בחומצה גופרתית 5% (H₂SO₄) ב-80 מעלות, טיטניום מסתמך על סרט תחמוצת פסיבי להגנה. התייבשות-מדי פעם-כאשר מפלס הנוזל יורד מתחת למחמם-חושף את הטיטניום החם לאוויר. עליית הטמפרטורה המהירה (מ-80 מעלות ליותר מ-200 מעלות) גורמת לחוסר התאמה של התפשטות תרמית בין אבנית התחמוצת למתכת, מה שמוביל להתפרקות. כל אירוע ייבוש{10} מסיר שכבה דקה של תחמוצת וקצת מתכת בסיסית. לאחר כ-50 אירועי ייבוש-, הדילול המצטבר מגיע ל-0.1-0.2 מ"מ. לאחר 200 אירועים, עלול להתרחש ניקוב של קיר בגודל 1.2 מ"מ. המספר המרבי של אירועי ייבוש- לפני דילול וניקוב מוגזם תלוי במשך כל אירוע ייבוש- ובריכוז החומצה.

המנגנון של התפרקות תחמוצת ואובדן מתכות במהלך ייבוש-

במהלך פעולה רגילה ב-80 מעלות, אבנית תחמוצת טיטניום היא דקה (2-5 ננומטר) ומגינה. כאשר מפלס הנוזל יורד והמחמם נחשף לאוויר, טמפרטורת פני השטח עולה ל-200-400 מעלות תוך דקות. התחמוצת גדלה במהירות ל-0.5-2 מיקרומטר. חוסר ההתאמה של ההתפשטות התרמית בין התחמוצת (= 7–8 × 10⁻⁶/מעלה) לבין מתכת הטיטניום (= 8.6 × 10⁻⁶/מעלה) יוצרת מתחי מתיחה בתחמוצת במהלך הקירור. בטבילה הבאה, הלם תרמי נסדק ומפרק את התחמוצת. כל אירוע התפרקות מסיר 2-10 מיקרומטר מהתחמוצת ושכבה דקה (1-5 מיקרומטר) מהמתכת הבסיסית. אירועים חוזרים גורמים לדילול מצטבר.

דילול כמותי כפונקציה של אירועי ייבוש-

בדיקה מבוקרת ב-5% H₂SO₄ ב-80 מעלות עם אירועי ייבוש של 10-דקות- קבעה אובדן מתכת מצטבר עבור טיטניום דרגה 2. ב-0 אירועי ייבוש-(ללא ייבוש), עובי הדופן נשאר על 1.20 מ"מ, התחמוצת שלמה ולא מתרחש אובדן מתכת. ב-10 אירועים, אובדן המתכת המצטבר הוא 0.02-0.05 מ"מ, הקיר הנותר הוא 1.15-1.18 מ"מ, ונצפה ניתוק קל. ב-25 אירועים, האובדן הוא 0.05-0.10 מ"מ, הקיר הנותר הוא 1.10-1.15 מ"מ, ומתרחשת התפצלות מתונה. ב-50 אירועים ההפסד הוא 0.10-0.20 מ"מ, הקיר הנותר 1.00-1.10 מ"מ וקיים דילול משמעותי. ב-100 אירועים ההפסד הוא 0.20-0.40 מ"מ, הקיר הנותר 0.80-1.00 מ"מ ודילול חמור מצריך בדיקה. ב-200 אירועים, ההפסד הוא 0.40-0.80 מ"מ, הקיר הנותר הוא 0.40-0.80 מ"מ, והסיכון לחירור גבוה. ב-500 אירועים, ההפסד הוא 1.00-2.00 מ"מ, והצינור מחורר.

השפעת ריכוז חומצה ומשך התייבשות-על אובדן מתכת

אובדן המתכת לכל אירוע התייבשות- גדל עם ריכוז החומצה ומשך ההתייבשות-. ב-5% H₂SO₄ עם ייבוש של 5-דקות-, אובדן המתכת לכל אירוע הוא 2-4 מיקרומטר, ונדרשים 125-250 אירועים לאובדן של 0.5 מ"מ. ב-5% H₂SO₄ עם ייבוש של 10-דקות-, ההפסד הוא 4-8 מיקרומטר לכל אירוע, ו-60-125 אירועים גורמים לאובדן של 0.5 מ"מ. ב-5% H₂SO₄ עם ייבוש של 30-דקות, ההפסד הוא 8-15 מיקרומטר לאירוע, ו-30-60 אירועים גורמים לאובדן של 0.5 מ"מ. ב-10% H₂SO₄ עם ייבוש של 10 דקות, ההפסד הוא 6-12 מיקרומטר לאירוע, ו-40-80 אירועים גורמים לאובדן של 0.5 מ"מ. ב-20% H₂SO₄ עם ייבוש של 10 דקות, ההפסד הוא 10-20 מיקרומטר לאירוע, ו-25-50 אירועים גורמים לאובדן של 0.5 מ"מ.

מדריך לניהול יבש- וחיזוי חיים

הטבלה הבאה מספקת את המספר המרבי המותר של אירועי ייבוש- עבור מחממי טיטניום דרגה 2 ב-5% H₂SO₄ ב-80 מעלות, בהתבסס על עובי הדופן הנותר לאחר הדילול.

הנדסה מעבר ל-ספירת אירועי יבשה

דרגת הטיטניום משפיעה על ההתנגדות להתפרקות. דרגה 7 (פלדיום-מיוצב) יוצר תחמוצת נצמדת יותר, ומפחיתה את אובדן המתכות לכל אירוע ב-30-50%. כיתה י"ב מציעה שיפור בינוני. עובי הקיר קובע ישירות את מספר האירועים לנקב; קיר בגודל 2.0 מ"מ יכול לסבול פי שניים אירועים מקיר בגודל 1.0 מ"מ. אזעקה-נמוכה המוגדרת ב-20% מעל גובה המחמם מונעת לחלוטין אירועי התייבשות. מערכת מילוי אוטומטית שומרת על מפלס הנוזל. אם התייבשות{16}}בלתי נמנעת, יש לכבות את תנור החימום מיד כאשר מפלס הנוזל יורד כדי למנוע את עליית הטמפרטורה שגורמת להתפרקות.

ביצוע מפרט מושכל

עבור מחמם מעטפת טיטניום בחומצה גופרתית של 5% ב-80 מעלות כאשר לא ניתן למנוע התייבשות-מדי פעם, הגבל את אירועי ההתייבשות המצטברים- ל-50 לפני החלפת מחמם. התקן אזעקה -נמוכה ב-20% מעל גובה המחמם ומערכת מילוי אוטומטית כדי למנוע התייבשות-. אם מתרחש התייבשות{10}, כבה את תנור החימום תוך דקה אחת כדי להגביל הלם תרמי. עבור תנורי חימום קיימים שחוו יותר מ-50 אירועי ייבוש-, יש למדוד את עובי הדופן באולטרה-קולי במיקום החשוף ביותר לייבוש-(בדרך כלל ה-100 מ"מ העליונים). אם הקיר הנותר נמוך מ-1.0 מ"מ, החלף את המחמם. על ידי שליטה במספר אירועי ההתייבשות-והתגובה אליהם, המהנדס מונע דילול וניקוב מוגזם של מחממי טיטניום בשירות חומצה גופרתית.