnologías también se han propuesto como una proposición mejorada. Por ejemplo, para la mejora de las sustancias químicas que son inyectadas, se ha probado un método para usar un ácido orgánico tal como ácido tánico y ácido ascórbico como un depurador de oxígeno (Documento de Patente 3) .

Además, en ' cuanto al método de control de calidad de agua, también se ha propuesto un método de operación para controlar una relación molar de todos los cationes/SC (Documento de Patente 4), un método para introducir por lo menos uno de un compuesto de calcio y un compuesto de magnesio en el agua de alimentación a un generador de vapor para un reactor de modo que la concentración de iones llega a ser 0.4 a 0.8 ppb (Documento de Patente 5) .

Como se mencionó en lo anterior, las medidas para suprimir la elusión por corrosión por una técnica de control de calidad de agua y los similares que usa las sustancias químicas realmente son implementadas como una medida para prevenir la corrosión y elución de un material estructural de planta. Sin embargo, es necesario y se desea aumentar un factor de disponibilidad y de conflabilidad de la planta al proporcionar un miembro de una planta que pueda ser operado sin inyección del líquido químico, desde el punto de vista de costo de operación y operabilidad.

Documentos de la Técnica Previa Documentos de Patente Documento de Patente 1: Publicación Abierta al Público de Patente Japonesa No. 8-122491 Documento de Patente 2: Publicación Abierta al Público de Patente Japonesa No. 2000-310695 Documento de Patente 3: Patente Japonesa No. 2848672 Documento de Patente 4: Publicación Abierta al Público de Patente Japonesa No. 10-293194 Documento de Patente 5: Publicación Abierta al Público de Patente Japonesa No. 2004-12162 Descripción de la Invención Problemas que son resueltos por la invención Sin embargo, en el presente estado de la tecnología, muchas de varias plantas que utilizan agua de alta temperatura se operan en tal estado que un agente químico se inyecta para suprimir la corrosión acelerada por flujo, y por consiguiente, es requerido proponer una tecnología, mediante la cual la planta se pueda operar mientras que se suprime la corrosión y elución, sin inyectar el agente químico en la planta.

Por lo tanto, en consideración de las circunstancias encontradas en la técnica previa mencionadas en lo anterior, la presente invención se ideó y un objetivo de la misma es proporcionar un miembro estructural de planta que pueda suprimir la corrosión acelerada por flujo tal como la corrosión y elución sin inyectar algún agente químico en la planta y también proporcionar un método para fabricar tal miembro estructural de planta.

Medios para Resolver los Problemas Con el fin de lograr el objetivo descrito en lo anterior, la presente invención proporciona, en un aspecto, un miembro resistente a la corrosión que tiene una película de óxido de titanio compuesta que disminuye la corrosión y es representada por una fórmula molecular MT1O3 en la cual M es un elemento de transición, formada sobre una superficie de un material de construcción que entra en contacto con el agua de alta temperatura.

Además, el objetivo descrito en lo anterior de la presente invención se logra al proporcionar, en otro aspecto, un método para fabricar un miembro resistente a la corrosión que tiene una película de óxido de titanio compuesta para disminuir la corrosión formada sobre una superficie de un material de construcción, en donde la película de óxido de titanio compuesta es representada por una fórmula molecular MT1O3 en la cual M es un elemento de transición, y en donde el óxido de titanio se deposita preliminarmente sobre la superficie del material de construcción, y el óxido de titanio subsecuentemente o simultáneamente se somete al tratamiento de alta temperatura bajo la existencia de un ión del metal de transición M.

En una modalidad de la presente invención de los caracteres descritos en lo anterior, el agua de alta temperatura de preferencia puede estar a 80°C o más alta u 800°C o más baja.

Además, el material de construcción puede ser de preferencia un material seleccionado de acero, un material no de acero, un metal no ferroso y un metal soldado.

Además, el óxido de titanio compuesto puede ser un óxido de titanio compuesto de un grupo de ilmenita.

Además, el metal de transición M puede ser de preferencia un miembro seleccionado de Fe, Ni, V, Cr, Mn, Co, Cu, Zn, Mo, Ru, Pd y Rh .

Además, el espesor de la película de óxido de titanio compuesta puede ser de preferencia 0.1 a 50 µp?.

Efectos de la Invención De acuerdo con la presente invención de los caracteres y características mencionadas en lo anterior, se puede proporcionar un miembro estructural que tiene una película de óxido de titanio compuesta que es menos probable que se exfolie aún cuando se compara con T1O2 que físicamente se deposita sobre una superficie del material estructural de planta, debido a que se hace complejo y químicamente se une (se deposita) a la superficie, puede suprimir la corrosión acelerada por flujo que puede ocurrir en una porción en la cual está fluyendo un fluido de alta temperatura, y por consiguiente, puede suprimir la corrosión acelerada por flujo tal como la corrosión y elución sin inyectar el agente químico en si misma. La presente invención también puede proporcionar un método para fabricar tal miembro estructural. Breve Descripción de los Dibujos [Fig. 1] es una vista de sección longitudinal de un miembro resistente a la corrosión de acuerdo con la presente invención.

[Fig. 2] es un diagrama característico que representa un efecto de supresión de corrosión de una película de FeTi03.

[Fig. 3] es un diagrama de bloques (es decir, diagrama de flujo) que muestra un proceso para formar un óxido de titanio compuesto sobre una superficie de acero al carbono.

[Fig. 4] es un diagrama característico que representa un efecto de supresión de corrosión de una película de NiTi03.

[Fig. 5] es un diagrama característico que representa una relación entre el espesor de óxido de titanio y el espesor de una película resistente a la corrosión.

[Fig. 6] es un diagrama característico que representa una relación entre el espesor de una película resistente a la corrosión y una proporción de corrosión.

Modo para Llevar a Cabo la Invención Enseguida, el miembro resistente a la corrosión de acuerdo con una primera modalidad de la presente invención será descrito con referencia a las Figs. 1 y 2.

La Fig. 1 ilustra una estructura de un miembro resistente a la corrosión 3 que tiene una película de un óxido de titanio compuesto de tipo ilmenita 2 que tiene una estructura de cristal, por ejemplo, formada de FeTi03/ tiene una forma de ilmenita y es un óxido de titanio compuesto, formado (depositado) sobre una superficie de un material estructural de planta 1, por ejemplo, formado de acero al carbono, que es el material estructural de planta que hace contacto con agua de alta temperatura de 80°C. o más alta y 800°C o más baja.

La Fig. 2 ilustra un resultado de una prueba de corrosión que se ha conducido bajo condiciones tal que la concentración de oxígeno disuelto es menor que 5 ppb y la velocidad de flujo es 15 m/seg, con el uso de una pieza de prueba formada del miembro resistente a la corrosión 3 ilustrado en la Fig. 1.

Se entiende de la Fig. 2 que en la pieza de prueba B que tiene la película de FeTi03 formada sobre una superficie del acero al carbono, la proporción de corrosión bajo una condición de alta velocidad de flujo se suprime en comparación con la pieza de prueba A de solamente el acero al carbono. La proporción de corrosión de la pieza de prueba A de solamente el acero al carbono se incrementó a una temperatura de atmósfera de prueba de 150°C comparada con aquella de la temperatura de atmósfera de prueba de 200°C, pero la proporción de corrosión de la pieza de prueba B que tiene una película de FeTi03 formada sobre la misma casi no tuvo cambio.

Como es descrito en lo anterior, al formar la película de óxido de titanio compuesta formada de FeTi03 y depositada sobre la superficie del material estructural, la película de óxido de titanio compuesta se hace compleja, se une químicamente a la superficie del material estructural de planta, y por consiguiente, es menos probable que se exfolie a un cuando se compara con FeTi03 que físicamente se deposita sobre la superficie. Luego, sería esperado que aparezca un efecto de supresión de corrosión, y especialmente, un efecto de supresión del adelgazamiento de la pared debido a la corrosión acelerada por flujo que puede ocurrir en una porción en la cual un fluido de alta temperatura está fluyendo. Por consiguiente llega a ser posible disminuir un mal funcionamiento asociado con el adelgazamiento de la pared del tubo y una frecuencia de inspección periódica.

Incidentalmente , aunque en el ejemplo descrito en lo anterior, FeT i03 se mostró como un ejemplo del óxido de titanio compuesto, también se puede utilizar NÍTÍO3, por ejemplo, que es representado por un fórmula molecular MT i03 donde "M" es un metal de transición. Como otros elementos que Fe y Ni, el "M" puede ser un elemento divalente entre los elementos de transición, y por ejemplo, también se puede utilizar V, Cr, n, Co, Cu, Zn, Mo, Ru, Pd o Rh .

Además, en el ejemplo descrito en lo anterior, aunque el acero al carbono se mostró como un ejemplo y un material estructural de planta, un -efecto similar será obtenible por el material de acero, un material no de acero, un metal no ferroso y un metal soldado.

Un método para fabricar un miembro resistente a la corrosión de acuerdo con una segunda modalidad de la presente invención será descrito enseguida con referencia a la Fig. 3 y Fig. 4 .

La Fig. 3 ilustra un diagrama de bloques (es decir, diagrama de flujo) de un proceso para formar un óxido de titanio compuesto sobre una superficie de acero al carbono.

En el diagrama de flujo de la Fig. 3 , se expone una superficie de acero al carbono que primero se somete al pulimento o tratamiento de limpieza químico para de esta manera exponer una superficie recientemente formada. (Una nueva superficie se forma sobre el material (Etapa SI) ) .

Después, el óxido de titanio se deposita sobre la superficie recientemente formada (Etapa S2). En esta etapa S2, en cuanto un método de deposición, ya sea uno de un método de recubrimiento de rocío o un método de depósito para introducir un óxido de titanio bajo la condición de alta temperatura, y llevar el óxido de titanio en contacto con la superficie del material estructural para de esta manera depositar el óxido de titanio sobre la superficie.

En el siguiente proceso, se prepara una solución en la cual la calidad del agua se controla de una manera tal que un valor de pH es 8 o más y 12 o menos y, por ejemplo, es 9.8, la concentración de oxígeno disuelto es menor que 10 ppb y, por ejemplo, es 2 ppb, la temperatura de la solución acuosa es 80°C o más alta y 500°C o más baja y, por ejemplo, es 150°C, y la concentración de un ión de metal de transición es 1 ppb o más o 10% o menos y por ejemplo. Además, cuando NiTi03 se forma sobre la superficie como el óxido de titanio compuesto, la concentración de ión Ni es 10 ppb, y el material estructural anterior que tiene el óxido de titanio depositado sobre el mismo se somete al tratamiento de alta temperatura (150°C) en la solución (Etapa S3) .

Como resultado, la forma de óxido de titanio que se ha depositado sobre la superficie cambia la forma de un tipo de ilmenita de un óxido de titanio compuesto (Etapa S4) .

La Fig. 4 muestra un resultado de la prueba de corrosión que se condujo al usar al usar la pieza de prueba mencionada en lo anterior bajo la condición en la cual la concentración de oxigeno disuelto fue 5 ppb o menos, la velocidad de flujo fue 15 m/seg y la, temperatura fue 150°C y 200°C.

A partir del resultado mostrado en la Fig. 4, se encuentra que la proporción de corrosión se disminuyó en la pieza de prueba B del acero al carbono que tiene la película NiTiOs formada sobre la misma comparada con la pieza de prueba A de solamente el acero al carbono, y que la acción de aceleración de corrosión bajo una condición de alta velocidad de flujo se suprimió por la película formada.

Como es descrito en lo anterior, al formar la película de óxido de titanio compuesta formada de FeTi03 sobre la superficie del material estructural, no llega a ser necesario para la planta que sea operada en un estado de inyección de un agente químico en la misma. La película de óxido de titanio compuesta se forma en complejo y se une químicamente a la superficie del material estructural de planta. Por consiguiente, es menos probable que se exfolie aún cuando se compara con el Ti02 que se deposita físicamente sobre la superficie. Luego, aparece el efecto de supresión de corrosión, y especialmente, el efecto de supresión del adelgazamiento de la pared debido a una corrosión acelerada por el flujo, que puede ocurrir en una porción en la cual el fluido de alta temperatura esta fluyendo, como puede ser esperado. Por lo tanto, llega a ser posible disminuir un mal funcionamiento asociado con el adelgazamiento de la pared del tubo y una frecuencia de inspección periódica.

Incidentalmente, en la segunda modalidad descrita en lo anterior, aunque NiTi03 se mostró como un ejemplo del óxido de -titanio compuesto, FeTi03 también mostró la tendencia similar. Además, el metal puede ser un elemento divalente diferente de Fe y Ni entre los elementos de transición, por ejemplo, asi como V, Cr, Mn, Co, Cu, Zn, Mo, Ru, Pd o Rh .

Un método para fabricar un miembro resistente a la corrosión de acuerdo con la tercera modalidad de la presente invención será descrito enseguida con referencia a la Fig. 5 y Fig. 6.

De acuerdo con el método de la Fig. 5, en la cual la película de FeTi03 se formó sobre la superficie del acero al carbono bajo las mismas condiciones, excepto que Ni del elemento de metal de transición se cambió a Fe. En este momento, la cantidad de óxido de titanio depositada en la etapa previa se cambió de modo que cada espesor se controló a 0.01 µp?, 0.1 µp y 10 um, y el espesor de película de FeTi03 de la película resistente a la corrosión se cambió. El resultado se muestra en la Fig. 5, de la cual se entiende que el espesor de cada película resistente a la corrosión llega a ser 0.05 µp?, 0.2 µt? y 10 µ?? de acuerdo con el cambio de la cantidad de óxido de titanio depositado.

La Fig. 6 también muestra un resultado de la prueba de corrosión que se condujo al usar tres tipos de piezas de prueba sobre tales condiciones que la concentración de oxigeno disuelto fue 5 ppb o menos, la velocidad de flujo fue 15 m/seg, y la temperatura fue 150°C. Se entiende del resultado de la Fig. 6 que una proporción de corrosión casi no cambia cuando el espesor de la película resistente a la corrosión llega a ser más gruesa que 0.1 µ??.

Debido a la razón mencionada en lo anterior, un período de tiempo para el proceso de fabricación se puede acortar al controlar apropiadamente la cantidad de óxido de titanio depositado en el proceso. Además, aún cuando la formación de óxido de titanio del tratamiento de alta temperatura se realiza simultáneamente de una manera similar, se ha encontrado que ' el espesor de película se puede encontrar por la cantidad de óxido de titanio depositado.

Incidentalmente, en la tercera modalidad descrita en lo anterior, aunque el FeTi03 se mostró como un ejemplo del óxido de titanio compuesto, la tendencia similar se observó en el uso del NiTi03. Además, tal metal como elemento divalente diferente de Fe y Ni entre los elementos de transición, por ejemplo, se puede utilizar V, Cr, Mn, Co, Cu, Zn, Mo, Ru, Pd o Rh .

La tecnología de la presente invención en las modalidades descritas en lo anterior no se limita a solamente una planta de energía térmica, una planta de energía nuclear, una planta química y los similares, sino también se puede aplicar a una caldera convencional y un material estructural general que entra en contacto con el agua de alta temperatura .

Claims (9)

REIVINDICACIONES

1. Un miembro resistente a la corrosión, caracterizado porque tiene una película de óxido de titanio compuesta que disminuye la corrosión y es representada por una fórmula molecular MTi03 en la cual M es un elemento de transición, formada sobre una superficie de un material de construcción que entra en contacto con agua de alta temperatura .

2. El miembro resistente a la corrosión de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el agua de alta temperatura es no menor que 80°C y no mayor que 800°C.

3. El miembro resistente a la corrosión de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el material de construcción es un material seleccionado de un acero, un material no de acero, un metal no ferroso y un metal soldado.

. El miembro resistente a la corrosión de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el óxido de titanio compuesto es un óxido de titanio compuesto de un grupo de ilmenitá.

5. El miembro resistente a la corrosión de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el metal de transición M es un material seleccionado de Fe, Ni, V, Cr, Mn, Co, Cu, Zn, Mo, Ru, Pd y Rh .

6. El miembro resistente a la corrosión de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la película de óxido de titanio compuesta tiene un espesor de 0.1 a 50 µp\ .

7. Un método para fabricar un miembro resistente a la corrosión, caracterizado porque tiene una película de óxido de titanio compuesta para disminuir la corrosión depositada sobre una superficie de un material de construcción, en donde la película de óxido de titanio compuesta es representada por una fórmula molecular MT1O3 en cual M es un elemento de transición, y en donde el óxido de titanio se deposita preliminarmente sobre la superficie del material de construcción, y el óxido de titanio subsecuentemente o simultáneamente se somete al tratamiento de alta temperatura bajo una existencia de un ión del metal de transición.

8. El método para fabricar el miembro resistente a la corrosión de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el tratamiento de alta temperatura se conduce en una solución acuosa de una temperatura de no menor que 80°C y no mayor que 500°C, tiene un valor de pH de no menor que 8 y no mayor que 12, tiene una concentración del ión del metal de transición en una cantidad de no menor que 1 ppb y no mayor que 10%, y contiene menor que 10 ppb de oxígeno disuelto.

9. El método para fabricar el miembro resistente a la corrosión de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el óxido de titanio tiene un espesor de 0.01 a 50 µp?.