Em ácido sulfúrico a 5% (H₂SO₄) a 80 graus, o titânio depende de uma película de óxido passivo para proteção. A-seca ocasional-quando o nível do líquido cai abaixo do aquecedor-expõe o titânio quente ao ar. O rápido aumento da temperatura (de 80 graus para mais de 200 graus) causa incompatibilidade de expansão térmica entre a incrustação de óxido e o metal, levando à fragmentação. Cada evento-de secagem remove uma fina camada de óxido e algum metal básico. Após aproximadamente 50 eventos-de secagem, o desbaste cumulativo atinge 0,1–0,2 mm. Após 200 eventos, pode ocorrer perfuração de uma parede de 1,2 mm. O número máximo de eventos de-secagem antes do desbaste e perfuração excessivos depende da duração de cada evento de-secagem e da concentração de ácido.

O mecanismo de fragmentação de óxido e perda de metal durante a secagem-

Durante a operação normal a 80 graus, a escala de óxido de titânio é fina (2–5 nm) e protetora. Quando o nível do líquido cai e o aquecedor é exposto ao ar, a temperatura da superfície sobe para 200–400 graus em minutos. O óxido cresce rapidamente para 0,5–2 µm. A incompatibilidade de expansão térmica entre o óxido (= 7–8 × 10⁻⁶/grau) e o metal titânio (= 8.6 × 10⁻⁶/grau) cria tensões de tração no óxido durante o resfriamento. Na próxima imersão, o choque térmico racha e fragmenta o óxido. Cada evento de fragmentação remove 2–10 µm do óxido e uma fina camada (1–5 µm) do metal subjacente. Eventos repetidos causam afinamento cumulativo.

Desbaste quantitativo em função de eventos de{0}seca

Testes controlados em H₂SO₄ a 5% a 80 graus com eventos de secagem de 10-minutos-estabeleceram perda cumulativa de metal para titânio de Grau 2. Em 0 eventos-de secagem (sem secagem), a espessura da parede permanece em 1,20 mm, o óxido está intacto e não ocorre perda de metal. Em 10 eventos, a perda cumulativa de metal é de 0,02 a 0,05 mm, a parede restante é de 1,15 a 1,18 mm e é observada pequena lasca. Aos 25 eventos, a perda é de 0,05 a 0,10 mm, a parede restante é de 1,10 a 1,15 mm e ocorre lascamento moderado. Aos 50 eventos, a perda é de 0,10–0,20 mm, a parede restante é de 1,00–1,10 mm e há adelgaçamento significativo. Em 100 eventos, a perda é de 0,20 a 0,40 mm, a parede restante é de 0,80 a 1,00 mm e o afinamento severo requer inspeção. Em 200 eventos, a perda é de 0,40 a 0,80 mm, a parede remanescente é de 0,40 a 0,80 mm e o risco de perfuração é alto. Em 500 eventos, a perda é de 1,00–2,00 mm e o tubo é perfurado.

Influência da concentração de ácido e da duração-da secagem na perda de metal

A perda de metal por evento-de secagem aumenta com a concentração de ácido e a duração-da secagem. A 5% de H₂SO₄ com uma secagem de 5-minutos-, 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 H₂SO₄ com uma secagem de 10-minutos-, a perda é de 4–8 µm por evento, e 60–125 eventos causam perda de 0,5 mm. A 5% de H₂SO₄ com uma secagem de 30{41}}minutos, a perda é de 8–15 µm por evento, e 30–60 eventos causam perda de 0,5 mm. A 10% de H₂SO₄ com secagem de 10 minutos, a perda é de 6–12 µm por evento, e 40–80 eventos causam perda de 0,5 mm. A 20% de H₂SO₄ com secagem de 10 minutos, a perda é de 10–20 µm por evento, e 25–50 eventos causam perda de 0,5 mm.

Guia-de 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, com base na espessura restante da parede após o desbaste.

Engenharia além da contagem-de eventos a seco

O grau de titânio afeta a resistência ao lascamento. O grau 7 (paládio-estabilizado) forma um óxido mais aderente, reduzindo a perda de metal por evento em 30–50%. A 12ª série oferece melhoria intermediária. A espessura da parede determina diretamente o número de eventos de perfuração; uma parede de 2,0 mm pode tolerar o dobro de eventos que uma parede de 1,0 mm. Um alarme de-nível baixo definido em 20% acima da altura do aquecedor evita totalmente eventos de-seca. Um sistema de recarga automática mantém o nível do líquido. Se a-secura for inevitável, o aquecedor deverá ser desligado imediatamente quando o nível do líquido cair para evitar o aumento da temperatura que causa lascas.

Fazendo uma especificação informada

Para um aquecedor de bainha de titânio em ácido sulfúrico a 5% a 80 graus, onde a secagem ocasional-não pode ser evitada, limite os eventos de secagem-cumulativos a 50 antes da substituição do aquecedor. Instale um alarme de nível baixo-a 20% acima da altura do aquecedor e um sistema de recarga automática para evitar ressecamento-. Se ocorrer-secura, desligue o aquecedor dentro de 1 minuto para limitar o choque térmico. Para aquecedores existentes que passaram por mais de 50 eventos de-secagem, meça a espessura da parede por ultrassom no local mais exposto à-secagem (normalmente os 100 mm superiores). Se a parede restante estiver abaixo de 1,0 mm, substitua o aquecedor. Ao controlar o número de eventos-de secagem e a resposta a eles, o engenheiro evita o desbaste excessivo e a perfuração de aquecedores de titânio em serviço com ácido sulfúrico.