Kāpēc titāna iegremdējamam sildītājam, kas uzstādīts izkausētā sēra tvertnē (135 grādi, satur sērūdeņradi un polisulfīdus), biezāka siena nav izdevīga, jo korozija ir vienmērīga un kalpošanas laiku nosaka kopējā dzelzs izšķīšana?

Būtisks kompromiss titāna sildītāju projektēšanā attiecībā uz apkalpošanu izkausētā sērā
Molten sulphur tanks are maintained at 135°C to keep sulphur in liquid form for transportation or processing. The sulfur is saturated with hydrogen sulfide (H₂S) and polysulfides (H₂S_x) in solution. Titanium immersion heaters are utilized because titanium has strong resistance to sulphur and sulphides at moderate temperatures. However, titanium corrodes in molten sulfur by a chemical process: Ti + 2S ->TiS₂ Korozija ir konsekventa, neveidojas vai neplaisā vienā vietā. Likme ir aptuveni 0,05-0,15 mm/gadā atkarībā no H2S satura. Tā kā korozija ir vienmērīga, kopējais metāla zudums (sienu retināšana) nosaka sildītāja kalpošanas laiku. Lielāks sienu biezums nozīmē proporcionāli ilgāku kalpošanas laiku. Divreiz lielāks sienas biezums nozīmē divreiz ilgāku kalpošanas laiku. Taču nav sliekšņa biezuma, zem kura korozija paātrinās vai apstāsies. (Ar bedrēm biezākas sienas dod mazāku atdevi.) Šis pētījums parāda vienkāršas lineāras mērogošanas iemeslu vienmērīgas korozijas gadījumā un optimālu sienas biezumu (1,5-2,0 mm) izkausētā sēra servisa gadījumā.

Vienmērīgas korozijas mehānisms: ietekme uz mehānisko integritāti
Tika konstatēts, ka titāna virsma tieši reaģē ar sēru un polisulfīdiem izkausētā sērā 135 grādu temperatūrā, izraisot titāna disulfīda (TiS2) veidošanos. TiS 2 pārklājums ir relatīvi aizsargājošs, taču plūstošais kausētais sērs to lēnām izšķīst vai nobirst. Korozijas ātrums atbilst lineārai kinētikai: d=kt, kur k ir 0,05–0,15 mm/gadā. Nav pasīvās plēves sabrukšanas sliekšņa, nav kritiskās temperatūras punktveida veidošanās gadījumā un nav mehānisma sprieguma korozijas plaisāšanai. Korozija ir nemainīga visā iegremdētajā virsmā.

Nav lokalizēta uzbrukuma, tāpēc laiks līdz perforācijai ir vienkāršs: t_perf=(sākotnējais sienas biezums) / (korozijas ātrums). Ja korozijas ātrums ir 0,10 mm/gadā, 1,2 mm siena tiks perforēta 12 gados. 15 gados 1,5 mm sienai. 20 gados 2,0 mm biezai sienai. Attiecība ir perfekta taisna līnija. Tāpēc biezāka siena ir priekšrocība tieši proporcionāli papildu materiālam. Tomēr titāna izmaksas arī lineāri palielinās līdz ar biezumu. Pārmērīgi bieza lietošana nesniedz nekādu nelineāru labumu.

Siltuma veiktspējas ietekme: siltuma pārneses sods
Biezāka siena rada nelielas, bet reālas siltuma izmaksas. Tipiskai siltuma plūsmai 2,0 W/cm$^2$ konvektīvā pretestība dominē izkausētā sērā (h $\\apmēram $ 500 W/m$^2$K augstās viskozitātes dēļ). 1,2 mm sienai R_cond=7.1e-5; 2,0 mm sienai R_cond=1.18e-4. Kopējā pretestība tiek palielināta par 8%, līdz ar to virsmas temperatūra tiek paaugstināta par 2–3 grādiem. Tas nedaudz paātrina korozijas ātrumu (apmēram 10%, ja temperatūra paaugstinās par 3'C), nedaudz liedzot biezākas sienas priekšrocības. Kopējais ieguvums, palielinot no 1,2 mm līdz 2,0 mm, ir mūža pagarinājums no 12 gadiem līdz aptuveni 18 gadiem (nevis par 20 gadiem temperatūras paātrinājuma dēļ). Atdeves samazināšanās likums darbojas, lai gan vāji.

Mūris{0}}siena biezums un kalpošanas laiks
Sienas biezums (mm) Korozijas ātrums pie 135 grādiem (mm/gadā) Temperatūras paātrinājuma koeficients Efektīvais korozijas ātrums (mm/gadā) Laiks līdz perforācijai (gadi) Relatīvās materiāla izmaksas 1,0 mm 0.10 1.00× 0.10 10 gadi 1,0 × 1,2 mm {{.7}} × 1,2 mm {{.7}} gadi 0.10 1.05× 0.105 14.3 gadi 1,5 × 1,8 mm 0.10 1.08 × 0.108 16.7 gadi 1,8 × 2,0 mm 0.10 1.10 × 0.110 18.2 gadi 2,0 × 2,5 mm 0.10 1.15 × 0.115 21.7 gadi 2,5 ×
2,0 mm biezas sienas kalpošanas laiks ir 18 gadi, par 80% garāks nekā 1,0 mm biezai sienai, bet ar 100% vairāk materiālu izmaksām. 1,5 mm siena nodrošina 14 gadus ar 50% lielākiem izdevumiem, kas bieži vien ir labākais ekonomiskais punkts.

Inženierzinātnes aiz sienas: temperatūras kontrole un sēra kvalitāte
H₂S koncentrācija izkausētajā sērā ir ļoti jutīgs korozijas ātruma parametrs. Tīrā sērā (zems H2S) rādītāji ir tik zemi kā 0,03 mm/gadā. Skābais sērs ar augstu H2S un polisulfīdiem var būt pat 0,25 mm/gadā. Ja sēra kvalitāte ir slikta, ir nepieciešama biezāka siena, bet labāka pieeja ir sēra tvertnes izsmidzināšana ar slāpekli, lai attīrītu H2S, samazinot korozijas ātrumu par 70–80%. Slāpekļa izsmidzināšana 30+ Gadi 1,2 mm siena Temperatūras pārvaldība ir arī svarīga: tvertnes temperatūras samazināšana no 135 grādiem līdz 125 grādiem samazina korozijas ātrumu par aptuveni 40%, kas ļauj izveidot plānākas sienas.

Secinājums: lineārs ieguvums{0}}Atlasiet sienu kā dzīves un izmaksu funkciju
Biezāka siena ir noderīga titāna iegremdējamam sildītājam izkausētā sēra tvertnē 135 grādu temperatūrā ar H2S un polisulfīdiem, jo ​​korozija ir vienmērīga un kalpošanas laiks ir atkarīgs no kopējā izšķīdinātā metāla daudzuma. Sienas biezuma dubultošana aptuveni divkāršo kalpošanas laiku (ar nelielu sodu no temperatūras paātrinājuma). Ieteicamais sienas biezums: 1,2–1,5 mm uz 10 dzīves gadiem; 1,5–1,8 mm uz 15 dzīves gadiem; 2,0–2,5 mm uz 20 dzīves gadiem. Nav sliekšņa efekta (biezākas sienas nedarbojas). Labākā ekonomiskā izvēle parasti ir 1,5 mm, kas nodrošina 14 gadu kalpošanas laiku pie par 50% vairāk nekā 1,0 mm sienas. Sniedziet ražotājam aprēķināto H₂S koncentrāciju un darba temperatūru, lai tas varētu aprēķināt precīzu korozijas ātrumu. Izkausēta sēra gadījumā sienas biezums ir tiešs lineārs konstrukcijas mainīgais. Biezāks ir labāks, bet dārgāks{22}}izvēlies visu mūžu.