Per un riscaldatore a guaina in titanio soggetto a asciugatura-occasionale (10 minuti a settimana) in un serbatoio di acido solforico al 5%, qual è il numero massimo di eventi di asciugatura-prima che l'ossido si scheggi e il tubo si assottigli eccessivamente?

In acido solforico al 5% (H2SO4) a 80 gradi il titanio è protetto da un rivestimento di ossido passivo. Secchezza occasionale-, quando il livello del liquido scende al di sotto del riscaldatore, esponendo il titanio caldo all'aria. Il rapido aumento della temperatura (da 80 gradi a > 200 gradi) genera una differenza di dilatazione termica tra le scaglie di ossido e il metallo, con conseguente scheggiatura. Ogni evento di secchezza-rimuove un sottile strato di ossido e parte del metallo di base. Dopo circa 50 episodi di secchezza-l'assottigliamento cumulativo è di ~0,1–0,2 mm. Può perforare un muro di 1,2 mm dopo 200 tentativi. Il numero massimo di eventi di secchezza-che possono verificarsi prima di un grave assottigliamento e perforazione è in funzione della durata di ciascun evento di secchezza e della concentrazione di acido.

Meccanismo di scheggiatura dell'ossido e perdita di metallo durante l'asciugatura-out

Durante il normale funzionamento a 80 gradi, la scaglia di ossido di titanio è sottile (2–5 nm) e protettiva. Quando il livello del liquido diminuisce e il riscaldatore viene esposto all'aria, la temperatura della superficie sale fino a 200–400 gradi in pochi minuti. L'ossido aumenta rapidamente fino a 0,5-2 mum. L'ossigeno nell'ossido (= 7-8 x 10-6 / grado) e il titanio metallico (= 8.6 x 10-6 / grado) hanno coefficienti di dilatazione termica diversi, causando tensioni di trazione nell'ossido quando raffreddato. L'ossido si sfalda e si spacca durante la successiva immersione a causa dello shock termico. Ogni evento di scheggiatura rimuove 2-10 µm dell'ossido e uno strato sottile (1-5 µm) del metallo sottostante. Il diradamento cumulativo è il risultato di eventi ripetitivi.

Diradamento quantitativo in funzione degli eventi di siccità

La perdita cumulativa di metallo per il titanio di grado 2 è stata determinata mediante test controllati in H₂SO₄ al 5% a 80 gradi con eventi di asciugatura di 10-minuti-. A 0 eventi di essiccazione-(nessuna essiccazione) lo spessore della parete è 1,20 mm, l'ossido è intatto e nessuna perdita di metallo. In 10 casi la perdita totale di metallo è di 0,02-0,05 mm, la parete rimanente è di 1,15-1,18 mm e viene rilevata una scheggiatura minima. Dopo 25 eventi la perdita è di 0,05–0,10 mm e la parete rimanente è di 1,10–1,15 mm e si sviluppa una notevole scheggiatura. Perdita di 0,10–0,20 mm a 50 eventi, notevole assottigliamento con spessore della parete rimanente di 1,00–1,10 mm. Dopo 100 eventi, la perdita è di 0,20–0,40 mm, la parete rimanente è di 0,80–1,00 mm e un grave assottigliamento necessita di ispezione. A 200 eventi la perdita è di 0,40-0,80 mm, la parete rimanente è di 0,40-0,80 mm, il rischio di perforazione è elevato. 500 occorrenze. Perdita del tubo perforato di 1,00-2,00 mm.

Effetto della concentrazione dell'acido e del periodo di essiccazione sulla perdita di metallo

La perdita di metallo per evento di essiccazione aumenta con la concentrazione dell'acido e la durata dell'essiccazione. Al 5% di H₂SO₄ e 5 minuti di asciugatura-, la perdita di metallo per evento è di 2–4 μm e sono necessari 125–250 eventi per una perdita di 0,5 mm. Al 5% di H 2 SO 4 con un dry-out di 10 minuti, la perdita è di 4-8 µm/evento e 60-125 eventi comportano una perdita di 0,5 mm. La perdita è di 8-15 um/evento in H2SO4 al 5% con un'asciugatura di 30 minuti e 30-60 eventi causano una perdita di 0,5 mm. La perdita è di 6-12 µm per evento al 10% di H2SO4 con 10 minuti di asciugatura.. 0.5 La perdita di mm si verifica in 40-80 eventi. Con il 20% di H 2 SO 4 e 10 minuti di asciugatura la perdita è di 10 - 20 µm per evento e 25 - 50 eventi daranno una perdita di 0,5 mm.

Guida per la gestione-della siccità e la previsione della vita

La tabella seguente fornisce il numero massimo consentito di eventi di asciugatura-per i riscaldatori in titanio di grado 2 in 5% H₂SO₄ a 80 gradi in funzione dello spessore residuo della parete dopo l'assottigliamento.

Numero di eventi di asciugatura-out (10 minuti ciascuno)Spessore parete rimanente (mm) Perdita cumulativa di metallo (mm) Azione consigliata Vita utile rimanente a 0,05 mm/anno Corrosione<10 >1.15 <0.05 Normal operation >20 anni 10-25 1.10-1.15 0.05-0.10Ispezione annuale da 15 a 20 anni
25-50 1.00 - 1.10 0.10 - 0.20 Ispezione trimestrale 10-15 anni
50-100 0.80-1.00 0.20-0.40 Pianifica la sostituzione entro 2 anni 5-10 anni
100-200 0.40-0.80 0.40-0.80 Sostituisci immediatamente<5 years >200 <0.40 >0,80 Ingegneria fallita perforata oltre il conteggio degli eventi dry-out

La qualità del titanio ha un effetto sulla resistenza alla scheggiatura. L'ossido di grado 7 (stabilizzato con palladio) è più aderente, riducendo la perdita di metallo per evento dal 30 al 50%. Il grado 12 offre un miglioramento moderato. Il numero di eventi di perforazione dipende direttamente dallo spessore della parete. Un muro da 2,0 mm può supportare il doppio degli eventi rispetto a un muro da 1,0 mm. Viene stabilito un avviso di livello basso al 20% sopra l'altezza del riscaldatore per prevenire situazioni di secchezza. Un sistema di riempimento automatico mantiene il livello della bevanda rabboccato. Se non è possibile evitare l'essiccamento-, il riscaldatore deve essere spento rapidamente non appena il livello del liquido scende per evitare l'aumento della temperatura che causa scheggiature.

Creare una speculazione educata

Per un riscaldatore con guaina in titanio in acido solforico al 5% a 80 gradi dove l'asciugatura- è occasionalmente inevitabile, limitare il numero di eventi di asciugatura-a 50 prima di sostituire il riscaldatore. Installa un allarme di livello basso-al 20% sopra l'altezza del riscaldatore e un meccanismo di rifornimento automatico per evitare che si secchi-. Se si sviluppa-secchezza, spegnere il riscaldatore entro 1 minuto per limitare lo shock termico. I riscaldatori esistenti che hanno avuto più di 50 episodi di siccità-devono essere misurati con ultrasuoni per lo spessore delle pareti nel punto più esposto alla siccità-(solitamente i primi 100 mm). Sostituire il riscaldatore se lo spessore della parete rimanente è inferiore a 1,0 mm. L'ingegnere può limitare la quantità e la gestione dei-disidratamenti per evitare-l'assottigliamento eccessivo e la perforazione dei riscaldatori in titanio nel servizio con acido solforico.