Kui titaantorusoojendi paigaldatakse vanasse plii{0}}vooderdusega paaki, mis sisaldab ümbritseva õhu temperatuuril 98% väävelhapet, siis miks on seina paksus kohese passiveerimise tõttu peaaegu ebaoluline?

Kontsentreeritud väävelhappe jaoks mõeldud titaanküttekehade{0}}põhimõtteline allahindlus
Titaan on üks väheseid materjale, mis suudab paksude seintega (98% H2SO4) kontsentreeritud väävelhappes (98% H2SO4) ümbritseva õhu temperatuuril (20-30 kraadi) tagada suurepärase korrosioonikindluse. Happe kõrge kontsentratsioon põhjustab stabiilse, praktiliselt lahustumatu titaansulfaadi või titaandioksiidi kaitsva katte kiire tekke. Sukeldumine põhjustab passiveerumise millisekundite jooksul. Pärast passiveerimist on 2. klassi titaani korrosioonikiirus 98% H2SO₂-s temperatuuril 25 kraadi alla 0,001 mm aastas – tehniliste rakenduste puhul on see sisuliselt null. Aastakümnete jooksul ei ole märgatavat hõrenemist, seega on korrosioonivaru mõttetu ja seina paksus ei oma tähtsust. Seina paksuse nõuded on ainult mehaanilised (käsitsemis-, surve- ja paigalduskoormused) ja valmistamise teostatavuse osas. Uuringud näitavad, miks see eriteenus ei nõua paksu seinu ja miks passiveerimiskiht eemaldab disainimuutujana korrosiooni.

Mõju mehaanilisele terviklikkusele: kohene passiveerimismehhanism
Kui titaan puutub toatemperatuuril kokku 98% H 2 SO 4 -ga, reageerib pind keemiliselt kiiresti: Ti + 2H2SO4 → Ti(SO4)2 + 2H2 Kuid moodustunud titaansulfaadi kiht on tihe, kleepuv ja kontsentreeritud happes lahustumatu. Lahjendatud väävelhape lahustab passiivse kile, kuid kontsentreeritud hape stabiliseerib kile. Passiveerimine toimub 1–2 sekundi jooksul pärast sukeldumist. Röntgenfotoelektronspektroskoopia (XPS) uurimine paljastab 5–10 nm paksuse TiO₂ ja Ti(SO4)₂ segunenud pinnakihi. Kiht on keemiliselt vastupidav, pärast tuhandete tundide kestnud kokkupuudet ei täheldata tuvastatavat lagunemist.

Korrosioonikiirus on nii madal, et seda ei saa tavaliste kaalulanguse mõõtmiste abil kindlaks teha. Kõrgeim teatatud 2. klassi titaani sisaldus 98% H2SO4-s temperatuuril 25 kraadi on 0,0005 mm aastas. Seinapaksusega 0,5 mm (minimaalne võimalik küttetorude puhul) on teoreetiline eluiga üle 1000 aasta. Seetõttu korrosioonivaru ei kohaldata. Seina paksus valitakse ainult mehaanilistel põhjustel: et taluda siserõhku (sukelküttekehade puhul tavaliselt tagasihoidlik), taluda paigaldamise ajal käsitsemisel tekkivaid kahjustusi ja tagada piisav tugevus keermestatud ühendustel või keevisõmblustel.

Mõju soojuslikule jõudlusele: passiveerimine ja soojusülekanne
Vahetu passivatsioonikiht ei avalda märgatavat mõju soojusülekandele. Kihi paksus (5-10 nm) on kolm suurusjärku madalam kui termilise fononi lainepikkus ja seetõttu ei tekita see soojustakistust. Kuid soojusülekannet juhtiva takistuse kaudu mõjutab titaanist seina paksus. 1,0 mm seinal on delta T kondensaat=1.2C tüüpilise soojusvooga 2,0 W/cm2 ümbritseva temperatuuriga happes (mis kuumeneb töötamise ajal). 2,0 mm seinal on delta T kondensaat=2.4C. See on väike muudatus, kuid see pole null. Tegelikult tõstab kuumutamine tegelikult happe temperatuuri. Passiveerimiskiht jääb stabiilseks vähemalt 80 kraadini 98% H2SO-s 4 .

Kauba{0}}kontsentreeritud väävelhappe seina paksuse süntees
Seina paksus (mm) Korrosioonikiirus (mm/a) Korrosioonitase Eluiga (aastates) Mehaaniline adekvaatsus Soovitatav 98% H 2 SO 4 jaoks 25 kraadi juures ?
0,5 mm<0.001 >500 aastat Marginaalne (kergesti purustatav) Ei (liiga õrn)
0,8 mm<0.001 >800 aastat Nõuab hoolikat käsitsemist Jah (minimaalne)
<0.001 >1000 aastat 1,0 mmJah (tavaline) Hea
1,2 mm<0.001 >1200 jah. Väga hea.
<0.001 >1500 aastat 1,5 mm Suurepärane Jah (üle-määratud, kuid OK)
2,0 mm<0.001 >2000 aastat Good Over-määratletud (kulukas)
Seina paksus 0,8 mm kuni 2,0 mm annab märkimisväärse korrosioonikindluse. Valik peab põhinema minimaalsel paksusel, mis tagab konkreetse paigalduse jaoks piisava mehaanilise tugevuse.

Insenerid väljaspool müüri: vee saastumise oht
Kontsentreeritud väävelhappe peamine oht ei ole seina paksus, vaid vee saastumine. Kui happe kontsentratsioon on atmosfäärist vee imendumise tõttu alla 90%, võib passivatsioonikiht hävida ja korrosioonikiirus suureneb 0,1–1,0 mm/aastas. Vesi võib difundeeruda läbi pliivoodri või siseneda happevarustuse kaudu plii{5}}vooderdusega paaki. 98% happes täielikult passiivne titaansoojendi võib hakata kiiresti korrodeeruma, kui hapet lahjendatakse 85% või vähem. Seetõttu peaks seina paksusel olema korrosioonivaru võimalike lahjendusjuhtumite jaoks. 1,0 mm sein annab 1-10 aastaks eluea kiirusel 0,1–1,0 mm aastas, mis on perioodiliste häirete jaoks piisav. 0,8 mm sein võtab vähem ruumi. Nii et 1,0 mm on reaalse maailma tegevuse jaoks mõistlik miinimum.

Järeldus: 1,0 mm sein on praktiline miinimum – mitte korrosiooni, vaid vastupidavuse jaoks
Näiteks vanasse plii-vooderdusega 98% väävelhappega paaki ümbritseva õhu temperatuuril ümber paigaldatud titaantorusoojendi puhul pole seina paksus korrosioonikindluse seisukohalt oluline: hape passiveerib titaani koheselt ja korrosioonikiirus on alla 0,001 mm aastas. Korrosiooni seisukohalt peaks isegi 0,5 mm sein vastu üle 500 aasta. Kuid seina paksus peab olema piisav mehaaniliseks käsitsemiseks ja paigaldamiseks ning pakkuma korrosioonivaru võimalike happelahjenduste korral. Soovitame 2. klassi titaani seinapaksusega 1,0 mm kuni 1,2 mm, mis on piisavalt õhuke hea soojusülekande tagamiseks, kuid piisavalt paks, et vältida mõlgimist ja anda varu tahtmatu lahjenemise vastu. Paksemad seinad (1,5–2,0 mm) pole vajalikud ja suurendavad kulusid ilma korrosiooniefektita. Kontsentreeritud väävelhappe küttekehade spetsifikatsiooni kriitilisteks mõõtmeteks ei ole seina paksus, vaid happesisalduse üle 90% tagamine ja vee imbumise vältimine. Teavitage tootjat soovitud happekontsentratsioonist. Ühtlase 98% happe saamiseks määrake 1,0 mm sein. Erineva kontsentratsiooni korral (90–98%) eeldame konservatiivset seina paksust 1,2 mm.