עבור מחמם נדן טיטניום שמתייבש מדי פעם-(10 דקות בשבוע) במיכל חומצה גופרתית של 5%, מהו המספר המרבי של אירועי ייבוש-לפני התפרקות התחמוצת והצינור מתדלדל יתר על המידה?

בחומצה גופרתית 5% (H2SO4) ב-80 מעלות טיטניום מוגן על ידי ציפוי תחמוצת פסיבי. התייבשות- מדי פעם, כאשר מפלס הנוזל יורד מתחת למחמם, וחושף את הטיטניום החם לאוויר. העלייה המהירה בטמפרטורה (80 מעלות עד > 200 מעלות) יוצרת הבדל בהתפשטות התרמית בין אבנית התחמוצת למתכת, וכתוצאה מכך ניתוק. כל אירוע ייבוש{10}מסיר שכבת תחמוצת דקה וקצת מתכת בסיסית. לאחר כ-50 מקרים של התייבשות-הדילול המצטבר הוא ~0.1-0.2 מ"מ. זה יכול לחורר דרך קיר של 1.2 מ"מ לאחר 200 מופעים. המספר המרבי של אירועי ייבוש- שיכולים להתרחש לפני דילול וניקוב חמור הוא פונקציה של משך הזמן של כל אירוע ייבוש וריכוז החומצה.

מנגנון התפרקות תחמוצת ואובדן מתכות במהלך ייבוש-

בפעולה רגילה ב-80 מעלות, אבנית תחמוצת טיטניום היא דקה (2-5 ננומטר) ומגינה. כאשר מפלס הנוזל יורד והמחמם נחשף לאוויר, טמפרטורת המשטח מטפסת ל-200-400 מעלות תוך דקות. התחמוצת גדלה במהירות עד 0.5-2 אמא. לחמצן שבתחמוצת (= 7-8 x 10-6/מעלה) ולמתכת הטיטניום (= 8.6 x 10-6/מעלה) יש מקדמי התפשטות תרמית שונים, הגורמים למתחי מתיחה בתחמוצת בעת הקירור. התחמוצת מתפרקת ונסדקת במהלך הטבילה הבאה עקב הלם תרמי. כל אירוע התפרקות מסיר 2-10 מיקרומטר מהתחמוצת ושכבה דקה (1-5 מיקרומטר) מהמתכת הבסיסית. דילול מצטבר הוא תוצאה של אירועים שחוזרים על עצמם.

דילול כמותי כפונקציה של אירועי ייבוש

אובדן מתכת מצטבר עבור טיטניום דרגה 2 נקבע על ידי בדיקה מבוקרת ב-5% H₂SO₄ ב-80 מעלות עם אירועי ייבוש של 10-דקות-. ב-0 אירועי ייבוש-(ללא ייבוש) עובי הדופן הוא 1.20 מ"מ, התחמוצת שלמה וללא אובדן מתכת. ב-10 מקרים אובדן המתכת הכולל הוא 0.02-0.05 מ"מ, הקיר הנותר הוא 1.15-1.18 מ"מ ומתגלה ניתוק מינימלי. ב-25 אירועים האובדן הוא 0.05-0.10 מ"מ והקיר הנותר הוא 1.10 -1.15 מ"מ ומתפתחים כתמים ניכרים. אובדן 0.10-0.20 מ"מ ב-50 אירועים, דילול ניכר עם עובי דופן 1.00-1.10 מ"מ שנותר. ב-100 אירועים, ההפסד הוא 0.20-0.40 מ"מ, שאר הקיר הוא 0.80-1.00 מ"מ, ודילול חמור מצריך בדיקה. ב-200 אירועים אובדן הוא 0.40-0.80 מ"מ, שאר הקיר 0.40-0.80 מ"מ, סיכון לנקב גבוה. 500 מקרים אובדן צינור מחורר 1.00-2.00 מ"מ.

השפעת ריכוז חומצה ותקופת ייבוש על אובדן מתכות

אובדן מתכות לכל אירוע התייבשות- עולה עם ריכוז החומצה ומשך ההתייבשות-. ב-5% H₂SO₄ ו-5 דקות ייבוש-, אובדן המתכת לכל אירוע הוא 2-4 מיקרומטר, ויש צורך ב-125-250 אירועים לאובדן של 0.5 מ"מ. ב-5% H 2 SO 4 עם ייבוש של 10 דקות-, ההפסד הוא 4-8 מיקרומטר לאירוע ו-60-125 אירועים מביאים לאובדן של 0.5 מ"מ. ההפסד הוא 8-15 אום/אירוע ב-5% H2SO4 עם ייבוש של 30 דקות ו-30-60 אירועים גורמים לאובדן של 0.5 מ"מ. הפסד הוא 6-12 מיקרומטר לאירוע ב-10% H2SO4 עם ייבוש של 10 דקות . 0.5 מ"מ אובדן מתרחש ב-40-80 אירועים. עם 20% H 2 SO 4 ו-10 דקות ייבוש, ההפסד הוא 10 - 20 מיקרומטר לאירוע ואירועים של 25 - 50 יתנו הפסד של 0.5 מ"מ.

מדריך לניהול יבש- וחיזוי חיים

הטבלה הבאה נותנת את המספר המרבי המותר של אירועי ייבוש- עבור מחממי טיטניום דרגה 2 ב-5% H₂SO₄ ב-80 מעלות, כפונקציה של עובי הדופן השיורי לאחר הדילול.

מספר אירועי ייבוש-(10 דקות כל אחד) עובי דופן נותרת (מ"מ) אובדן מתכת מצטבר (מ"מ) פעולה מומלצת חיי שירות שנותרו @ 0.05 מ"מ/שנה קורוזיה<10 >1.15 <0.05 Normal operation >20 שנה 10-25 1.10-1.15 0.05-0.10בדיקה שנתית 15 עד 20 שנה
25-50 1.00 - 1.10 0.10 - 0.20 בדוק מדי רבעון 10-15 שנים
50-100 0.80-1.00 0.20-0.40 תכנן החלפה תוך שנתיים 5-10 שנים
100-200 0.40-0.80 0.40-0.80 החלף מיד<5 years >200 <0.40 >0.80 הנדסה כושלת מחוררת מעבר לספירת אירועי יציאה-

לאיכות הטיטניום יש השפעה על התנגדות להתפרקות. התחמוצת בדרגה 7 (מיוצב פלדיום) נצמדת יותר, ומורידת את אובדן המתכת לכל אירוע ב-30 עד 50 אחוזים. כיתה 12 מציעה שיפור מתון. מספר האירועים לניקוב תלוי ישירות בעובי הדופן. קיר בגודל 2.0 מ"מ יכול לתמוך באירועים כפולים מקיר בגודל 1.0 מ"מ. התראת רמה נמוכה ב-20% מעל גובה המחמם נוצרת כדי למנוע מצבי התייבשות-. מערכת מילוי אוטומטי שומרת על רמת המשקה. אם לא ניתן להימנע{15}}התייבשות, יש לכבות את התנור במהירות כשמפלס הנוזל יורד כדי למנוע את עליית הטמפרטורה שגורמת להתפרקות.

יצירת ספקולציה משכילה

עבור מחמם מעטפת טיטניום בחומצה גופרתית של 5% ב-80 מעלות, כאשר התייבשות-בלתי נמנעת מדי פעם, הגבילו את מספר מקרי ההתייבשות-ל-50 לפני החלפת התנור. התקן אזעקה-נמוכה ב-20% מעל גובה המחמם ומנגנון מילוי אוטומטי כדי למנוע התייבשות-. אם מתפתח{10}}התייבשות, כבה את התנור תוך דקה אחת כדי להגביל הלם תרמי. תנורי חימום קיימים שעברו יותר מ-50 פרקי ייבוש-יש למדוד באולטרסאונד עבור עובי הדופן במקום החשוף ביותר לייבוש-(בדרך כלל ה-100 מ"מ העליונים). החלף את המחמם אם הקיר הנותר קטן מ-1.0 מ"מ. המהנדס יכול להגביל את הכמות והניהול של מקרי התייבשות-כדי למנוע-דילול וניקוב יתר של מחממי טיטניום בשירות חומצה גופרתית.