עבור מוט חום טיטניום המשמש להמסת שעוות פרפין ב-80 מעלות עם חימום יתר מדי פעם ל-120 מעלות, מהו זמן התחממות-יתר מצטבר קריטי (שעות) לפני שהשעווה מתפרקת לחומצות קרבוקסיליות שתוקפות טיטניום? זמן התחממות יתר מצטבר (שעות) לפני שהשעווה מתפרקת לחומצות קרבוקסיליות שתוקפות טיטניום?

שעוות פרפין מומסת ב-80 מעלות עבור פעולות תעשייתיות רבות כגון ייצור נרות, יציקת השקעה וציפויים. מוטות חום טיטניום ישימים עבור שירות זה בטמפרטורות הפעלה רגילות. לפעמים התחממות יתר ל-120 C מתרחשת עקב כשל בתרמוסטט או העברת חום לקויה שגורמת להידרדרות תרמית של שעוות הפרפין. פירוק זה מוליד חומצות קרבוקסיליות, כולל חומצות אצטית, פורמית וסטארית, עקב תהליכי חמצון ופיצוח. חומצות אלו תוקפות את סרט הטיטניום הפאסיבי וגורמות לפירוק ולקורוזיה אחידה. זמן התחממות יתר המצטבר המכריע הוא 100 שעות ב-120 מעלות לפני שריכוז החומצה הופך לאגרסיבי. ריכוז החומצה הוא מעל 500 ppm וקצב קורוזיה טיטניום גדל ממתחת 0.01 מ"מ בשנה ל-0.1-0.3 מ"מ בשנה אם חריגה מהסף.

מנגנון פירוק הפרפין ויצירת חומצה בטמפרטורות גבוהות

שעוות פרפין יציבה ב-80 מעלות ואינה מתכלה באופן משמעותי. ב-120 מעלות יש חמצון תרמי: פחמימנים פרפין (C20-C40) מגיבים עם חמצן המומס בו עם יצירת אלכוהולים, אלדהידים ולבסוף חומצות קרבוקסיליות. התגובה מתרחשת בתהליך של רדיקלים חופשיים. החומצות המתקבלות מאכלות את הטיטניום מכיוון שהן משלבות יוני טיטניום והורסות את הסרט הפסיבי. הקשר Arrhenius מצביע על כך שקצב ההידרדרות כמעט מוכפל עבור כל עלייה של 10 מעלות בטמפרטורה מעל 100 מעלות. ברגע שנוצרות חומצות הן נשארות בשעווה וימשיכו לפגוע במשטח הטיטניום גם אם הטמפרטורה יורדת חזרה ל-80 מעלות.

היווצרות חומצה כמותית וקצב קורוזיה לעומת זמן התחממות יתר

בדיקות מבוקרות עם שעוות פרפין (נקודת התכה 55 מעלות, תכולת שמן<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 מ"ג KOH/גרם.

השפעת ניסוח השעווה וזמינות החמצן על קצב היווצרות החומצה

קצב הפירוק תלוי בהרכב השעווה ובזמינות החמצן. שעוות פרפין עם יותר תכולת שמן מתפרקת מהר יותר. 60 שעות ל-1.0 מ"ג KOH/g TAN ב-120C עבור תכולת שמן של 2% לעומת. 100 שעות עבור שעווה נמוכה- בשמן. המבנה המולקולרי המסועף של שעווה מיקרו-גבישית גורם להתפרקותה לאט יותר משעוות פרפין. ניתן להאריך את זמן התחממות יתר המצטבר הקריטי ל-200 שעות על ידי פעילות סילוק רדיקלים חופשיים-של נוגדי חמצון כגון הידרוקסיטולואן בוטיל (BHT) ב-500 ppm. שמיכת חנקן למניעת חמצן תמנע יצירת חומצה לחלוטין, אך היא בדרך כלל לא מעשית במיכלי התכה. התחממות יתר חוזרת היא גרועה יותר מהתחממות יתר מתמשכת מכיוון שכאשר פותחים את המיכל, מוכנס חמצן חדש.

זמן טמפרטורת-יתר מצטבר קריטי ומדריך להפחתה

הטבלה שלהלן מציינת זמנים מצטברים חשובים של התחממות יתר בטמפרטורות שונות עבור שעוות פרפין, ואמצעים מומלצים עבור מחממי טיטניום דרגה 2.

טמפרטורת התחממות יתר (מעלה) זמן מצטבר קריטי עד 1.0 מ"ג KOH/g TAN (שעות)מעל-חימום ב-80 מעלות, כתוצאה מכך קצב קורוזיה (מ"מ/שנה) פעולה מוצעת
100 500 0.02-0.05 מקובל; לבדוק מדי שנה. 110 200 0.03-0.06 מקובל; בדוק מדי רבעון. 120 100 0.08-0.15 החלף שעווה אם חריגה. 130 50 0.10-0.20 התקן הגנה מפני התחממות יתר. 140 25 0.15-0.30הוסף נוגד חמצון; טיטניום דרגה 7 150 10 0.20–0.40 תנור חימום מחדש עם מגבלת טמפרטורה הנדסה מעבר לשליטה בזמן התחממות יתר

העמידות בפני קורוזיה חומצית מושפעת מאוד מדרגת הטיטניום. קצב הקורוזיה בשעווה חומצית נמוך יותר בפקטור של 2-3 עבור דרגה 7 (מיוצב פלדיום) וזמן התחממות יתר הקריטי גדל ל-250 שעות ב-120 מעלות. עובי הדופן נותן קצבת קורוזיה: דופן 2.0 מ"מ שחוותה 0.15 מ"מ בשנה על ידי שעווה שהתקלקלה מחזיקה מעמד למשך 13 שנים. אם TAN הוא יותר מ-1.5 מ"ג KOH/g אז יש להחליף את השעווה. תוספת של 0.1% נתרן קרבונט לשעווה מנטרלת חומצות ומונעת תקיפה של הטיטניום, אך עלולה לפגוע במאפייני השעווה. אין התחממות יתר. יש חיישן טמפרטורה והתראה ב-100 מעלות ותנור חימום כבוי ב-110 מעלות.

הכנת מפרט בעל ידע

- מוט חום טיטניום הממיס שעוות פרפין ב-80 מעלות צלזיוס עם התחממות יתר תקופתית ל-120 מעלות צלזיוס. זמן התחממות יתר הכולל לא יעלה על 100 שעות במהלך חיי המחמם. התקן חיישן טמפרטורה עם מקליט נתונים כדי לתעד את כל משך הזמן מעל 100 מעלות. אם משך הזמן הכולל עולה על 100 שעות, שנה את טעינת השעווה ובדוק אם משטח החימום אינו בור. עבור יישומים שבהם{10}}הצטברות חום תכופה או בלתי נמנעת, ציין טיטניום דרגה 7 והוסף 500 ppm BHT נוגד חמצון לשעווה. הפעלה: מדוד את מספר החומצות הכולל של השעווה כל 6 חודשים. החלף את השעווה אם מספר החומצות הכולל מגיע ל-1.5 מ"ג KOH/g. המהנדס שומר על זמן התחממות יתר מתחת לגבול קריטי של 100 שעות, ולכן נמנע מהידרדרות הפרפין ומהתקפת החומצה שלאחר מכן על מחממי הטיטניום.