Per a una barra de calor de titani que s'utilitza per fondre la cera de parafina a 80 graus amb un sobreescalfament ocasional a 120 graus, quin és el temps de sobreescalfament acumulat crític (hores) abans que la cera es degradi en àcids carboxílics que ataquen el titani?
Deixa un missatge
La cera de parafina es fon a 80 graus per a moltes operacions industrials, com ara la producció d'espelmes, la fosa d'inversió i els recobriments. Les barres de calor de titani són aplicables per a aquest servei a temperatures de funcionament normals. De vegades es produeix un sobreescalfament a 120 C a causa de la fallada del termòstat o la mala transferència de calor que provoca el deteriorament tèrmic de la cera de parafina. Aquesta degradació dóna lloc a àcids carboxílics, inclosos els àcids acètic, fòrmic i esteàric, a causa dels processos d'oxidació i craqueig. Aquests àcids ataquen la pel·lícula passiva de titani i provoquen picadura i corrosió uniforme. El temps de sobreescalfament acumulat crucial és de 100 hores a 120 graus abans que la concentració d'àcid es torni agressiva. La concentració d'àcid és superior a 500 ppm i la taxa de corrosió del titani augmenta de menys de 0,01 mm per any a 0,1-0,3 mm per any si es supera el llindar.
El mecanisme de la descomposició de la parafina i la formació d'àcids a altes temperatures
La cera de parafina és estable a 80 graus i no es degrada significativament. A 120 graus hi ha oxidació tèrmica: els hidrocarburs de parafina (C20–C40) reaccionen amb l'oxigen dissolt en ell amb formació d'alcohols, aldehids i finalment àcids carboxílics. La reacció es produeix mitjançant un procés de radicals lliures. Els àcids resultants són corrosius per al titani, ja que combinen ions de titani i destrueixen la pel·lícula passiva. La relació d'Arrhenius indica que la taxa de deteriorament gairebé es duplica per cada augment de 10 graus de temperatura per sobre dels 100 graus. Una vegada que es generen els àcids, romanen a la cera i continuaran danyant la superfície del titani fins i tot si la temperatura baixa fins als 80 graus.
Formació quantitativa d'àcids i velocitat de corrosió versus temps de sobreescalfament
Proves controlades amb cera de parafina (punt de fusió 55 graus, contingut en oli<1%) at 120°C have indicated the following acid concentrations and Grade 2 titanium corrosion rates. The TAN is below 0.1 mg KOH/g, the titanium corrosion rate is below 0.01 mm per year and the surface is bright at 0 hours of the entire overheating at 120°C (typical operation at 80°C only). After 25 h overheating, the TAN is 0.3-0.6 mg KOH/g, the corrosion rate is 0.01-0.03 mm/yr and little etching is observed on the surface. At 50 h, TAN increases to 0.6–1.2 mg KOH/g, the corrosion rate increases to 0.03–0.08 mm/year and widespread etching may be observed. At 100 hours (critical threshold), the TAN is 1.2-2.5 mg KOH/g , corrosion rate is 0.08-0.15 mm per year and pitting initiates with a pit density of 5-20 pits per cm2 . After 200 h, the TAN is 2.5-5.0 mg KOH/g. The corrosion rate is 0.15-0.30 mm per year and pitting is serious with a pit depth of 0.1-0.3 mm. Corrosion rate >0.3 mm/yr and perforation of 1.2 mm wall at 500 hrs in 2000–4000 hrs. TAN >5 mg KOH/g.
Influència de la formulació de la cera i la disponibilitat d'oxigen en la velocitat de formació d'àcid
La taxa de degradació depèn de la composició de la cera i la disponibilitat d'oxigen. La cera de parafina amb més contingut d'oli es degrada més ràpidament. 60 hores fins a 1,0 mg KOH/g TAN a 120 ºC per a un contingut d'oli del 2% enfront de {. 100 hores per a la cera d'oli-con baixa. L'estructura molecular ramificada de la cera microcristal·lina fa que la descomposició sigui més lenta que la cera de parafina. El temps de sobreescalfament acumulat crític es pot estendre fins a 200 h per l'activitat d'eliminació de radicals lliures-d'antioxidants com el hidroxitoluè butilat (BHT) a 500 ppm. La cobertura de nitrogen per excloure l'oxigen evitarà completament la generació d'àcid, però generalment no és pràctic en tancs de fusió. El sobreescalfament repetit és pitjor que el sobreescalfament continu perquè quan s'obre el dipòsit s'introdueix nou oxigen.
Temps crític de sobretemperatura acumulada i guia de mitigació
La taula següent indica temps acumulats importants de sobreescalfament a diverses temperatures per a la cera de parafina i les mesures recomanades per als escalfadors de titani de grau 2.
Temperatura de sobreescalfament (graus) Temps acumulat crític fins a 1,0 mg KOH/g TAN (hores)-sobreescalfament a 80 graus, taxa de corrosió resultant (mm/any) Acció suggerida
100 500 0.02-0.05 Acceptable; comproveu anualment. 110 200 0.03-0.06 Acceptable; comproveu trimestralment. 120 100 0.08-0.15 Substituïu la cera si se supera. 130 50 0.10-0.20 Instal·leu protecció contra el sobreescalfament. 140 25 0.15-0.30Afegiu antioxidant; Titani de grau 7 150 10 0.20–0,40 Redisseny de l'escalfador amb límit de temperatura Enginyeria més enllà del control del temps de sobreescalfament
La resistència a la corrosió àcida està molt influenciada pel grau de titani. La taxa de corrosió de la cera àcida és menor en un factor de 2 a 3 per al grau 7 (estabilitzat amb pal·ladi) i el temps de sobreescalfament crític augmenta a 250 hores a 120 graus. El gruix de la paret dóna una tolerancia a la corrosió: una paret de 2,0 mm corroïda 0,15 mm per any per cera deteriorada dura 13 anys. Si el TAN és superior a 1,5 mg de KOH/g, s'ha de canviar la cera. L'addició de 0,1% de carbonat de sodi a la cera neutralitza els àcids i evita l'assalt del titani, però pot afectar les característiques de la cera. Sense sobreescalfament. Hi ha un sensor de temperatura i una alerta a 100 graus i l'escalfador s'apaga a 110 graus.
Elaboració d'una especificació de coneixement
- una barra de calor de titani que fon cera de parafina a 80 ºC amb un sobreescalfament periòdic fins a 120 ºC. El temps total de sobreescalfament no ha de superar les 100 hores durant la vida útil de l'escalfador. Instal·leu un sensor de temperatura amb un enregistrador de dades per registrar tota la durada a més de 100 graus. Si el temps total supera les 100 hores, canvieu la càrrega de cera i comproveu que la superfície d'escalfament no sigui picada. Per a aplicacions on l'acumulació de calor-és freqüent o inevitable, especifiqueu titani de grau 7 i afegiu 500 ppm d'antioxidant BHT a la cera. Funcionament: Mesureu el nombre d'àcid total de la cera cada 6 mesos. Substituïu la cera si el nombre d'àcid total arriba a 1,5 mg KOH/g. L'enginyer manté el temps total de sobreescalfament per sota d'un límit crític de 100 hores, evitant així el deteriorament de la parafina i el posterior atac àcid als escalfadors de titani.
