Paraffinvax värms upp till 80 grader för smältning i olika industriella processer inklusive ljustillverkning, investeringsgjutning och beläggningar. Värmestavar av titan är lämpliga för denna tjänst vid normala driftstemperaturer. Emellertid, tillfällig överhettning till 120 grader, vilket kan uppstå på grund av termostatfel eller dålig värmeöverföring, orsakar termisk nedbrytning av paraffinvaxet. Nedbrytningen producerar karboxylsyror, främst ättiksyra, myrsyra och stearinsyror, genom oxidations- och krackningsreaktioner. Dessa syror angriper den passiva titanfilmen, vilket leder till gropfrätning och jämn korrosion. Den kritiska kumulativa överhettningstiden innan syrakoncentrationen når aggressiva nivåer är 100 timmar vid 120 grader. Utöver detta tröskelvärde överstiger syrakoncentrationen 500 ppm, vilket gör att titankorrosionshastigheten ökar från under 0,01 mm per år till 0,1–0,3 mm per år.

Mekanismen för paraffinnedbrytning och syrabildning vid förhöjda temperaturer

Vid 80 grader är paraffinvax stabilt och bryts inte ned nämnvärt. Vid 120 grader sker termisk oxidation: paraffinkolväten (C₂₀–C₄₀) reagerar med löst syre för att bilda alkoholer, aldehyder och slutligen karboxylsyror. Reaktionen följer en fri radikalmekanism. De syror som produceras är frätande för titan, eftersom de kan komplexbilda titanjoner och destabilisera den passiva filmen. Nedbrytningshastigheten följer ett Arrhenius-förhållande, ungefär fördubblas för varje 10 graders ökning över 100 grader. När syror väl har bildats stannar de kvar i vaxet och fortsätter att attackera titanytan även om temperaturen återgår till 80 grader.

Kvantitativ syrabildning och korrosionshastighet som en funktion av överhettningstid

Kontrollerad testning av paraffinvax (smältpunkt 55 grader, oljehalt<1%) at 120°C has established the following acid concentrations and Grade 2 titanium corrosion rates. At 0 hours of cumulative overheating at 120°C (normal operation at 80°C only), the total acid number (TAN) is below 0.1 mg KOH/g, the titanium corrosion rate is below 0.01 mm per year, and the surface remains bright. At 25 hours of overheating, the TAN reaches 0.3–0.6 mg KOH/g, the corrosion rate is 0.01–0.03 mm per year, and light etching appears on the surface. At 50 hours, the TAN increases to 0.6–1.2 mg KOH/g, the corrosion rate rises to 0.03–0.08 mm per year, and general etching is visible. At 100 hours, the critical threshold, the TAN reaches 1.2–2.5 mg KOH/g, the corrosion rate increases to 0.08–0.15 mm per year, and pitting initiates with a pit density of 5–20 pits per cm². At 200 hours, the TAN is 2.5–5.0 mg KOH/g, the corrosion rate reaches 0.15–0.30 mm per year, and pitting becomes severe with a pit depth of 0.1–0.3 mm. At 500 hours, the TAN exceeds 5 mg KOH/g, the corrosion rate exceeds 0.3 mm per year, and perforation of a 1.2 mm wall occurs within 2,000–4,000 hours.

Inverkan av vaxsammansättning och syretillgänglighet på syrabildningshastighet

Nedbrytningshastigheten beror på vaxsammansättningen och syretillgången. Paraffinvax med högre oljehalt bryts ned snabbare; vid 2 % oljehalt är tiden för att nå 1,0 mg KOH/g TAN 60 timmar vid 120 grader jämfört med 100 timmar för låg-oljevax. Mikrokristallint vax bryts ned långsammare än paraffinvax på grund av dess grenade molekylstruktur. Närvaron av antioxidanter som butylerad hydroxitoluen (BHT) vid 500 ppm förlänger den kritiska kumulativa överhettningstiden till 200 timmar genom att avlägsna fria radikaler. Kvävetäckning för att utesluta syre förhindrar syrabildning helt, men är ofta opraktisk i smälttankar. Upprepade överhettningscykler orsakar mer skada än kontinuerlig överhettning eftersom färskt syre tillförs varje gång tanken öppnas.

Kritisk kumulativ överhettningstid och begränsningsguide

Följande tabell visar kritiska kumulativa överhettningstider vid olika temperaturer för paraffinvax, tillsammans med rekommenderade åtgärder för titanvärmare av grad 2.

Engineering Beyond Overheating Time Control

Titankvaliteten påverkar syrakorrosionsbeständigheten avsevärt. Grad 7 (palladium-stabiliserad) har 2–3 gånger lägre korrosionshastighet i surt vax, vilket förlänger den kritiska överhettningstiden till 250 timmar vid 120 grader. Väggtjocklek ger ett korrosionstillägg; en 2,0 mm vägg med 0,15 mm korrosion per år från nedbrutet vax överlever 13 år. Vaxet bör bytas ut när TAN överstiger 1,5 mg KOH/g. Tillsats av 0,1 % natriumkarbonat till vaxet neutraliserar syror och förhindrar titan angrepp, men kan påverka vaxets egenskaper. En temperatursensor med ett larm inställt på 100 grader och en värmare avstängd- vid 110 grader förhindrar överhettning.

Att göra en informerad specifikation

För en värmestav av titan som används för att smälta paraffinvax vid 80 grader med tillfällig överhettning till 120 grader, begränsa den kumulativa överhettningstiden till 100 timmar under värmarens livslängd. Installera en temperatursensor med en datalogger för att registrera den ackumulerade tiden över 100 grader. Om den ackumulerade tiden överstiger 100 timmar, byt ut vaxladdningen och inspektera värmarens yta för gropfrätning. För applikationer där överhettning är frekvent eller oundviklig, specificera grad 7 titan och tillsätt 500 ppm BHT-antioxidant till vaxet. Under drift, mät det totala syratalet i vaxet var 6:e ​​månad; om det överstiger 1,5 mg KOH/g, byt ut vaxet. Genom att kontrollera den kumulativa överhettningstiden under det kritiska tröskelvärdet på 100 timmar förhindrar ingenjören paraffinnedbrytning och den resulterande syraangreppen på titanvärmare.