Titaanivaippalämmittimelle, joka kuivuu satunnaisesti-(10 minuuttia viikossa) 5-prosenttisessa rikkihapposäiliössä, mikä on enimmäismäärä kuivumista{3}}ennen kuin oksidi roiskee ja putki ohenee liikaa?

5-prosenttisessa rikkihapossa (H2SO4) 80 asteen lämpötilassa titaani on suojattu passiivisella oksidipinnoitteella. Satunnainen kuivuminen-, kun nesteen taso laskee lämmittimen alapuolelle ja altistaa kuuman titaanin ilmalle. Nopea lämpötilan nousu (80 astetta > 200 astetta) synnyttää lämpölaajenemiseron oksidikalkin ja metallin välillä, mikä johtaa halkeiluihin. Jokainen kuivumistapahtuma{10}}irrottaa ohuen oksidikerroksen ja epäjaloa metallia. Noin 50 kuivumiskerran jälkeen kumulatiivinen oheneminen on ~0,1–0,2 mm. Se voi lävistää 1,2 mm:n seinän 200 kertaa. Kuivumistapahtumien enimmäismäärä, joka voi tapahtua ennen vakavaa ohenemista ja perforaatiota, on kunkin kuivumistapahtuman keston ja happopitoisuuden funktio.

Oksidin halkeilu- ja metallihävikkimekanismi kuiva{0}}out aikana

Normaalissa käytössä 80 asteessa titaanioksidiasteikko on ohut (2–5 nm) ja suojaava. Kun nestetaso laskee ja kiuas altistuu ilmalle, pinnan lämpötila nousee minuuteissa 200–400 asteeseen. Oksidi kasvaa nopeasti 0,5-2 mummiin asti. Oksidin hapella (= 7-8 x 10-6 / aste) ja titaanimetallilla (= 8.6 x 10-6 / aste) on erilaiset lämpölaajenemiskertoimet, mikä aiheuttaa vetojännitystä oksidissa jäähdytettynä. Oksidi roiskuu ja halkeilee seuraavan upottamisen aikana lämpöshokin vuoksi. Jokainen halkeilutapahtuma poistaa 2-10 µm oksidista ja ohuen kerroksen (1-5 µm) alla olevaa metallia. Kumulatiivinen harvennus on seurausta toistuvista tapahtumista.

Määrällinen harvennus kuivumistapahtumien funktiona

Kumulatiivinen metallihäviö luokan 2 titaanille on määritetty kontrolloidulla testauksella 5 % H₂SO₄:ssa 80 asteessa 10 -minuutin kuivumis--tapahtumilla. 0:n kuivumistapauksissa (ei kuivumista) seinämän paksuus on 1,20 mm, oksidi on ehjä eikä metallihävikkiä. 10 tapauksessa metallin kokonaishäviö on 0,02-0,05 mm, jäljelle jäänyt seinämä on 1,15-1,18 mm ja halkeilua havaitaan minimaalisesti. 25 tapahtumassa häviö on 0,05–0,10 mm ja jäljellä oleva seinä 1,10–1,15 mm ja muodostuu huomattavaa halkeilua. Häviö 0,10–0,20 mm 50 tapahtumassa, huomattava oheneminen seinämän paksuuden ollessa 1,00–1,10 mm jäljellä. 100 tapahtumassa häviö on 0,20–0,40 mm, seinän jäännös 0,80–1,00 mm ja vakava harvennus vaatii tarkastusta. 200 tapahtuman kohdalla häviö on 0,40-0,80 mm, jäljellä oleva seinämä 0,40-0,80 mm, rei'itysriski suuri. 500. Häviöputki rei'itetty 1,00-2,00 mm.

Happopitoisuuden ja kuivumisajan vaikutus metallihäviöön

Metallihävikki kuiva{0}}kuivaustapahtumaa kohti kasvaa happopitoisuuden ja kuivumisen-keston mukaan. 5 % H₂SO₄ ja 5 minuutin kuivaus-metallihävikki tapahtumaa kohden on 2–4 μm, ja 0,5 mm:n häviölle tarvitaan 125–250 tapahtumaa. 5 % H 2 SO 4 -pitoisuudessa 10 minuutin kuivu-nolla häviö on 4-8 µm/tapahtuma ja 60-125 tapahtumaa johtaa 0,5 mm:n häviöön. Häviö on 8-15 um/tapahtuma 5 % H2SO4:ssa 30 minuutin kuivumisella ja 30-60 tapahtumaa aiheuttavat 0,5 mm:n häviön. Häviö on 6-12 µm tapahtumaa kohden 10 % H2SO4:ssä ja 10 minuutin kuivuminen . 0.5 mm häviö tapahtuu 40-80 tapahtumassa. 20 % H 2 SO 4:lla ja 10 min kuivauksella häviö on 10 - 20 µm tapahtumaa kohden ja 25 - 50 tapahtumat antavat häviön 0,5 mm.

Opas kuivumisen{0}}hallintaan ja elämän ennustamiseen

Seuraavassa taulukossa on suurin sallittu kuivumistapahtumien määrä luokan 2 titaanilämmittimille 5 % H2SO₄:ssa 80 asteessa ohentamisen jälkeen jäävän seinämän paksuuden funktiona.

Kuiva{0}}poistotapahtumien määrä (10 min kukin) Jäljellä oleva seinän paksuus (mm) Kumulatiivinen metallihäviö (mm) Suositeltu toimenpide Jäljellä oleva käyttöikä @ 0,05 mm/vuosi Korroosio<10 >1.15 <0.05 Normal operation >20 vuotta 10-25 1.10-1.15 0.05-0.10Vuositarkastus 15-20 vuotta
25-50 1.00 - 1.10 0.10 - 0.20 Tarkista neljännesvuosittain 10–15 vuoden välein
50-100 0.80-1.00 0.20-0.40 Suunnittele korvaaminen 2 vuoden sisällä 5–10 vuodessa
100-200 0.40-0.80 0.40-0.80 Vaihda heti<5 years >200 <0.40 >0,80 Perforated Failed Engineering Beyond Dry-out Event Counting

Titaanin laatu vaikuttaa halkeilunkestävyyteen. Luokan 7 oksidi (palladiumstabiloitu) on tarttuvampi, mikä vähentää metallihävikkiä tapahtumaa kohti 30-50 prosenttia. Luokka 12 tarjoaa kohtalaisen parannuksen. Rei'itysvaiheiden määrä riippuu suoraan seinämän paksuudesta. 2,0 mm:n seinä tukee kaksi kertaa enemmän tapahtumia kuin 1,0 mm:n seinä. Alhainen varoitus 20 % lämmittimen korkeudesta on asetettu kuivumistilanteiden estämiseksi. Automaattinen täyttöjärjestelmä pitää juoman pinnan korkeana. Jos kuivumista ei voida välttää, lämmitin on sammutettava nopeasti nesteen tason laskeessa, jotta vältetään läikkymistä aiheuttava lämpötilan nousu.

Koulutetun spekulaation luominen

Jos titaanivaippalämmitin 5-prosenttisessa rikkihapossa 80 asteessa, jossa kuivumista -ajoittain ei voida välttää, rajoita kuivumista -50:een ennen lämmittimen vaihtamista. Asenna matalan -tason hälytys 20 % yli lämmittimen korkeudelle ja automaattinen täyttömekanismi välttääksesi kuivumisen{8}}. Jos kuivuminen kehittyy, sammuta lämmitin 1 minuutin kuluessa lämpöshokin rajoittamiseksi. Olemassa olevien lämmittimien, joissa on ollut yli 50 kuivumisjaksoa, seinämän paksuus tulee mitata ultraäänellä kohdasta, joka on alttiimmin kuivumiselle (yleensä ylin 100 mm). Vaihda lämmitin, jos jäljellä oleva seinä on alle 1,0 mm. Insinööri voi rajoittaa kuivumistilanteiden määrää ja hallintaa välttääkseen titaanilämmittimien liiallisen-ohenemisen ja perforoitumisen rikkihappohuollossa.