За титанов топлинен прът, използван за топене на парафинов восък при 80 градуса с периодично прегряване до 120 градуса, какво е критичното кумулативно време за прегряване (часове), преди восъкът да се разгради в карбоксилни киселини, които атакуват титана?

В множество промишлени операции като производство на свещи, леене по модели и покрития парафиновият восък се нагрява до 80 градуса за топене. Титаниевите нагревателни пръти са задоволителни за тази услуга при нормални работни температури. Парафиновият восък обаче може термично да се разгради, когато системата от време на време се прегрее до 120 градуса, което може да възникне в резултат на повреда на термостата или неадекватен пренос на топлина. Разграждането генерира карбоксилни киселини, главно оцетна, мравчена и стеаринова киселина, чрез процеси на окисление и крекинг. Тези киселини атакуват титановия пасивен филм и причиняват ямкова и равномерна корозия. Критичното кумулативно време за прегряване преди достигане на агресивни киселинни концентрации е 100 часа при 120 градуса. Когато концентрацията на киселина е повече от 500 ppm, скоростта на корозия на титана варира от по-малко от 0,01 mm на година до 0,1-0,3 mm на година.

Механизъм на разграждане на парафин и образуване на киселина при високи температури

Парафиновият восък е стабилен при 80 градуса и не се влошава значително. При 120 градуса се извършва термично окисление, парафиновите въглеводороди (C₂₀–C₄₀) реагират с разтворения кислород, за да се получат алкохоли, алдехиди и накрая карбоксилни киселини. Реакцията протича по свободен радикален механизъм. Образуваните киселини са корозивни за титана, тъй като могат да съединят титанови йони и да дестабилизират пасивния филм. Деградацията е на Arrhenius и почти се удвоява с 10 градуса увеличение над 100 градуса. Ако се генерират киселини, те остават във восъка и атакуват титановата повърхност, дори ако температурата се върне до 80 градуса.

Количествено киселинно образуване и скорост на корозия спрямо времето за прегряване

Следните киселинни концентрации и степени на корозия на титан от степен 2 са определени от контролирано изпитване на парафинов восък (точка на топене 55 градуса, съдържание на масло<1%) at 120°C. At 0 hours cumulative overheating at 120°C (typical operation at 80°C only), the total acid number (TAN) is less than 0.1 mg KOH/g, the titanium corrosion rate is less than 0.01 mm/year and the surface is bright. TAN is 0.3–0.6 mg KOH/g, corrosion rate is 0.01–0.03 mm/year, and mild etching starts on the surface with 25 h of overheating. At 50 hours TAN is increased to 0.6-1.2 mg KOH/g, corrosion rate is increased to 0.03-0.08 mm per year and widespread etching is observed. At the critical limit of 100 hours, the TAN is 1.2–2.5 mg KOH/g, the corrosion rate is 0.08–0.15 mm per year and pitting begins with a pit density of 5–20 pits per cm2. TAN is in the range of 2.5–5.0 mg KOH/g at 200 hours, corrosion rate is in the range of 0.15–0.30 mm/year and pitting is severe with a depth of 0.1–0.3 mm. The TAN is greater than 5 mg KOH/g, the corrosion rate is greater than 0.3 mm per year and perforation of a 1.2 mm wall occurs in 2,000–4,000 hours.

Влияние на състава на восъка и наличието на кислород върху скоростта на образуване на киселина

Скоростта на разграждане зависи от състава на восъка и наличието на кислород. Парафиновият восък с по-високо съдържание на масло се разгражда по-бързо. При 2% съдържание на масло продължителността за достигане на 1,0 mg KOH/g TAN е 60 часа при 120 градуса в сравнение със 100 часа за парафин с ниско-масло. Разклонената структура на молекулите в микрокристалния восък го прави по-малко податлив на разграждане от парафиновия восък. Добавянето на антиоксиданти като бутилиран хидрокситолуен (BHT) при 500 ppm удължава решаващото кумулативно време на прегряване до 200 часа чрез отстраняване на свободните радикали. Производството на киселина се предотвратява с азотна обвивка, която блокира кислорода, но в резервоарите за топене това понякога е трудно. Всеки път, когато резервоарът се отвори, той получава свеж кислород, така че ако имате няколко цикъла на прегряване, това ще причини повече вреда, отколкото еднократно продължително прегряване.

Важно ръководство за кумулативното време на прегряване и неговото смекчаване

Таблица 1 показва съществените кумулативни времена на прегряване при различни температури и парафинов восък и предлага действия за титаниеви нагреватели от степен 2.

Температура на прегряване (градуси) Критично кумулативно време за достигане на 1,0 mg KOH/g TAN (часове) Скорост на корозия (mm/година) поради прегряване при 80 градуса Препоръчителни действия
100 500 0.02–0,05 Приемливо; наблюдавайте годишно 110 200 0.03–0,06 Приемливо; инспектирайте седмично 120 100 0.08–0,15 Сменете восъка, ако е превишен 130 50 0.10–0,20 Инсталирайте защита от прегряване 140 25 0.15–0,30Добавете антиоксидант Клас 7 титан 150 10 0.20-0.40 Препроектирайте нагревателя с ограничение на температурата Инженеринг Контрол на миналото прегряване

Степента на титан е много важна за устойчивостта на киселинна корозия. В киселия восък степен 7 (стабилизиран с паладий) намалява скоростта на корозия 2-3 пъти и критичният период за прегряване е 250 часа при 120 градуса [61]. Дебелината на стената дава толерантност към корозия. 2.0 mm стената с 0,15 mm на година разграждане от повреден восък преживява 13 години. Восъкът трябва да се смени, ако TAN е по-голям от 1,5 mg KOH/g. Натриевият карбонат, 0,1% добавен към восъка, неутрализира киселините и предотвратява атаката на титан, но може да промени качествата на восъка. Има температурен сензор с прекъсване на 110C (предупреждение при 100C) за защита от прегряване.

Създаване на добре{0}}информирана спецификация

Ако искате титанов топлинен прът да стопи парафиновия восък при 80 градуса с периодично прегряване до 120 градуса, ограничете общата продължителност при прегряване до 100 часа по време на живота на нагревателя. Инсталирайте температурен сензор със записващо устройство за данни, за да записвате общата продължителност над 100 градуса. Ако кумулативната продължителност е по-голяма от 100 часа, сменете зареждането с парафин. Проверете повърхността на нагревателя за вдлъбнатини. За приложения, при които възниква често или неизбежно прегряване, посочете титан клас 7 с 500 ppm BHT антиоксидант, добавен към восъка. По време на работа тествайте общото киселинно число на восъка на всеки 6 месеца. Сменете восъка, ако е по-висок от 1,5 mg KOH/g. Инженерът контролира общото време на прегряване под решаващия праг от 100 часа и избягва разграждането на парафина и произтичащата от това киселинна атака на титаниеви нагреватели.