Kun titaaniputkilämmitin asennetaan jälkikäteen vanhaan lyijy{0}}vuorattuun säiliöön, joka sisältää 98 % rikkihappoa ympäristön lämpötilassa, miksi seinämän paksuudella ei ole merkitystä välittömän passivoitumisen vuoksi?

Perustava{0}}alennus tiivistetyn rikkihapon titaanilämmittimien suunnittelussa
Titaani on yksi harvoista materiaaleista, joka voi tarjota erinomaisen korroosionkestävyyden paksuseinäisessä -seinämäisessä tilassa väkevässä rikkihapossa (98 % H2SO4) ympäristön lämpötilassa (20-30 astetta). Korkea hapon pitoisuus johtaa nopeasti vakaan, suojaavan titaanisulfaatin tai titaanidioksidin pinnoitteen muodostumiseen, joka on käytännössä liukenematon. Upotus aiheuttaa passivoitumisen millisekunnissa. Passivoinnin jälkeen luokan 2 titaanin korroosionopeus 98 % H2S04:ssä 25 asteessa on alle 0,001 mm vuodessa, mikä on olennaisesti nolla teknisissä sovelluksissa. Havaittavaa ohenemista ei ole vuosikymmenten aikana, joten korroosiovara on merkityksetön eikä seinämän paksuudella väliä. Seinän paksuusvaatimukset koskevat vain mekaanista (käsittely-, paine- ja asennuskuormitusta) ja valmistuksen toteutettavuutta. Tutkimus osoittaa, miksi tämä erikoispalvelu ei vaadi paksuja seiniä ja miksi passivointikerros poistaa korroosiota suunnittelumuuttujana.

Vaikutus mekaaniseen eheyteen: Välitön passivointimekanismi
Kun titaani altistetaan 98 % H 2 SO 4:lle huoneenlämpötilassa, pinta reagoi kemiallisesti nopeasti: Ti + 2H2SO4 → Ti(SO4)2 + 2H2 Mutta muodostunut titaanisulfaattikerros on tiheä, tarttuva ja väkevään happoon liukenematon. Laimea rikkihappo liuottaa passiivikalvon, mutta väkevä happo stabiloi kalvon. Passivointi tapahtuu 1–2 sekunnin kuluessa upottamisesta. Röntgenfotoelektronispektroskopia (XPS) -tutkimus paljastaa 5–10 nm paksun pintakerroksen, jossa on sekoitettua TiO₂ ja Ti(SO4)₂. Kerros on kemiallisesti kestävä, eikä havaittavaa hajoamista havaita tuhansien tuntien altistuksen jälkeen.

Korroosionopeus on niin alhainen, ettei sitä voida määrittää normaaleilla painonpudotusmittauksilla. Korkein raportoitu 2-luokan titaanin pitoisuus 98 % H2SO4:ssa 25 asteessa on 0,0005 mm/vuosi. 0,5 mm:n seinämänpaksuudella (lämpöputkien pienin mahdollinen käyttöikä) teoreettinen kestoikä on yli 1000 vuotta. Tästä syystä korroosiovastuuta ei voida soveltaa. Seinän paksuus valitaan vain mekaanisista syistä: kestämään sisäistä painetta (yleensä vaatimaton sähkövastuslämmittimissä), kestämään käsittelyvaurioita asennuksen aikana ja takaamaan riittävän lujuuden kierreliitoksissa tai hitsauksissa.

Vaikutus lämpötehokkuuteen: passivointi ja lämmönsiirto
Välittömällä passivointikerroksella ei ole havaittavaa vaikutusta lämmönsiirtoon. Kerrospaksuus (5-10 nm) on kolme suuruusluokkaa pienempi kuin lämpöfononin aallonpituus, eikä siksi johda lämpöresistanssiin. Titaaniseinämän paksuus vaikuttaa kuitenkin lämmönsiirtoon johtavan vastuksen kautta. 1,0 mm:n seinässä on delta T -kondensaatti=1.2C, jonka tyypillinen lämpövirtaus on 2,0 W/cm2 ympäristön lämpötilassa hapossa (joka kuumenee käytön aikana). 2,0 mm:n seinässä on delta T -kondensaatti=2.4C. Tämä on pieni muutos, mutta se ei ole nolla. Itse asiassa lämmitysprosessi nostaa bulkkihapon lämpötilaa. Passivointikerros pysyy vakaana vähintään 80 asteeseen 98 % H 2 SO:ssa 4 .

Kauppa-väkevän rikkihapon seinämän paksuuden synteesi
Seinän paksuus (mm) Korroosionopeus (mm/v) Korroosion kestoikä (vuosia) Mekaaninen riittävyys Suositellaan 98 % H 2 SO 4:lle 25 asteessa ?
0,5 mm<0.001 >500 vuotta Marginaali (helposti murskattu) Ei (liian herkkä)
0,8 mm<0.001 >800 vuotta Vaatii huolellista käsittelyä Kyllä (vähintään)
<0.001 >1000 vuotta 1,0 mmKyllä (tavallinen) Hyvä
1,2 mm<0.001 >1200 yKyllä. Erittäin hyvä.
<0.001 >1500 vuotta 1,5 mmErinomainen Kyllä (yli-määritetty, mutta OK)
2,0 mm<0.001 >2 000 yrsGood Over-määritetty (kallista)
Seinämän paksuus 0,8 mm - 2,0 mm antaa huomattavan korroosionsuojan. Valinnan tulee perustua vähimmäispaksuuteen, joka antaa riittävän mekaanisen lujuuden kyseiselle asennukselle.

Tekniikka muurin ulkopuolella: Veden saastumisen vaara
Väkevän rikkihapon suurin vaara ei ole seinämän paksuus, vaan veden saastuminen. Kun happopitoisuus on alle 90 % ilmakehän veden imeytymisen vuoksi, passivointikerros voi tuhoutua ja korroosionopeus kasvaa 0,1-1,0 mm/vuosi. Vesi voi diffundoitua lyijyvuorauksen läpi tai tunkeutua happosyötön kautta lyijy{5}}vuoratussa säiliössä. Titaanilämmitin, joka on täysin passiivinen 98-prosenttisessa hapossa, voi alkaa syöpyä nopeasti, kun happoa laimennetaan 85-prosenttiseksi tai alle. Siksi seinämän paksuudella tulisi olla korroosiomarginaali mahdollisia laimennustapahtumia varten. 1,0 mm:n seinä antaa 1-10 vuoden käyttöiän nopeudella 0,1-1,0 mm/vuosi, mikä riittää ajoittaisille häiriöille. 0,8 mm seinä vie vähemmän tilaa. Joten 1,0 mm on kohtuullinen minimi tosielämän toiminnalle.

Johtopäätös: 1,0 mm:n seinä on käytännöllinen minimi - ei korroosiota vaan kestävyyttä varten
Esimerkiksi titaaniputkilämmitin, joka on jälkiasennettu vanhaan lyijy-vuoraukseen 98 % rikkihappoa sisältävään säiliöön ympäristön lämpötilassa, seinämän paksuudella ei ole käytännössä merkitystä korroosionkestävyyden kannalta: happo passivoi titaanin välittömästi ja korroosionopeus on alle 0,001 mm vuodessa. Korroosion kannalta jopa 0,5 mm seinä kestäisi yli 500 vuotta. Mutta seinämän paksuuden on oltava riittävä mekaanista käsittelyä ja asennusta varten ja tarjottava korroosionvara mahdollisia happolaimennustapahtumia varten. Suosittelemme luokan 2 titaania, jonka seinämän paksuus on 1,0–1,2 mm ja joka on riittävän ohut hyvään lämmönsiirtoon, mutta riittävän paksu kestämään kolhuja ja antamaan marginaalin tahatonta laimentumista vastaan. Paksumpia seiniä (1,5–2,0 mm) ei tarvita, ja ne lisäävät kustannuksia ilman korroosiota. Väkevän rikkihapon lämmittimien määrittelyssä kriittisiä mittoja ei ole seinämän paksuus, vaan yli 90 %:n happopitoisuuden varmistaminen ja veden tunkeutumisen estäminen. Ilmoita valmistajalle haluttu happopitoisuus. Jos haluat tasaisen 98 % hapon, määritä 1,0 mm seinä. Vaihtelevassa pitoisuudessa (90–98 %) oletetaan, että seinämä on 1,2 mm.