na Naftakeemia süvisoojendi söövitava pesuvee jaoks (10% NaOH, 95 kraadi, sulfiidsaasteainetega), kuidas mõjutab titaankesta seina paksus naatriumtitanaadi katlakivi teket ja sellele järgnevat ülekuumenemist?

Põhiline-allahindlus titaanküttekehade projekteerimisel söövitusvanni teenindamiseks
Naftakeemiavanni küttekehasid kasutatakse söövitava pesuvee (10% NaOH) hoidmiseks 95 kraadi juures, et vältida külmumist ja säilitada pumbatavust. Sulfiidsed saasteained (kanduvad toornaftast): 100-500 ppm. Selles keskkonnas ühineb titaan söövitava ainega naatriumtitanaadi (Na2TiO₃ või Na2Ti₃O7) katlakivi saamiseks. See skaala on poorne ja madalama soojusjuhtivusega (≈1-2 W/mK) kui titaanil (17 W/mK). Kõrgematel temperatuuridel suureneb skaala kiiremini. Paksem titaanist ümbris töötab sama võimsustiheduse korral kuumalt ja kiirendab seega katlakivi teket. Katlakivikihi kogunedes isoleerib see kesta ja sisemised komponendid kuumenevad üle. Selles uurimises käsitleme seina paksuse, mastaabitootmise tempo ja ülekuumenemisohu vahelist koostoimet.

Mõju mehaanilisele terviklikkusele naatriumtitanaadi katlakivi moodustumisele
Titaani korrosioon 10% NaOH-s temperatuuril 95 °C sulfiidsete lisandite juuresolekul. toimub kahe paralleelse mehhanismi abil. 1. Sööbiva aine otsene rünnak: Ti + 4NaOH → Na2TiO3 + 2Na2O + 2H2. 2. Rünnak, mida kiirendab sulfiid. S2- + 2H2O→ H2S + 2OH- H2S ründab titaani. Moodustunud naatriumtitanaadi katlakivi ei ole-kaitsev. See on poorne ja võimaldab söövitava aine edasist läbitungimist. Skaala paksus areneb paraboolselt: δ_skaala=kx √t, kus k on temperatuuri funktsioon. k on 0,1 mm/√ kuus 105 kraadi juures titaanpinna puhul, 0,2 mm/√ kuus 115 kraadi juures. 12 kuu pärast on 1,0 mm paksuse seina paksus (T_pind ≈ 105 kraadi) 0,35 mm; 2,0 mm paksuse seina (T_pind ≈ 110 kraadi) paksus on 0,5 mm. Kiiremini paksem sein.

Kaal ise ei söö titaanmetalli – see on valmistatud titaani aatomitest metalli-skaala liideses. Kuid katlakivi ketendub aeg-ajalt, võttes kaasa titaani. Metalli kadu on mõlema seinapaksusega umbes 0,05–0,10 mm aastas, kuigi paksema seina kõrgem pinnatemperatuur muudab selle ülemisse otsa kaldu.

Mõju soojustõhususele: Katlakivi isolatsioon põhjustab ülekuumenemist
Naatriumtitanaadi skaala on isolaator. 0,5 mm skaalakiht (k ~ 1,5 W/mK) 2,0 W/cm2 juures annab ΔT_skaala=20,000 x 0,0005 / 1.5=6.7C See täiendav temperatuuritõus annab positiivse tagasisideahela, mis võimaldab kiiremat katlakivi moodustumist. Sisemine MgO isolatsioon ja takistustraat puutuvad kokku kõrgemate temperatuuridega. Skaalal 1,0 mm võib ΔT_skaala=13.3 kraadi ja siseseina temperatuur olla kõrgem kui 450 kraadi, mille tulemuseks on MgO riknemine ja traadi läbipõlemine.

Paksematel seintel on alustuseks kõrgem pinnatemperatuur ja nende skaala kiiremini, seega on neil lühem kriitiline aeg ülekuumenemiseks. 1,0 mm seina puhul kulub 1,0 mm skaala saavutamiseks umbes (1,0/0,1)^2=100 kuud. 2,0 mm seina puhul: (1,0/0,2) 2=25 kuud. Paksem sein läheb kriitiliseks 4 korda kiiremini.

Kompromiss-süntees: ülekuumenemisaeg versus seina paksus
Seina paksus (mm) Pinna temperatuur 2,0 W/cm2 (kraad ) Skaala Kasvukoefitsient k (mm/√kuus) Aeg kuni 1,0 mm Skaala (kuudes) Ülekuumenemise aeg (kuudes) Soovitatav?
0,8 mm 103 kraadi 0.09 123 kuud 120+ kuud Jah (pikim eluiga)
1,0 mm 104 kraadi 0.10 100 kuud 96 kuud Jah
1,2 mm 105 kraadi 0.12 69 kuud 66 kuud Aktsepteeritav
1,5 mm 107 kraadi 0.15 44 kuud 42 kuud Piiratud 1,8 mm 109 kraadi 0.18 31 kuud 29 kuudEi 2,0 mm 110 kraadi 0.20 25 kuud 23 kuud Ei
Paksemad seinad pikendavad oluliselt ülekuumenemiseni kuluvat aega, kiirendades katlakivi teket.

Inseneritööd väljaspool seina skaala juhtimine ja eemaldamine
Parim alternatiiv on vältida naatriumtitanaadi katlakivi teket. Titaanioonid komplekseeritakse, lisades leelisele pesuveele kelaativat ainet (nt EDTA kontsentratsioonis 50–100 ppm), vältides katlakivi sadestumist. EDTA puhul on katlakivi paksus alati alla 0,05 mm ja seinapaksus ei oma ülekuumenemise ohtu. Alternatiivina saab naatriumtitanaadi katlakivi eemaldada igakuise happepuhastusega (2% sidrunhapet 60 kraadi juures 1 tund), enne kui see saavutab igakuise puhastamisega seina paksuse 0,2 mm{11}} mm. See annab teile 10+ aastat kasutusiga. Teine võimalus on alandada töötemperatuuri 80 kraadini, mis võimaldab vähendada katlakivi arengukoefitsienti 5 mm võrra ja 1.

Järeldus: soovitatav õhuke sein (1,0 mm) Caustic Sufide'i teenuse jaoks
Söögilise pesuvee (10% NaOH, 95 kraadi, sulfiidlisanditega) naftakeemia vannisoojendis soodustab paksem titaankate isoleeriva naatriumtitanaadi katlakivi teket ja põhjustab ülekuumenemist 23-42 kuu vs. 96+ kuu jooksul 1,0 mm seina puhul. Määratud spetsifikatsioon on 2. klassi titaankate seinapaksusega 1,0 mm koos iganädalase happepesuga või katlakivi kogunemise vältimiseks EDTA-ga. Õhemad seinad (vähem kui 1,5 mm) on kasulikud, kuna need jooksevad jahedamalt, katlakivi aeglasemalt ja kuumenevad hiljem üle. Teavitage tootjat nõutavast sulfiiditasemest ja sellest, kas keemiline töötlemine on otstarbekas. Söövitusvannis kasutatava sulfiidi kasutamisel on katlakiviga seotud ülekuumenemise vältimiseks parem vedeldaja.