Em uma barra de calor vertical de titânio operando a 150 graus em uma lama de ácido fosfórico, como a profundidade de submersão periódica (30% vs. 70%) altera a localização da profundidade máxima do poço?

Na lama de ácido fosfórico – uma mistura viscosa de ácido fosfórico (30-50%), gesso precipitado (CaSO 4 .2H 2 O), sílica e sulfatos metálicos – as barras de calor verticais de titânio sofrem corrosão não{10}}uniforme. É periodicamente abastecido, drenado e decantado e o nível de lodo é variável. A posição da profundidade máxima da cava é determinada por dois fatores conflitantes, nomeadamente a profundidade de submersão, ou seja, a proporção do comprimento da haste submersa no lodo. A 30% de submersão (principalmente exposta ao vapor), as células com concentração de oxigênio dominam e a profundidade máxima do poço está na interface lodo-ar (o menisco). A 70% de submersão (principalmente submersa), a acumulação de lamas é o processo dominante e a profundidade máxima da cava ocorre na ponta inferior onde os materiais sedimentados se acumulam. Compreender esta mudança é fundamental para planejar inspeções e manutenções direcionadas.

O mecanismo de mudança de localização do poço conforme a profundidade de submersão muda

Se a haste estiver parcialmente imersa (30%), a linha de lama fica próxima à parte superior da haste. A fina película de lama no menisco evapora, concentrando ácido fosfórico e fluoretos em níveis muito elevados. A aeração diferencial torna a interface ar-lodo-um ambiente de fendas muito severo e a corrosão começa entre 200 e 500 horas. Com 70% da haste imersa, a linha de lama fica próxima ao topo e a parte inferior da haste possui contato prolongado com partículas sedimentadas de gesso e sulfato metálico. Na ponta, a corrosão sob-depósito é dominante, gerando poços abaixo da camada de lodo pesado onde o oxigênio está ausente e os cloretos ou fluoretos se concentram. A taxa de corrosão na ponta também é aumentada pela ação galvânica entre as zonas submersa e de vapor.

Distribuição quantitativa da profundidade do poço em várias profundidades de submersão

Testes controlados foram conduzidos em lodo de ácido fosfórico (40% P2O5, 20% de sólidos, 1.500 ppm de flúor) a 150 graus durante 1.000 horas, mostrando distribuições únicas de profundidade de poço. A 30% de submersão (70% da haste na zona de vapor), a profundidade máxima do poço é de 0,6-1,2 mm na linha de lama (menisco a 30% do comprimento do fundo). Pontuações menores que 0,1 mm são observadas na zona de vapor acima do menisco e pontuações de 0,2 a 0,4 mm são observadas na ponta inferior. A 50% de submersão (imersão igual) observa-se uma distribuição bimodal com pontuações de 0,4-0,8 mm na linha de lama e na ponta inferior. Para submersão de 70% (30% na zona de vapor), a maior profundidade do poço está na ponta inferior (0,8-1,5 mm) com a linha de lama mostrando poços de 0,3-0,6 mm. Em 100% de submersão (totalmente submersa), as pontuações são distribuídas uniformemente na metade inferior com profundidades de 0,5 a 1,0 mm e o efeito meniscal desaparece completamente.

Localização da cava influenciada pelo ciclo de submersão e composição do lodo

A frequência de ciclagem e o teor de sólidos do lodo influenciam a região de máximo piteamento. O menisco possui pontuações de 0,8-1,2 mm com submersão constante de 30% e 20% de sólidos de lodo com 1000 ppm de flúor. Nas mesmas condições, com uma submersão constante de 70%, a ponta inferior apresenta depressões de 0,9–1,5 mm. Em ciclos diários de imersão entre 30 e 70%, o menisco e a ponta inferior são fortemente atacados (profundidades de depressão de 1,2 a 2,0 mm) em ambos os locais. Os poços da ponta inferior aumentam para 1,5-2,5 mm na maior concentração de sólidos (40%) com submersão constante (70%). Com menos sólidos (10%) e submersão consistente de 30%, as pontuações meniscais são reduzidas para 0,3-0,6 mm à medida que menos lodo é coletado na interface. O efeito da concentração de flúor no pite é acelerador em todos os locais e não afeta a localização da profundidade máxima do pite para um determinado padrão de submersão.

Controle de profundidade de submersão para controlar a localização do poço

A tabela a seguir contém diretrizes para regulação da profundidade de submersão para regular a colocação de fossas e aumentar a vida útil do aquecedor em lodo de ácido fosfórico a 150°C.

Estratégia de operação de profundidade de submersão recomendada Racional Expectativa de vida útil (parede de 1,5 mm)
Submersão fixa 100% (totalmente submersa)Sem ataque de menisco, corrosão uniformemente distribuída 1-2 anos
Submersão corrigida com purga de 100% do lodo com remoção do lodo pelo fundoDiminui a ponta do fundo sob-corrosão do depósito 2–3 anos
Drenagem periódica completaNão imergir parcialmenteA drenagem forma menisco. Mantenha submerso por pelo menos 1 a 2 anos
Parte inferior do aquecedor a vapor (invertido)Não recomendado O menisco se desloca para cima; dano comparável<1 year
Aquecedor giratório semanal, imersão em 180 graus, qualquer dano entre o menisco e a ponta é de 2 a 3 vezes a extensão
Engenharia além do controle de submersão

O grau de titânio tem um efeito substancial na taxa de propagação do poço, mas não no local de ataque máximo. O grau 7 (paládio-estabilizado) melhora a propagação das pontuações em 50-70% nos meniscos e locais da ponta inferior. A espessura da parede proporciona uma tolerância à corrosão; uma parede de 2,5 mm com 1,0 mm por ano de corrosão no pior local sobreviverá 2,5 anos. O nível de lamas deve ser monitorizado regularmente; um controlador de nível para manter a imersão sempre completa elimina o menisco. A purga periódica do lodo (remoção regular de sólidos sedimentados do fundo) minimiza a corrosão por subdepósito na ponta. Se a submersão parcial não puder ser evitada, uma manga de PTFE é instalada na zona esperada do menisco para isolar o titânio da película de lama concentrada.

Fazendo uma especificação educada

Projete um tanque para conter uma barra de aquecimento vertical de titânio em lama de ácido fosfórico a 150 graus e 100% de submersão em todos os momentos. Instale um sistema de controle de nível com aviso de submersão de 90% e corte do aquecedor-em 80% para evitar a exposição do menisco. Para aquecedores existentes que precisam funcionar com imersão parcial, especifique titânio Grau 7 e uma luva retrátil de PTFE de 100 mm de comprimento na linha de lodo prevista. O mapeamento ultrassônico da espessura da haste na zona do menisco e na ponta inferior deve ser realizado a cada três meses durante a operação. Se a profundidade do poço for superior a 0,5 mm em qualquer local, rode o aquecedor 180 graus (se simétrico) ou substitua-o. Com o conhecimento de como a profundidade de submersão influencia a posição da profundidade máxima do poço, o engenheiro pode aplicar procedimentos específicos de inspeção e mitigação aos aquecedores verticais de titânio em lodo de ácido fosfórico.