Para um aquecedor com bainha de titânio que passa por secagem ocasional-(10 minutos por semana) em um tanque de ácido sulfúrico a 5%, qual é o número máximo de eventos de secagem-antes que o óxido se espalhe e o tubo fique excessivamente fino?

Em ácido sulfúrico a 5% (H2SO4) a 80 graus, o titânio é protegido por um revestimento de óxido passivo. Secagem ocasional-, quando o nível do líquido cai abaixo do aquecedor, expondo o titânio quente ao ar. O rápido aumento da temperatura (80 graus a >200 graus) gera uma diferença na expansão térmica entre a incrustação de óxido e o metal, resultando em lascamento. Cada evento-de secagem remove uma fina camada de óxido e um pouco de metal básico. Após cerca de 50 ocorrências-de ressecamento, o desbaste cumulativo é de aproximadamente 0,1–0,2 mm. Ele pode perfurar uma parede de 1,2 mm após 200 ocorrências. O número máximo de eventos de-secagem que podem ocorrer antes de desbaste e perfuração severos é uma função da duração de cada evento de secagem e da concentração de ácido.

Mecanismo de fragmentação de óxido e perda de metal durante a secagem-

Sob operação normal a 80 graus, a escala de óxido de titânio é fina (2–5 nm) e protetora. À medida que o nível do líquido diminui e o aquecedor é exposto ao ar, a temperatura da superfície sobe para 200–400 graus em minutos. O óxido aumenta rapidamente até 0,5-2 μm. O oxigênio no óxido (= 7-8 x 10-6/grau) e o metal titânio (= 8.6 x 10-6/grau) possuem diferentes coeficientes de expansão térmica, causando tensões de tração no óxido quando resfriado. O óxido se fragmenta e racha durante a próxima imersão devido ao choque térmico. Cada evento de fragmentação remove 2-10 µm do óxido e uma fina camada (1-5 µm) do metal subjacente. O desbaste cumulativo é o resultado de eventos repetitivos.

Desbaste quantitativo em função de eventos de seca

A perda cumulativa de metal para titânio Grau 2 foi determinada por testes controlados em 5% de H₂SO₄ a 80 graus com eventos de secagem-de 10-minutos. Em 0 eventos-de secagem (sem secagem), a espessura da parede é de 1,20 mm, o óxido está intacto e não há perda de metal. Em 10 ocorrências a perda total de metal é de 0,02-0,05 mm, a parede restante é de 1,15-1,18 mm e é detectada lascação mínima. Aos 25 eventos a perda é de 0,05 a 0,10 mm e a parede restante é de 1,10 a 1,15 mm e ocorre lascamento considerável. Perda de 0,10–0,20 mm em 50 eventos, afinamento considerável com espessura de parede restante de 1,00–1,10 mm. Em 100 eventos, a perda é de 0,20 a 0,40 mm, o restante da parede é de 0,80 a 1,00 mm e o afinamento severo precisa de inspeção. Em 200 eventos a perda é de 0,40-0,80 mm, parede restante 0,40-0,80 mm, risco de perfuração alto. 500 ocorrências Perda Tubo perfurado 1,00-2,00 mm.

Efeito da concentração de ácido e do período de secagem na perda de metal

A perda de metal por evento de-secagem aumenta com a concentração de ácido e a duração da-secura. A 5% de H₂SO₄ e 5 minutos de secagem-, a perda de metal por evento é de 2–4 μm, e 125–250 eventos são necessários para uma perda de 0,5 mm. A 5% de H 2 SO 4 com uma secagem-de 10 minutos, a perda é de 4-8 µm/evento e 60-125 eventos resultam em uma perda de 0,5 mm. A perda é de 8-15 um/evento em 5% de H2SO4 com uma secagem de 30 minutos e 30-60 eventos causam perda de 0,5 mm. A perda é de 6-12 µm por evento a 10% de H2SO4 com secagem de 10 minutos.. 0.5 mm a perda ocorre em 40-80 eventos. Com 20% de H 2 SO 4 e 10 min de secagem, a perda é de 10 - 20 µm por evento e 25 - 50 eventos darão uma perda de 0,5 mm.

Guia para gerenciamento-de seca e previsão de vida

A tabela a seguir fornece o número máximo permitido de eventos-de secagem para aquecedores de titânio Grau 2 em 5% de H₂SO₄ a 80 graus, em função da espessura residual da parede após o desbaste.

Número de eventos-de secagem (10 min cada)Espessura restante da parede (mm) Perda cumulativa de metal (mm) Ação recomendada Vida útil restante a 0,05 mm/ano Corrosão<10 >1.15 <0.05 Normal operation >20 anos 10-25 1.10-1.15 0.05-0.10Inspeção anual 15 a 20 anos
25-50 1.00 - 1.10 0.10 - 0.20 Inspecione trimestralmente de 10 a 15 anos
50-100 0.80-1.00 0.20-0.40 Planeje a substituição dentro de 2 anos 5 a 10 anos
100-200 0.40-0.80 0.40-0.80 Substitua imediatamente<5 years >200 <0.40 >0,80 Engenharia com falha perfurada além da contagem de eventos-de secagem

A qualidade do titânio afeta a resistência ao lascamento. O óxido de grau 7 (estabilizado com paládio) é mais aderente, reduzindo a perda de metal por evento em 30 a 50 por cento. A 12ª série oferece melhora moderada. O número de eventos de perfuração depende diretamente da espessura da parede. Uma parede de 2,0 mm pode suportar o dobro de eventos que uma parede de 1,0 mm. Um alerta de nível baixo 20% acima da altura do aquecedor é estabelecido para evitar situações de-secura. Um sistema de recarga automática mantém o nível da bebida aumentado. Se a secagem-não puder ser evitada, o aquecedor deverá ser desligado rapidamente à medida que o nível do líquido cai para evitar o aumento de temperatura que causa lascas.

Criando uma especulação educada

Para um aquecedor de bainha de titânio em ácido sulfúrico a 5% a 80 graus, onde a secagem-é ocasionalmente inevitável, limite o número de ocorrências-de secagem a 50 antes de substituir o aquecedor. Instale um alarme de nível baixo-a 20% acima da altura do aquecedor e um mecanismo de reabastecimento automático para evitar-secura. Se ocorrer ressecamento-, desligue o aquecedor dentro de 1 minuto para limitar o choque térmico. Os aquecedores existentes que tiveram mais de 50 episódios de-secagem devem ser medidos por ultrassom quanto à espessura da parede no local mais exposto à-secura (geralmente os 100 mm superiores). Substitua o aquecedor se a parede restante tiver menos de 1,0 mm. O engenheiro pode limitar a quantidade e o gerenciamento de ocorrências-de ressecamento para evitar-afinamento excessivo e perfuração de aquecedores de titânio em serviços de ácido sulfúrico.