כאשר מחמם טבילה טיטניום משמש לשמירה על 90 מעלות במיכל טבילה לגיפור גומי (מכיל אבץ סטארט וגופרית), האם הגופרית-הקורוזיה הנגרמת בשטף חום גבוה משנה את בחירת עובי הדופן האופטימלית? כאשר מחמם טבילה טיטניום משמש לשמירה על מיכל טבילה וולקני (Container a Tank Tiber Vulcan Grade) סטיארט וגופרית), האם הגופרית-שמקורה בשטף חום גבוה משנה את בחירת עובי הדופן האופטימלית?

הטבות בסיסיות-בעיצוב של מחממי טיטניום עבור מיכלי גיפור
מיכלי הטבילה לגיפור הגומי מופעלים ב-90 מעלות עם פורמולציה של אבץ סטארט (חומר משחרר) וגופרית (חומר גיפור). מחממי טבילה טיטניום שומרים על טמפרטורה לגיפור אחיד. הטמפרטורה של משטח מעטפת הטיטניום בשטף חום גבוה (בדרך כלל 2.5-3.5 W/cm^2) היא 100-120 מעלות. בטמפרטורות אלו, גופרית מקיימת אינטראקציה עם טיטניום כדי ליצור טיטניום גופרתי (TiS2) ולא את שכבת הטיטניום דו חמצני המגנה. טיטניום גופרתי אינו-מפסיבי, נקבובי ומוליך חשמלית. זה הופך את מנגנון הקורוזיה מפסיבי (זניח) לאקטיבי (מתקפה אחידה או ממוקדת). יש לבחור את עובי הדופן כדי לפצות על קורוזיה זו של התקפת גופרית שאינה מתרחשת בשטפי חום או בטמפרטורות נמוכות יותר. החקירה מעריכה אם קורוזיה גופרית משנה את עובי הדופן האופטימלי בהשוואה לשירות כלוריד או חומצה רגילים.

השפעה על שלמות מכנית: צמיחת טיטניום גופרתי
The reaction of titanium with sulfur at high temperatures is Ti + S2 ->TiS2. תגובה זו חשובה מבחינה קינטית מעל 100 מעלות. קצב יצירת הגופרית הוא מינימלי (<0.01 mm/year) with a titanium heater at 1.5 W/cm2 (surface temperature ≈ 95°C). At 2.5 Wcm-2 (surface temperature of ~115°C) the rate is 0.10-0.20 mm per year. At 3.5 W/cm2 (surface temperature ~ 135 degrees C) the rate is 0.5-1.0 mm/yr. The titanium sulphide layer does not shield the underlying metal. It is porous and spalls off exposing new titanium to additional reaction. This is a consistent thinning type corrosion, not a pitting.

מיכלי גיפור גומי מכילים בדרך כלל 1 עד 5 אחוז גופרית לפי משקל. אבץ סטארט משמש כחומר משחרר. לסטארט אבץ אין השפעה ישירה על קורוזיה אך עלול ללכוד גופרית כנגד משטח המחמם ולהגביר את הריכוז המקומי. נתוני שדה מקווי טבילה מגומי מצביעים על כך שלתנורי טיטניום עם קירות של 1.2 מ"מ הפועלים ב-2.5 W/cm2 יש קצב דילול של 0.15 מ"מ לשנה, המשתווה ל-8 שנות חיים. ב-3.5 W/cm² עובי הדופן יורד ב-0.8 מ"מ לשנה, מה שנותן רק 1.5 שנות חיים.

משתנה בקרה: שטף חום והשפעתו על ביצועים תרמיים
קצב קורוזיה הגופרית קשור באופן אקספוננציאלי לטמפרטורת פני השטח, שהיא פונקציה של עובי הדופן ושטף החום. עבור טמפרטורת כמות נתונה (90 מעלות) ומקדם הסעה (h ≈ 800 W/m2. K במיכל נסער), טמפרטורת פני השטח היא T_surface=90 + q/h + ΔT_cond ΔT_cond=qxt / k_Ti A ס"מ של 2.52 מ"מ Ws/s 2. ≈ 90 + 31.3 + 1.8=123 מעלות . 1.5 מ"מ קיר נותן 90+31.3+2.2=123.5 מעלות . הבדל מינימלי. עבור שני העוביים, ב-3.5 W/cm 2, משטח T ≈ 90 + 43.8 + (2.5–3.0)=136–137 מעלות. טיפה הסעה שולטת והשפעת עובי הדופן על טמפרטורת פני השטח קטנה. לפיכך, להקטנת עובי הדופן אין השפעה מהותית על הורדת קצב קורוזית הגופרית.

סינתזה-תחליף: עובי דופן ושטף חום אופטימליים
שטף חום (W/cm2) טמפרטורת פני השטח (מעלה) שיעור קורוזיה גופרית (מ"מ/שנה) עובי קיר למשך 5 שנים חיים (מ"מ) עובי קיר אופטימלי
1.5 W/cm² 95 מעלות 0.01 0.5 מ"מ 1.0 מ"מ (מינימום מכאני)
2.0 W/cm² 110 מעלות 0.08 0.9 מ"מ 1.2 מ"מ 2.5 W/cm² 123 מעלות 0.15 1.3 מ"מ 1.5 מ"מ 3.0 W/cm² 130 מעלות 0.30 2.0 מ"מ 2.0 מ"מ 3.5 W/cm² 136 מעלות 0.70 4.0 מ"מ) לא מומלץ (תהליך עיצוב מחדש
ככל ששטף החום גדל, עובי הדופן הנדרש לחיים של 5 שנים גדל בהתאם. עובי הדופן האידיאלי מוסט מ-1.0 מ"מ (שטף נמוך) ל-1.5-2.0 מ"מ (שטף גבוה). קורוזיה גופרית היא דילול אחיד. שלא כמו בורות כלוריד שבהם לקירות גדולים יותר יש תשואה פוחתת, עובי הדופן נותן קצבת קורוזיה ליניארית.

הנדסה מעבר לקיר: ציפוי פני השטח והפחתת שטף חום
האמצעי היעיל ביותר להפחתת קורוזיה גופרית הוא הפחתת שטף החום, לא הגדלת עובי הדופן. הפעלה ב-2.0 W/cm² במקום 2.5 W/cm² יכולה להוריד את עובי הדופן הדרוש מ-1.5 מ"מ ל-1.2 מ"מ, תוך הארכת חיי המחמם. משמעות הדבר היא שטח פני חימום גדול יותר (צינורות ארוכים יותר או יותר צינורות), אבל ההחלפה שווה את זה. לחלופין, שכבת ניקל -זרחן (ENP) דקה (2-5 מיקרומטר) על מעטפת הטיטניום מונעת מגופרית ליצור קשר עם הטיטניום. ENP עמיד בפני התקפת גופרית עד 150 מעלות. קיר טיטניום בגודל 1.0 מ"מ עם ציפוי ENP יחזיק מעמד 10+ שנים ב-3.5 W/cm2.

מסקנות: תלות של עובי הדופן בשטף החום בפעולת הגופרית
תנור טבילה טיטניום משמש לשמירה על 90 מעלות במיכל טבילה של גיפור גומי עם אבץ סטארט וגופרית, והבחירה בעובי הדופן הטוב ביותר משתנה על ידי קורוזיה הנגרמת-של גופרית. קיר סטנדרטי של 1.0-1.2 מ"מ בשטף חום נמוך (<=2.0 W/cm2) is enough. At high heat flux (2.5-3.0 W/cm 2 ) the sulfur corrosion rate increases to 0.15-0.30 mm/year needing 1.5-2.0 mm wall for 5-year life. When the power density is above 3.0 W/cm², wall thickness required is > 2.5 mm and a process redesign (reduced heat flux or coated sheath) is recommended. The optimum thickness of a wall for a certain application is decided by the needed heat flux and not by a standard thickness. For rubber vulcanization service, state to the heater manufacturer the expected heat flux (W/cm2) or surface temperature. Using this data, wall thickness can be computed as t = corrosion rate x desired life, with the corrosion rate being obtained using sulfur-temperature kinetics. Generally, a 1.5 mm titanium wall gives a strong 5-8 year service life for most rubber dipping tanks working at 2.0-2.5 W/cm2.