Nulles{0}}šķidruma-izplūdes iztvaicētājā, kas apstrādā augstu-hlorīdu (100 000 ppm) sālījumā 120 grādu temperatūrā. Kā skābekļa klātbūtne kontrolē titāna apvalka pasivācijas stabilitāti?

Būtisks kompromiss{0}}titāna sildītāja dizainā augstas temperatūras sālsūdens iztvaicētājiem
Nulles -šķidrumu-iztvaicētājos rūpnieciskie notekūdeņi tiek koncentrēti tuvu piesātinājumam, lai radītu sālījumus ar hlorīda koncentrāciju līdz 100 000-150 000 ppm 100{18}}120 grādu darba temperatūrā. Šajā pakalpojumā izmantotie iegremdējamie sildītāji ir vēlams no titāna, jo tiem ir izcila vispārējā izturība pret koroziju hlorīda šķīdumos. Tomēr šie smagie apstākļi pārbauda titāna pasivitātes robežas. Sālsūdenī (19 000 ppm Cl⁻ pie 30 grādiem) titāns ir bezgalīgi pasīvs, bet 100, 000+ ppm hlorīdu klātbūtnē 120 grādos pasīvais titāna dioksīda slānis ir stāvoklī, kurā tā stabilitāte ir ļoti atkarīga no izšķīdinātā skābekļa koncentrācijas. Skābekļa apstākļos pasīvā plēve ātri sadzīst, un titāna apvalks (1,0 mm) ar plānu sieniņu biezumu var nodrošināt vairāku{24}gadu kalpošanu. Pasīvā plēve sabojājas apstākļos, kad trūkst skābekļa vai ir atgaisots, un var rasties ātra lokāla bedre un ūdeņraža absorbcija, kas dažu mēnešu laikā pārrauj 2,5 mm sienu. Skābeklis darbojas kā katoda depolarizators un novirza korozijas potenciālu pasīvajā zonā. Šajā analīzē aplūkota saistība starp skābekļa pasivitāti un sniegti ieteikumi sieniņu biezumam kā funkcijai no prognozētās izšķīdušā skābekļa koncentrācijas ZLD iztvaicētāja servisā.

Ietekme uz mehānisko integritāti: atgaisoti un gāzēti apstākļi pasivēšanai
Titānu pasivē stabila TiO2 plēve, kas tiek nepārtraukti repasivēta gāzētos hlorīda šķīdumos paaugstinātā temperatūrā. Pasīvās plēves virsmas katodiskā reakcija ir izšķīdušā skābekļa (O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻) reducēšanās reakcija. Nepieciešamais izšķīdušā skābekļa līmenis, lai uzturētu 2. pakāpes titāna pasivitāti 100 000 ppm hlorīda sālījumā 120 grādu temperatūrā, ir aptuveni 0,5 ppm. Pie šī sliekšņa korozijas potenciāls joprojām ir virs punktveida potenciāla (~+300 mV pret Ag/AgCl), savukārt vienmērīgais korozijas ātrums ir mazāks par 0,01 mm/gadā. Zem 0,5 ppm skābekļa katoda reakcija tiek novirzīta uz ūdens reducēšanu (2H2O + 2e- → H2 + 2OH-), veidojot ūdeņradi uz virsmas. Korozijas potenciāls pāriet aktīvajā zonā, un hlorīda joni var iekļūt bojātajā pasīvajā plēvē. Atgaisotos apstākļos (skābeklis < 0,1 ppm) 120 grādos sālījumā ar augstu -hlorīda saturu izmērītais punktu veidošanās ātrums ir 0,5–1,0 mm gadā, kas norāda, ka 1,5 mm siena var perforēt 18–36 mēnešos. Vēl svarīgāk ir tas, ka katoda vietās radītais ūdeņradis migrē titāna režģī un izraisa trauslumu, kas izraisa plaisāšanu pirms cauruma perforācijas. Tāpēc apvalka mehāniskā integritāte ir atkarīga ne tikai no sienas biezuma, bet arī no pietiekama izšķīdušā skābekļa klātbūtnes, lai atbalstītu katoda reakciju, kas uztur titānu pasīvā stāvoklī.

Ietekme uz termisko veiktspēju: skābekļa samazināšanās uz karstām virsmām
The temperature differential across the titanium sheath causes a local oxygen concentration gradient. The solubility of dissolved oxygen diminishes as brine is heated over the sheath surface. At bulk brine temperatures of 120 °C the equilibrium oxygen solubility at 1 atm is ~2 ppm. At the titanium surface, the local oxygen solubility is reduced to around 1.5 ppm, where it may reach 125-130°C due to electrical resistance through the wall. This difference is generally not enough to result in loss of passivity. However, the surface temperature can be higher than 140 C when the heater works with high power density (>3.5 W/cm 2 ) or with thick wall (>1.8 mm), where oxygen solubility is less than 1 ppm. Even at these temperatures, a bulk oxygen content of 2 ppm may not be enough to keep the sheath surface passive. Finite element modeling of oxygen transport indicates that a 1.2 mm wall at a surface temperature of 128°C consumes oxygen at the cathodic surface at a rate that can be sustained by diffusion from the bulk if the bulk concentration is greater than 1.5 ppm. A 2.0 mm wall at a surface temperature of 142°C necessitates a bulk oxygen concentration of >3 ppm, kas parasti nav iespējams ZLD iztvaicētājos ar atgaisošanu. Tādējādi plānākas sienas ne tikai palielina siltuma caurlaidību, bet arī pazemina virsmas temperatūru, saglabājot apvalku zemākā un ar skābekli saderīgākā temperatūras režīmā.

Izpārdošanas sintēze-: skābekļa koncentrācija kā sienas biezuma reizinātājs
Zemāk redzamā matrica parāda ieteicamo titāna sieniņu biezumu ZLD iztvaicētāja sildītājam 100 000 ppm hlorīda sālījumā 120 grādos atkarībā no noteiktās izšķīdušā skābekļa koncentrācijas recirkulācijas sālījuma plūsmā.

Izšķīdināts skābeklis lielapjoma sālījumā (ppm pie 120 grādiem) Ieteikumi par titāna sieniņu biezumu (2. pakāpe) Pasīvās plēves kodola paredzamā stabilitāte un kalpošanas laiks Inženierijas pamatojums 2,0 ppm (pilnībā aerēts, atvērts iztvaicētājs ar gaisa izsmidzināšanu) 1,0 mm – 1,2 mm Teicami. > 5 gadi Skābekļa koncentrācija pārsniedz kritisko slieksni. Stabila pasīvā plēve. Plāna siena uzlabo siltuma pārnesi un samazina virsmas temperatūru. Korozijas pielaide 0,05 mm/gadā nodrošina drošības buferi.
1,0–2,0 ppm (mērena aerācija, daļēji noslēgta sistēma) 1,4 mm–1,6 mm Labi; 3 – 5 gadi Skābeklis tuvojas kritiskajam slieksnim. Biezāka siena nodrošina korozijas pielaidi nepāra iegremdēšanai skābeklī. Mērens sienas biezums nodrošina kompromisu starp termisko veiktspēju un pasivācijas robežu.
Zems skābekļa daudzums, de{0}}aerēta barība, zema gaisa iekļūšana 0,5–1,0 ppm 1,8 mm–2,0 mm Robeža; 2–3 gadi Skābeklis nedaudz virs kritiskā līmeņa. Ir augsts bedru veidošanās risks. Bieza siena nepieciešama korozijas pielaidei. Ieteicams ūdeņraža trausluma uzraudzībai. Skriešana pie šāda skābekļa līmeņa nav laba.
< 0.5 ppm (deaerated, e.g. closed loop with oxygen scavengers)Not recommended (any thickness) Unstable; < 18 months Passivity is not sustainable. Pitting and hydrogen embrittlement will occur independent of wall thickness Reintroduction of oxygen or other material (such as titanium-palladium Grade 7 or zirconium) is necessary.
Skābekļa pārvaldības un kvalitātes izvēles inženierija ārpus sienas
ZLD iztvaicētāja konstrukcija nodrošina darbību zemā izšķīdušā skābekļa līmenī < 1 ppm. Ir parādīti trīs savstarpēji papildinoši risinājumi, lai atjaunotu titāna pasivitāti bez nepieciešamības pēc nepraktiski biezām sienām. Pirmkārt, gaisa vai skābekļa burbuļošana sālsūdens recirkulācijas cilpā paaugstinās skābekļa koncentrāciju līdz 2–3 ppm, kas parasti ir pietiekama pat plānās -sienu titāna sildītājiem. Gaisa izsmidzināšana maksā mazāk enerģijas, salīdzinot ar biežu sildītāju nomaiņu. Otrkārt, pāreja no 2. pakāpes uz 7. pakāpes titānu (Ti-0,15% Pd) samazina kritisko skābekļa līmeni pasivitātei no 0,5 ppm līdz mazāk nekā 0,1 ppm. Palādija klātbūtne darbojas kā katoda katalizators, ļaujot ūdeņraža reducēšanai turpināties ar zemāku pārpotenciālu un izraisot korozijas potenciāla maiņu uz pasīvo diapazonu pat atgaisotos sālījumos. Lauka dati no ZLD iztvaicētājiem liecina, ka 7. pakāpes titāns ar 1,2 mm sieniņu biezumu var izdzīvot sālījumos ar 0,2 ppm skābekļa saturu 6–8 gadus, savukārt 2. pakāpes titāns sabojājas mazāk nekā 2 gados. Treškārt, nātrija hidroksīda izmantošana palīdz uzturēt nedaudz sārmainu pH (8,5–9,5), kas stabilizē pasīvo plēvi un samazina nepieciešamību pēc skābekļa. 2. pakāpei pie pH 9 nepieciešamā skābekļa koncentrācija samazinās līdz 0,2 ppm, ļaujot izveidot plānākas sienas pat daļēji atgaisotās sistēmās.

Secinājums: plānas{0}}sienu titāna sildītāji augsta hlorīda sālījumā, kas iegūti, izmantojot skābekļa kontroli
ZLD iztvaicētājā, kas apstrādā 100 000 ppm hlorīda sālījumu 120 grādu temperatūrā, skābeklis ir galvenais faktors, kas ietekmē titāna apvalka pasivācijas stabilitāti un nepieciešamo sieniņu biezumu. Parastais 1,0-1,2 mm sienas 2. klases titāna sildītājs nodrošina stabilu vairāku gadu kalpošanas laiku, ja izšķīdušā skābekļa līmenis pārsniedz 2 ppm. Ja skābekļa saturs ir no 0,5 līdz 2 ppm, sieniņu biezums jāpalielina līdz 1,5 līdz 2,0 mm, lai ņemtu vērā koroziju, jo palielinās bedru veidošanās risks. Nav reāla 2. pakāpes sieniņu biezuma, kas nodrošinātu pietiekamu dzīvi zem 0,5 ppm skābekļa. Atbilde ir vai nu atkārtoti ieviest skābekli (gaisa izsmidzināšana), vai jaunināt uz 7. klases titānu ar pallādiju, kas paliks pasīvs pat atgaisotos apstākļos. Tehniskais padoms jaunajām ZLD iztvaicētāju instalācijām ir konstruēt izšķīdušā skābekļa koncentrāciju vismaz 2 ppm, izmantojot kontrolētu gaisa izsmidzināšanu, un pēc tam norādīt 2. pakāpes titānu ar 1,2 mm sieniņu biezumu. Šī kombinācija nodrošina maksimālu siltuma pārnesi, minimālās materiālu izmaksas un sildītāja kalpošanas laiku 5+ gadus. Meklējot cenu, norādiet aptuveno izšķīdušā skābekļa līmeni (ppm) un sālījuma pH darba temperatūrā, jo šie parametri ir svarīgāki sildītāja kalpošanas laikā nekā sienas biezums atsevišķi.