Kad titāna cauruļu sildītājs ir vēlāk uzstādīts vecā svina-tvertnē, kurā ir 98% sērskābe apkārtējās vides temperatūrā, kāpēc sienas biezums ir gandrīz nenozīmīgs tūlītējas pasivācijas dēļ?

Būtiski kompromisi{0}}koncentrētas sērskābes titāna sildītāju projektēšanā
Titāns ir viens no nedaudzajiem materiāliem, kas var nodrošināt izcilu izturību pret koroziju biezās -sienās koncentrētā sērskābē (98% H2SO4) apkārtējās vides temperatūrā (20-30 grādi). Augstā skābes koncentrācija nodrošina ātru stabila, praktiski nešķīstoša titāna sulfāta vai titāna dioksīda aizsargājoša pārklājuma veidošanos. Iegremdēšana izraisa pasivāciju milisekundēs. Pēc pasivēšanas 2. pakāpes titāna korozijas ātrums 98% H₂SO₄ 25 grādu temperatūrā ir mazāks par 0,001 mm gadā – inženiertehniskiem lietojumiem būtībā nulle. Desmitiem gadu laikā nav novērojama retināšana, tāpēc korozijas pielaidei nav nozīmes un sienas biezumam nav nozīmes. Sienu biezuma prasības attiecas tikai uz mehānisko (kraušanas, spiediena un uzstādīšanas slodzes) un ražošanas iespējamību. Pētījums parāda, kāpēc šim īpašajam pakalpojumam nav nepieciešamas biezas sienas un kāpēc pasivācijas slānis novērš koroziju kā dizaina mainīgo.

Ietekme uz mehānisko integritāti: tūlītējas pasivācijas mehānisms
Kad titāns tiek pakļauts 98 % H 2 SO 4 istabas temperatūrā, virsma ķīmiski ātri reaģē: Ti + 2H2SO4 → Ti(SO4)2 + 2H2 Bet izveidojies titāna sulfāta slānis ir blīvs, pielipis un koncentrētā skābē nešķīstošs. Atšķaidīta sērskābe izšķīdina pasīvo plēvi, bet koncentrēta skābe stabilizē plēvi. Pasivācija notiek 1–2 sekunžu laikā pēc iegremdēšanas. Rentgenstaru fotoelektronu spektroskopijas (XPS) izmeklēšana atklāj 5–10 nm biezu TiO₂ un Ti(SO₄)₂ jaukta virsmas slāni. Slānis ir ķīmiski izturīgs, un pēc tūkstošiem stundu ilgas iedarbības nav novērota nosakāma sadalīšanās.

Korozijas ātrums ir tik zems, ka to nevar noteikt ar normāliem svara zuduma mērījumiem. Augstākais ziņotais rādītājs 2. pakāpes titānam 98% H2SO4 25 grādu temperatūrā ir 0,0005 mm/gadā. Sienas biezumam 0,5 mm (minimālais iespējamais sildītāja caurulēm) teorētiskais ilgmūžība pārsniedz 1000 gadus. Tāpēc korozijas pielaide nav piemērojama. Sienas biezums tiek izvēlēts tikai mehānisku iemeslu dēļ: lai izturētu iekšējo spiedienu (parasti pieticīgs iegremdējamiem sildītājiem), lai izturētu bojājumus uzstādīšanas laikā un nodrošinātu pietiekamu izturību pie vītņotiem savienojumiem vai metinājuma šuvēm.

Siltuma veiktspējas ietekme: pasivēšana un siltuma pārnese
Tūlītējam pasivācijas slānim nav novērojamas ietekmes uz siltuma pārnesi. Slāņa biezums (5-10 nm) ir par trim kārtām mazāks par termiskā fonona viļņa garumu, un tāpēc tas neizraisa termisko pretestību. Tomēr siltuma pārnesi caur vadošu pretestību ietekmē titāna sieniņu biezums. 1,0 mm sienai ir delta T kondensāts=1.2C ar tipisku siltuma plūsmu 2,0 W/cm2 apkārtējās temperatūras skābē (kas darbības laikā uzkarst). 2,0 mm sienai ir delta T kondensāts=2.4C. Šīs ir nelielas izmaiņas, bet tā nav nulle. Faktiski sildīšanas procedūra faktiski paaugstinās skābes temperatūru. Pasivācijas slānis saglabājas stabils vismaz līdz 80 grādiem 98% H 2 SO 4 .

Koncentrētas sērskābes sieniņu biezuma{0}}izmaiņas sintēze
Sienas biezums (mm) Korozijas ātrums (mm/gadā) Korozijas pieļaujamais mūžs (gados) Mehāniskā atbilstība Ieteicamais 98% H 2 SO 4 pie 25 grādiem ?
0,5 mm<0.001 >500 gadi Margināls (viegli sasmalcina) Nē (pārāk delikāts)
0,8 mm<0.001 >800 gadi Nepieciešama rūpīga apstrāde Jā (minimums)
<0.001 >1000 gadi 1,0 mmJā (parasti) Labi
1,2 mm<0.001 >1200 y Jā. Ļoti labi.
<0.001 >1500 gadi 1,5 mm Lieliski Jā (vairāk nekā -norādīts, bet labi)
2,0 mm<0.001 >2000 gadiGood Over{2}}norādīts (dārgi)
Sienas biezums no 0,8 mm līdz 2,0 mm nodrošina ievērojamu izturību pret koroziju. Izvēlei jābūt balstītai uz minimālo biezumu, kas konkrētajai iekārtai nodrošinās pietiekamu mehānisko izturību.

Inženierzinātnes aiz sienas: ūdens piesārņojuma risks
Lielākais apdraudējums ar koncentrētu sērskābi ir nevis sieniņu biezums, bet gan ūdens piesārņojums. Kad skābes koncentrācija ir zem 90% ūdens absorbcijas dēļ no atmosfēras, pasivācijas slānis var tikt iznīcināts un korozijas ātrums palielinās līdz 0,1–1,0 mm/gadā. Ūdens var izkliedēties caur svina oderējumu vai caur skābes padevi iekļūt tvertnē ar svinu{5}}. Titāna sildītājs, kas ir pilnībā pasīvs 98% skābē, var sākt strauji korodēt, ja skābe ir atšķaidīta līdz 85% vai mazāk. Tādējādi sienas biezumam jābūt ar korozijas robežu iespējamiem atšķaidīšanas gadījumiem. 1,0 mm siena nodrošina 1-10 gadu kalpošanas laiku pie 0,1–1,0 mm/gadā, kas ir pietiekami periodiskiem traucējumiem. 0,8 mm siena aizņem mazāk vietas. Tātad 1,0 mm ir saprātīgs minimums darbībām reālajā pasaulē.

Secinājums: 1,0 mm siena ir praktisks minimums — ne korozijai, bet gan izturībai
Piemēram, ja titāna cauruļu sildītājs ir modernizēts vecā svina -izklātā tvertnē 98% sērskābes tvertnē apkārtējās vides temperatūrā, sienas biezumam būtībā nav nozīmes izturībai pret koroziju: skābe nekavējoties pasivē titānu, un korozijas ātrums ir mazāks par 0,001 mm gadā. No korozijas viedokļa pat 0,5 mm siena izturētu vairāk nekā 500 gadus. Taču sienu biezumam jābūt pietiekamam mehāniskai apstrādei un uzstādīšanai, kā arī jāpiedāvā korozijas pielaide iespējamiem skābes atšķaidīšanas gadījumiem. Mēs iesakām 2. klases titānu ar sieniņu biezumu no 1,0 mm līdz 1,2 mm, kas ir pietiekami plāns labai siltuma pārnesei, bet pietiekami biezs, lai izturētu iespiedumus un nodrošinātu rezervi pret nejaušu atšķaidīšanu. Biezākas sienas (1,5–2,0 mm) nav nepieciešamas, un tās palielina izmaksas, neradot korozijas priekšrocības. Koncentrētas sērskābes sildītāju specifikācijas kritiskie izmēri ir nevis sieniņu biezums, bet gan skābes koncentrācijas nodrošināšana virs 90% un ūdens infiltrācijas novēršana. Informējiet ražotāju par vēlamo skābes koncentrāciju. Lai nodrošinātu konsekventu 98% skābi, norādiet 1,0 mm sienu. Dažādai koncentrācijai (90–98%) pieņem konservatīvu 1,2 mm sienu.