Olvadt kéntartályba (135 fokos, hidrogén-szulfidot és poliszulfidokat tartalmazó) telepített titán merülőfűtő esetén miért nem előnyös a vastagabb fal, mert a korrózió egyenletes, és az élettartamot a teljes vasoldódás határozza meg?

Az alapvető kompromisszum a titán fűtőberendezés tervezésében az olvadt kén szolgáltatásához
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 A korrózió egyenletes, egyetlen területen nem lyukas vagy repedés. Az arány a H2S-tartalomtól függően kb. 0,05-0,15 mm/év. Mivel a korrózió egyenletes, a teljes fémveszteség (fal elvékonyodása) határozza meg a fűtőelem élettartamát. A nagyobb falvastagság arányosan hosszabb élettartamot jelent. A falvastagság kétszerese kétszeres élettartamot jelent. De nincs küszöbvastagság, amely alatt a korrózió felgyorsul, vagy amely felett megáll. (Gödrösítésnél a vastagabb falak csökkenő hozamot adnak.) Ez a kutatás rávilágít az egyszerű lineáris lerakódásra egyenletes korrózió és optimális falvastagság (1,5-2,0 mm) olvadt kén esetén.

Az egyenletes korrózió mechanizmusa: Hatás a mechanikai integritásra
Azt találták, hogy a titán felülete közvetlenül reagál a kénnel és a poliszulfidokkal az olvadt kénben 135 °C-on, ami titán-diszulfid (TiS2) képződéséhez vezet. A TiS 2 bevonat viszonylag védő hatású, de az áramló olvadt kén lassan feloldja vagy leválik róla. A korróziós sebesség lineáris kinetikát követ: d=kt, ahol k 0,05-0,15 mm/év. Nincs passzív filmlebomlási küszöb, nincs kritikus hőmérséklet a lyukképződéshez, és nincs mechanizmus a feszültségkorróziós repedésekhez. A korrózió egyenletes az egész bemerített felületen.

Nincs lokalizált támadás, ezért a perforáció ideje egyszerűen: t_perf=(kezdő falvastagság) / (korróziós sebesség). Ha a korróziós sebesség 0,10 mm/év, akkor egy 1,2 mm-es fal 12 év. 15 év alatt lyukasztódik ki 1,5 mm-es fal esetén. 20 év alatt 2,0 mm vastag fal esetén. Az összefüggés tökéletes egyenes. Ezért előnyös a vastagabb fal a többletanyaggal egyenes arányban. A titán ára azonban szintén lineárisan nő a vastagsággal. Nincs nemlineáris előnye annak, ha túl vastagon megyünk.

Hőteljesítményre gyakorolt ​​hatás: Hőátviteli büntetés
A vastagabb fal kicsi, de valós hőköltséggel jár. Egy tipikus 2,0 W/cm$^2$ hőáram esetén a konvektív ellenállás dominál olvadt kénben (h $\\kb. 500 W/m$^2$K a nagy viszkozitás miatt). 1,2 mm-es falhoz R_cond=7.1e-5; 2,0 mm-es falhoz R_cond=1.18e-4. A teljes ellenállás 8%-kal nő, így a felületi hőmérséklet 2-3 fokkal nő. Ez egy kicsit felgyorsítja a korróziós sebességet (3°C-os emelkedésnél kb. 10%-kal), némileg megcáfolva a vastagabb fal előnyeit. Az 1,2 mm-ről 2,0 mm-re történő növelés általános előnye, hogy az élettartam 12 évről körülbelül 18 évre nő (nem 20 évvel a hőmérsékleti gyorsulás miatt). A csökkenő hozam törvénye érvényesül, bár gyengén.

Kompromissz{0}}a falvastagság és az élettartam között
Falvastagság (mm) Korróziós sebesség 135 fokon (mm/év) Hőmérséklet-gyorsulási tényező Effektív korróziós sebesség (mm/év) Perforációig eltelt idő (év) Relatív anyagköltség 1,0 mm 0.10 1.00× 0.10 10 év 1,0 × 1,2 mm {{.7}}} × 1,0 × 1,2 mm {{.7}} év 0.10 1.05× 0.105 14.3 év 1,5× 1,8 mm 0.10 1.08× 0.108 16.7 év 1,8× 2,0 mm 0.10 1.10× 0.110 18.2 év 2,0× 2,5 mm 0.10 1.15× 0.115 21.7 év 2,5×
A 2,0 mm vastag fal élettartama 18 év, 80%-kal hosszabb, mint az 1,0 mm vastag falé, de 100%-kal több anyagköltséggel. Az 1,5 mm-es fal 14 évig 50%-kal több költséggel bír, gyakran a legjobb gazdaságossági pont.

Mérnöki munka a fal mögött: hőmérséklet-szabályozás és kénminőség
Az olvadt kén H₂S koncentrációja nagyon érzékeny paraméter a korróziós sebesség szempontjából. A tiszta kénben (alacsony H2S) az arány 0,03 mm/év. A magas H2S-t és poliszulfidokat tartalmazó savanyú kén akár 0,25 mm/év is lehet. Ha a kén minősége rossz, vastagabb falra van szükség, de jobb megoldás, ha a kéntartályt nitrogénnel öblítik át a H2S eltávolítására, ami 70-80%-kal csökkenti a korróziós sebességet. Nitrogénfröccsölés 30+ Évek 1,2 mm-es fal A hőmérséklet szabályozása is fontos: a tartály hőmérsékletének 135 fokról 125 fokra való csökkentése körülbelül 40%-kal csökkenti a korróziós sebességet, ami vékonyabb falakat tesz lehetővé.

Következtetés: Lineáris haszon{0}}Válassza ki a falat az élettartam és a költség függvényeként
A vastagabb fal hasznos a 135 fokos olvadt kéntartályban H2S-vel és poliszulfidokkal ellátott titán merülőmelegítőkhöz, mivel a korrózió egyenletes, és az élettartam az oldott fém teljes mennyiségétől függ. A falvastagság megkétszerezése nagyjából megduplázza az élettartamot (a hőmérséklet-gyorsulás egy kis büntetésével). Javasolt falvastagság: 1,2–1,5 mm 10 éves élettartamra; 1,5-1,8 mm 15 éves élettartamra; 2,0-2,5 mm 20 éves élettartamra. Nincs küszöbhatás (a vastagabb falak nem működnek). A legjobb gazdaságos választás általában az 1,5 mm-es, ami 14 év élettartamot biztosít 50%-kal több, mint 1,0 mm-es fal esetén. Adja meg a gyártónak a becsült H₂S-koncentrációt és az üzemi hőmérsékletet, hogy a pontos korróziós sebességet kiszámíthassa. Olvadt kén esetén a falvastagság közvetlen lineáris tervezési változó. A vastagabb jobb, de drágább,{22}}válassza az élethez szükséges.