За нагревател с титаниева обвивка, който претърпява периодично изсъхване-(10 минути на седмица) в резервоар с 5% сярна киселина, какъв е максималният брой събития на изсъхване-преди разцепването на оксида и тръбата да изтънее прекомерно?

В 5% сярна киселина (H2SO4) при 80 градуса титанът е защитен от пасивно оксидно покритие. Случайно изсушаване-, когато нивото на течността падне под нагревателя, излагайки горещия титан на въздух. Бързото повишаване на температурата (80 градуса до > 200 градуса) генерира разлика в термичното разширение между оксидната скала и метала, което води до разцепване. Всяко събитие-изсъхване премахва тънък оксиден слой и малко неблагороден метал. След около 50 изсъхвания, кумулативното изтъняване е ~0,1–0,2 mm. Може да пробие стена от 1,2 mm след 200 пъти. Максималният брой събития на изсушаване, които могат да възникнат преди сериозно изтъняване и перфорация, е функция от продължителността на всяко събитие на изсушаване и концентрацията на киселина.

Механизъм за разцепване на оксид и загуба на метал по време на-изсушаване

При нормална работа при 80 градуса, скалата от титанов оксид е тънка (2–5 nm) и предпазва. Тъй като нивото на течността намалява и нагревателят е изложен на въздух, температурата на повърхността се повишава до 200–400 градуса за минути. Оксидът нараства бързо до 0,5-2 mum. Кислородът в оксида (= 7-8 x 10-6 / градус) и металният титан (= 8.6 x 10-6 / градус) имат различни коефициенти на термично разширение, причинявайки напрежение на опън в оксида при охлаждане. Оксидът се разпада и напуква при следващото потапяне поради термичен удар. Всяко събитие на разцепване премахва 2-10 µm от оксида и тънък слой (1-5 µm) от основния метал. Кумулативното изтъняване е резултат от повтарящи се събития.

Количественото разреждане като функция от събитията на изсушаване

Кумулативната загуба на метал за титан от клас 2 е определена чрез контролирано изпитване в 5% H₂SO₄ при 80 градуса с 10-минутни-събития на изсъхване. При 0 събития на изсъхване (без изсъхване) дебелината на стената е 1,20 mm, оксидът е непокътнат и няма загуба на метал. При 10 случая общата загуба на метал е 0,02-0,05 mm, оставащата стена е 1,15-1,18 mm и се установява минимално разцепване. При 25 случая загубата е 0,05–0,10 mm, а оставащата стена е 1,10–1,15 mm и се получава значително разцепване. Загуба 0,10–0,20 mm при 50 събития, значително изтъняване с оставаща дебелина на стената 1,00–1,10 mm. При 100 събития загубата е 0,20–0,40 mm, оставащата стена е 0,80–1,00 mm и сериозното изтъняване се нуждае от проверка. При 200 събития загубата е 0,40-0,80 mm, оставащата стена 0,40-0,80 mm, рискът от перфорация е висок. 500 Загуба Перфорирана тръба 1,00-2,00 mm.

Ефект на концентрацията на киселина и периода на изсъхване върху загубата на метал

Загубата на метал при изсъхване-се увеличава с концентрацията на киселина и продължителността на изсъхване-. При 5% H₂SO₄ и 5 минути изсъхване-загубата на метал на събитие е 2–4 μm и са необходими 125–250 събития за загуба от 0,5 mm. При 5% H 2 SO 4 с 10 минути изсъхване-загубата е 4-8 µm/събитие и 60-125 събития водят до загуба от 0,5 mm. Загубата е 8-15 um/събитие в 5 % H2SO4 с 30 минути изсъхване и 30-60 събития причиняват загуба от 0,5 mm. Загубата е 6-12 µm на събитие при 10 % H2SO4 с 10-минутно изсъхване. 0.5 mm загуба възниква при 40-80 събития. При 20 % H 2 SO 4 и 10 минути изсушаване загубата е 10 - 20 µm на събитие и 25 - 50 събития ще дадат загуба от 0,5 mm.

Ръководство за управление-на изсъхване и прогнозиране на живота

Следващата таблица дава максимално допустимия брой изсъхнали -събития за титаниеви нагреватели от клас 2 в 5% H₂SO₄ при 80 градуса като функция от остатъчната дебелина на стената след изтъняване.

Брой събития на изсъхване (10 минути всяко) Оставаща дебелина на стената (mm) Кумулативна загуба на метал (mm) Препоръчително действие Оставащ експлоатационен живот при 0,05 mm/година Корозия<10 >1.15 <0.05 Normal operation >20 години 10-25 1.10-1.15 0.05-0.10Годишен преглед от 15 до 20 години
25-50 1.00 - 1.10 0.10 - 0.20 Проверявайте на тримесечие 10-15 години
50-100 0.80-1.00 0.20-0.40 Планирайте подмяна в рамките на 2 години 5-10 години
100-200 0.40-0.80 0.40-0.80 Заменете незабавно<5 years >200 <0.40 >0,80 Перфорирано Неуспешно инженерство Отвъд сухо-преброяване на събития

Качеството на титана оказва влияние върху устойчивостта на разцепване. Оксидът от степен 7 (стабилизиран с паладий) е по-прилепнал, намалявайки загубата на метал за събитие с 30 до 50 процента. Степен 12 предлага умерено подобрение. Броят на събитията до перфорация зависи пряко от дебелината на стената. Стена от 2,0 mm може да поддържа два пъти повече събития от стена от 1,0 mm. Предупреждение за ниско ниво на 20% над височината на нагревателя е установено, за да се предотвратят ситуации на-изсушаване. Система за автоматично зареждане поддържа нивото на напитката допълнено. Ако изсъхването-не може да бъде избегнато, нагревателят трябва да се изключи бързо, когато нивото на течността спадне, за да се избегне повишаването на температурата, което причинява разцепване.

Създаване на образована спекулация

За нагревател с титаниева обвивка в 5% сярна киселина при 80 градуса, където изсъхването-от време на време е неизбежно, ограничете броя на случаите на изсъхване-до 50, преди да смените нагревателя. Инсталирайте аларма за ниско-ниво при 20% над височината на нагревателя и автоматичен механизъм за попълване, за да избегнете изсъхване-. Ако се развие изсъхване, изключете нагревателя в рамките на 1 минута, за да ограничите термичния шок. Съществуващите нагреватели, които са имали повече от 50 епизода на изсъхване, трябва да бъдат ултразвуково измерени за дебелина на стената на мястото, което е най-изложено на изсъхване (обикновено горните 100 mm). Сменете нагревателя, ако оставащата стена е по-малка от 1,0 mm. Инженерът може да ограничи количеството и управлението на случаите на изсъхване, за да избегне-прекомерното изтъняване и перфорация на титаниеви нагреватели при работа със сярна киселина.