En una barra de calor de titani vertical que funciona a 150 graus en un fang d'àcid fosfòric, com canvia la profunditat d'immersió periòdica (30% vs . 70%) la ubicació de la profunditat màxima de la fossa?

En els fangs d'àcid fosfòric, una barreja viscosa d'àcid fosfòric (30{3}50%), guix precipitat (CaSO 4 .2H 2 O), sílice i sulfats metàl·lics, les barres de calor verticals de titani experimenten una corrosió no-uniforme. Periòdicament s'omple, escorre i es decanta i el nivell de fangs és variable. La posició de la profunditat màxima de la fossa ve determinada per dos factors en conflicte, és a dir, la profunditat d'immersió, és a dir, la proporció de la longitud de la vareta submergida al fang. En un 30% d'immersió (majoritàriament exposades al vapor) dominen les cèl·lules de concentració d'oxigen i la profunditat màxima de la fossa es troba a la interfície fang-aire (el menisc). A un 70% d'immersió (principalment submergit), l'acumulació de fangs és el procés dominant i la profunditat màxima del pou es produeix a la punta inferior on s'acumulen els materials sedimentats. Entendre aquest canvi és fonamental per planificar les inspeccions i el manteniment específics.

El mecanisme de la ubicació de la fossa canvia a mesura que canvia la profunditat de la submersió

Si la vareta està parcialment immersa (30%), la línia de fangs es troba a prop de la part superior de la vareta. La fina pel·lícula de fangs del menisc s'evapora, concentrant l'àcid fosfòric i els fluorurs a nivells molt alts. L'aireació diferencial fa que la interfície-aire dels fangs sigui un entorn d'esquerdes molt greus i la perforació comença entre 200 i 500 hores. Amb el 70% de la vareta immersa, la línia de fangs està a prop de la part superior i la part inferior de la vareta té un contacte estès amb les partícules de guix i sulfat metàl·lic sedimentats. A la punta, la corrosió sota-dipòsit és dominant, generant fosses sota la capa de fangs pesats on no hi ha oxigen i es concentren clorurs o fluorurs. La taxa de corrosió a la punta també augmenta per l'acció galvànica entre les zones submergida i de vapor.

Distribució quantitativa de la profunditat de la fossa a diferents profunditats d'immersió

S'han realitzat proves controlades en fangs d'àcid fosfòric (40% P2O5, 20% sòlids, 1.500 ppm de fluor) a 150 graus durant 1.000 hores, mostrant distribucions úniques de la profunditat de la fossa. A un 30% d'immersió (70% de vareta a la zona de vapor), la profunditat màxima de la fossa és de 0,6-1,2 mm a la línia de fang (menisc al 30% de la longitud des del fons). S'observen fosses de menys de 0,1 mm a la zona de vapor per sobre del menisc i 0,2-0,4 mm a la punta inferior. Al 50% d'immersió (immersió igual) s'observa una distribució bimodal amb fosses de 0,4-0,8 mm a la línia de fangs i la punta inferior. Per a una submersió del 70% (30% a la zona de vapor), la profunditat de pou més alta es troba a la punta inferior (0,8-1,5 mm) amb la línia de fangs mostrant fosses de 0,3-0,6 mm. Al 100% d'immersió (totalment submergida), les fosses es distribueixen uniformement a la meitat inferior amb profunditats de 0,5 a 1,0 mm i l'efecte menisc desapareix completament.

Ubicació de la fossa influenciada pel cicle d'immersió i la composició dels fangs

La freqüència del cicle i el contingut de sòlids dels fangs influeixen en la regió de màxima picada. El menisc té fosses de 0,8-1,2 mm amb un 30% d'immersió constant i un 20% de sòlids de fang amb 1000 ppm de fluorur. En les mateixes condicions, amb una submersió constant del 70%, la punta inferior té fosses de 0,9 a 1,5 mm. En els cicles d'immersió diaris entre el 30 i el 70%, el menisc i la punta inferior són fortament atacats (profunditats de la fossa d'1,2 a 2,0 mm) en ambdues ubicacions. Les fosses de la punta inferior augmenten a 1,5-2,5 mm a la concentració de sòlids més alta (40%) amb immersió constant (70%). Amb menys sòlids (10%) i una submersió consistent del 30%, les fosses de menisc es redueixen a 0,3-0,6 mm a mesura que s'acumulen menys fangs a la interfície. L'efecte de la concentració de fluor sobre la picada és accelerador en tots els llocs i no afecta la ubicació de la profunditat màxima de la picada per a un patró particular de submersió.

Control de profunditat d'immersió per controlar la ubicació del pou

La taula següent conté directrius per a la regulació de la profunditat d'immersió per regular la col·locació de fosses i augmentar la vida útil de l'escalfador en fangs d'àcid fosfòric a 150ºC.

Profunditat d'immersió recomanada Estratègia d'operació Justificació Esperança de vida útil (paret d'1,5 mm)
Submersió fixa 100% (totalment submergida) Sense atac de menisc, corrosió uniformement distribuïda 1-2 anys
Immersió fixa amb una purga del 100 per cent dels fangs amb l'eliminació del fons del fang. Disminueix la punta del fons sota la corrosió del-dipòsit de 2 a 3 anys
Drenatge periòdic complet No submergir parcialment. Drenatge forma menisc. Mantenir submergit almenys 1 o 2 anys
Part inferior de l'escalfador de vapor (invertit) No recomanat El menisc es desplaça cap a la part superior; dany comparable<1 year
Escalfador rotatiu setmanal 180 graus Immersió qualsevol dany entre el menisc i la punta és una extensió de 2-3 vegades
Enginyeria més enllà del control de la submersió

El grau de titani té un efecte substancial en la velocitat de propagació de la fossa, però no en el lloc d'atac màxim. El grau 7 (estabilitzat amb pal·ladi-) millora la propagació de la fossa un 50-70% al menisc i als llocs de la punta inferior. El gruix de la paret dóna un marge de corrosió; una paret de 2,5 mm amb 1,0 mm per any de picat al pitjor lloc sobreviurà 2,5 anys. El nivell de fangs s'ha de controlar regularment; un controlador de nivell per mantenir la immersió plena en tot moment elimina el menisc. La purga periòdica de fangs (eliminació de sòlids sedimentats del fons de manera regular) minimitza la corrosió subdipòsit a la punta. Si no es pot evitar la immersió parcial, s'instal·la una funda de PTFE a la zona del menisc esperada per aïllar el titani de la pel·lícula de fang concentrat.

Elaboració d'una especificació educada

Dissenyeu un dipòsit per contenir una barra de calor vertical de titani en fangs d'àcid fosfòric a 150 graus i submergit al 100% en tot moment. Instal·leu un sistema de control de nivell amb un avís al 90% d'immersió i l'escalfador-apagat al 80% per evitar l'exposició del menisc. Per als escalfadors existents que han de funcionar amb immersió parcial, especifiqueu titani de grau 7 i una funda retràctil de PTFE de 100 mm de longitud a la línia de fang prevista. El mapatge ultrasònic del gruix de la vareta a la zona del menisc i la punta inferior s'ha de realitzar cada tres mesos durant l'operació. Si la profunditat del pou és superior a 0,5 mm en qualsevol dels llocs, gireu l'escalfador 180 graus (si és simètric) o substituïu-lo. Amb el coneixement de com la profunditat d'immersió influeix en la posició de la profunditat màxima de la fossa, l'enginyer pot aplicar procediments específics d'inspecció i mitigació als escalfadors verticals de titani en fangs d'àcid fosfòric.