Miks ei ole paksemast seinast kasu, kui titaanist sukelsoojendi on paigaldatud sulaväävlipaaki (135 kraadi, sisaldab vesiniksulfiidi ja polüsulfiide), kuna korrosioon on ühtlane ja eluea määrab raua täielik lahustumine?
Jäta sõnum
Põhiline kompromiss titaanküttekeha projekteerimisel sulaväävli teeninduse osas
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 Korrosioon on ühtlane, ühes piirkonnas ei teki täppe ega pragusid. Sõltuvalt H2S sisaldusest on kiirus umbes 0,05-0,15 mm/aastas. Kuna korrosioon on ühtlane, määrab metalli kogukadu (seina õhenemine) küttekeha eluea. Suurem seinapaksus tähendab proportsionaalselt pikemat eluiga. Kahekordne seinapaksus tähendab kahekordset kasutusiga. Kuid ei ole lävepaksust, millest allpool korrosioon kiireneb või millest kõrgemal see peatub. (Punktide korral annavad paksemad seinad kahaneva tulu.) Antud uurimustöö näitab lihtsa lineaarse skaleerimise põhjust ühtlase korrosiooni korral ja optimaalset seina paksust (1,5-2,0 mm) sulaväävli kasutamisel.
Ühtlase korrosiooni mehhanism: mõju mehaanilisele terviklikkusele
Leiti, et titaanpind reageerib otseselt väävli ja polüsulfiididega sulas väävlis 135 kraadi juures, mille tulemuseks on titaandisulfiidi (TiS2) moodustumine. TiS 2 kate on suhteliselt kaitsev, kuid voolava sulaväävli toimel lahustub see aeglaselt või laiali. Korrosioonikiirus järgib lineaarset kineetikat: d=kt, kus k on 0,05–0,15 mm/aastas. Puudub passiivne kile lagunemise lävi, kriitiline temperatuur punktide tekkeks ega pingekorrosioonipragunemise mehhanism. Korrosioon on ühtlane kogu sukeldatud pinna ulatuses.
Puudub lokaalne rünnak, seega on perforatsiooni aeg lihtsalt: t_perf=(seina algpaksus) / (korrosioonikiirus). Kui korrosioonikiirus on 0,10 mm/aastas, perforeeritakse 1,2 mm sein 12 aastaga. 15 aastaga 1,5 mm paksuse seina korral. 20 aastaga 2,0 mm paksuse seina korral. Seos on täiuslik sirgjoon. Seetõttu on paksem sein eeliseks otseses proportsioonis lisamaterjaliga. Titaani hind tõuseb aga samuti lineaarselt paksusega. Äärmiselt paksuks muutumisest pole mittelineaarset kasu.
Mõju soojustõhususele: soojusülekande trahv
Paksem sein toob kaasa väikese, kuid reaalse soojuskulu. Tüüpilise soojusvoo 2,0 W/cm$^2$ korral domineerib sula väävlis konvektiivtakistus (kõrge viskoossuse tõttu h $\\umbes $ 500 W/m$^2$K). 1,2 mm seinale R_cond=7.1e-5; 2,0 mm seina jaoks R_cond=1.18e-4. Kogutakistust suurendatakse 8%, mistõttu pinnatemperatuur tõuseb 2–3 kraadi võrra. See kiirendab veidi korrosioonikiirust (umbes 10% 3'C tõusu korral), tühistades mõnevõrra paksema seina eelise. 1,2 mm-lt 2,0 mm-le suurendamise üldine eelis on eluea pikenemine 12 aastalt ligikaudu 18 aastani (temperatuuri kiirenemise tõttu mitte 20 aastani). Väheneva tulu seadus kehtib, kuigi nõrgalt.
Kompromiss{0}}seina paksuse ja kasutusea vahel
Seina paksus (mm) Korrosioonikiirus 135 kraadi juures (mm/a) Temperatuuri kiirendustegur Efektiivne korrosioonikiirus (mm/a) Perforatsiooni aeg (aastates) Suhteline materjalikulu 1,0 mm 0.10 1.00× 0.10 10 aastat 1,0 × 1,2 mm {{.7}} × 1,0 × 1,2 mm {{.7}}} × 1,5 mm 0.10 1.05× 0.105 14.3 aastat 1,5× 1,8 mm 0.10 1.08× 0.108 16.7 aastat 1,8× 2,0 mm 0.10 1.10× 0.110 18.2 aastat 2,0× 2,5 mm 0.10 1.15× 0.115 21.7 aastat 2,5×
2,0 mm paksuse seina kasutusiga on 18 aastat, mis on 80% pikem kui 1,0 mm paksusel seinal, kuid materjalikulu on 100% suurem. 1,5 mm sein tagab 14 aastat 50% suurema kuluga, mis on sageli parim majanduslik punkt.
Inseneritööd seina taga: temperatuuri kontroll ja väävli kvaliteet
H₂S kontsentratsioon sulaväävlis on korrosioonikiiruse suhtes väga tundlik parameeter. Puhtas väävlis (madal H2S) on määrad nii madalad kui 0,03 mm aastas. Kõrge H2S ja polüsulfiididega hapu väävlisisaldus võib ulatuda 0,25 mm aastas. Kui väävli kvaliteet on halb, on vaja paksemat seina, kuid parem on väävlipaaki pritsida lämmastikuga, et eemaldada H2S, vähendades korrosioonikiirust 70–80%. Lämmastiku pihustamine 30+ Aastad 1,2 mm sein Temperatuuri juhtimine on samuti oluline: paagi temperatuuri alandamine 135 kraadilt 125 kraadile vähendab korrosioonikiirust umbes 40%, mis võimaldab õhemaid seinu.
Järeldus: lineaarne kasu{0}}Valige sein eluea ja kulude funktsioonina
Paksem sein on abiks 135-kraadises H2S ja polüsulfiididega sulaväävlipaagis titaanist sukelsoojendi puhul, kuna korrosioon on ühtlane ja eluiga sõltub lahustunud metalli koguhulgast. Seina paksuse kahekordistamine pikendab kasutusiga ligikaudu kahekordselt (temperatuuri kiirenemisest tuleneva väikese trahviga). Soovitatav seinapaksus: 1,2–1,5 mm 10 eluaastaks; 1,5–1,8 mm 15 eluaastaks; 2,0–2,5 mm 20 eluaastaks. Läveefekt puudub (paksemad seinad ei tööta). Parim ökonoomne valik on tavaliselt 1,5 mm, mis annab 14 aastat eluea 50% rohkem kui 1,0 mm seina puhul. Esitage tootjale H₂S hinnanguline kontsentratsioon ja töötemperatuur, et ta saaks arvutada täpse korrosioonikiiruse. Sulaväävli korral on seina paksus otsene lineaarne konstruktsioonimuutuja. Paksem on parem, kuid kallim{22}}valige eluks vajalik.
