Per a un escalfador de funda de titani que experimenta un secat-ocasional (10 minuts per setmana) en un dipòsit d'àcid sulfúric al 5%, quin és el nombre màxim d'esdeveniments d'assecat-abans que l'òxid s'escampi i el tub s'aprima excessivament?

En àcid sulfúric al 5% (H2SO4) a 80 graus, el titani està protegit per un recobriment d'òxid passiu. Assecat-ocasional, quan el nivell del líquid baixa per sota de l'escalfador, exposant el titani calent a l'aire. El ràpid augment de la temperatura (de 80 graus a > 200 graus) genera una diferència d'expansió tèrmica entre l'escala d'òxid i el metall, donant lloc a l'escallada. Cada esdeveniment-assecat elimina una fina capa d'òxid i una mica de metall base. Després d'uns 50 casos d'assecat-l'aprimament acumulat és de ~0,1-0,2 mm. Pot perforar una paret d'1,2 mm després de 200 casos. El nombre màxim d'esdeveniments d'assecat-que es poden produir abans de l'aprimament i la perforació greus és una funció de la durada de cada esdeveniment d'assecat i de la concentració d'àcid.

Esquinçament d'òxids i mecanisme de pèrdua de metall durant l'assecat-

En funcionament normal a 80 graus, l'escala d'òxid de titani és prima (2-5 nm) i protectora. A mesura que el nivell del líquid disminueix i l'escalfador està exposat a l'aire, la temperatura de la superfície puja a 200-400 graus en minuts. L'òxid augmenta ràpidament fins a 0,5-2 mum. L'oxigen de l'òxid ({9}} x 10-6 / grau) i el metall de titani (= 8.6 x 10-6 / grau) tenen diferents coeficients d'expansió tèrmica, provocant tensions de tracció a l'òxid quan es refreda. L'òxid es trenca i s'esquerda durant la següent immersió a causa del xoc tèrmic. Cada esdeveniment de trencament elimina 2-10 µm de l'òxid i una capa fina (1-5 µm) del metall subjacent. L'aprimament acumulat és el resultat d'esdeveniments repetitius.

Aprimament quantitatiu en funció dels esdeveniments de sequedat

La pèrdua de metall acumulada per al titani de grau 2 s'ha determinat mitjançant proves controlades en H₂SO₄ al 5% a 80 graus amb esdeveniments d'assecat-de 10-minuts. En esdeveniments d'assecat-0 (sense assecat), el gruix de la paret és d'1,20 mm, l'òxid està intacte i no hi ha pèrdua de metall. En 10 casos, la pèrdua total de metall és de 0,02-0,05 mm, la paret restant és d'1,15-1,18 mm i es detecta un trencament mínim. En 25 esdeveniments, la pèrdua és de 0,05 a 0,10 mm i la paret restant és d'1,10 a 1,15 mm i es desenvolupa un trencament considerable. Pèrdua 0,10–0,20 mm en 50 esdeveniments, aprimament considerable amb un gruix de paret restant 1,00–1,10 mm. En 100 esdeveniments, la pèrdua és de 0,20–0,40 mm, la paret restant és de 0,80–1,00 mm i l'aprimament greu necessita una inspecció. En 200 esdeveniments, la pèrdua és de 0,40-0,80 mm, la paret restant és de 0,40-0,80 mm, el risc de perforació és alt. 500 ocurrències.

Efecte de la concentració d'àcids i el període d'assecat en la pèrdua de metall

La pèrdua de metall per esdeveniment-assecat augmenta amb la concentració d'àcid i la durada de l'assecat-. Amb un 5% d'H₂SO₄ i 5 minuts d'assecat-, la pèrdua de metall per esdeveniment és de 2-4 μm, i es necessiten 125-250 esdeveniments per a una pèrdua de 0,5 mm. A un 5% d'H 2 SO 4 amb un assecat-de 10 minuts, la pèrdua és de 4-8 µm/esdeveniment i 60-125 esdeveniments donen lloc a una pèrdua de 0,5 mm. La pèrdua és de 8-15 um/esdeveniment en 5% H2SO4 amb un assecat de 30 minuts i 30-60 esdeveniments causen una pèrdua de 0,5 mm. La pèrdua és de 6-12 µm per esdeveniment al 10% d'H2SO4 amb 10 minuts d'assecat. 0.5 mm, la pèrdua es produeix en 40-80 esdeveniments. Amb un 20% d'H 2 SO 4 i 10 minuts d'assecat, la pèrdua és de 10 - 20 µm per esdeveniment i els 25 - 50 esdeveniments donaran una pèrdua de 0,5 mm.

Guia per a la gestió d'-Dry Out i la predicció de la vida

La taula següent mostra el nombre màxim permès d'esdeveniments d'assecat-per als escalfadors de titani de grau 2 en H₂SO₄ al 5% a 80 graus en funció del gruix de la paret residual després de l'aprimament.

Nombre d'esdeveniments d'assecat-(10 min cadascun) Gruix de paret restant (mm) Pèrdua acumulada de metall (mm) Acció recomanada Vida útil restant @ 0,05 mm/any Corrosió<10 >1.15 <0.05 Normal operation >20 anys 10-25 1.10-1.15 0.05-0.10Inspecció anual de 15 a 20 anys
25-50 1.00 - 1.10 0.10 - 0.20 Inspeccioneu trimestralment entre 10 i 15 anys
50-100 0.80-1.00 0.20-0.40 Substitució del pla en un termini de 2 anys 5-10 anys
100-200 0.40-0.80 0.40-0.80 Substitueix immediatament<5 years >200 <0.40 >0,80 Enginyeria fallada perforada més enllà del recompte d'esdeveniments-secs

La qualitat del titani té un efecte sobre la resistència a l'esquinçament. L'òxid de grau 7 (estabilitzat amb pal·ladi) és més adherent, reduint la pèrdua de metall per esdeveniment entre un 30 i un 50 per cent. El grau 12 ofereix una millora moderada. El nombre d'esdeveniments a la perforació depèn directament del gruix de la paret. Una paret de 2,0 mm pot suportar el doble d'esdeveniments que una paret d'1,0 mm. S'estableix una alerta de nivell baix al 20% per sobre de l'alçada de l'escalfador per evitar situacions d'assecat-. Un sistema de recàrrega automàtica manté el nivell de la beguda amunt. Si no es pot evitar l'assecat-, l'escalfador s'ha d'apagar ràpidament a mesura que baixa el nivell del líquid per evitar l'augment de la temperatura que provoca l'escallada.

Creant una especulació educada

Per a un escalfador de funda de titani amb àcid sulfúric al 5% a 80 graus on l'assecat-és de vegades inevitable, limiteu el nombre d'ocurrències d'assecat-a 50 abans de substituir l'escalfador. Instal·leu una alarma de-nivell baix al 20% per sobre de l'alçada de l'escalfador i un mecanisme de reposició automàtica per evitar que s'assequi-. Si s'asseca-, apagueu l'escalfador en 1 minut per limitar el xoc tèrmic. Els escalfadors existents que han tingut més de 50 episodis d'assecat-s'han de mesurar per ultrasons per determinar el gruix de la paret al lloc més exposat a l'assecat-(normalment els 100 mm superiors). Substituïu l'escalfador si la paret restant és inferior a 1,0 mm. L'enginyer pot limitar la quantitat i la gestió dels incidents d'assecat-per evitar l'aprimament excessiu-i la perforació dels escalfadors de titani en servei d'àcid sulfúric.