För en värmestav av titan som används för att smälta paraffinvax vid 80 grader med enstaka överhettning till 120 grader, vad är den kritiska kumulativa överhettningstiden (timmar) innan vaxet bryts ned till karboxylsyror som angriper titan?

Paraffinvax smälts vid 80 grader för många industriella operationer såsom ljusproduktion, investeringsgjutning och beläggningar. Titanvärmestavar är användbara för denna tjänst vid normala driftstemperaturer. Ibland uppstår överhettning till 120 C på grund av fel på termostaten eller dålig värmeöverföring som orsakar termisk försämring av paraffinvaxet. Denna nedbrytning ger upphov till karboxylsyror, inklusive ättiksyra, myrsyra och stearinsyror, på grund av oxidations- och krackningsprocesser. Dessa syror angriper den passiva titanfilmen och orsakar gropfrätning och jämn korrosion. Den avgörande kumulativa överhettningstiden är 100 timmar vid 120 grader innan syrakoncentrationen blir aggressiv. Syrakoncentrationen är över 500 ppm och titan korrosionshastigheten ökar från under 0,01 mm per år till 0,1-0,3 mm per år om tröskeln överskrids.

Mekanismen för paraffinnedbrytning och syrabildning vid höga temperaturer

Paraffinvax är stabilt vid 80 grader och bryts inte ned nämnvärt. Vid 120 grader sker termisk oxidation: paraffinkolväten (C20–C40) reagerar med syre löst i det med bildning av alkoholer, aldehyder och slutligen karboxylsyror. Reaktionen sker via en fri radikalprocess. De resulterande syrorna är frätande för titan eftersom de kombinerar titanjoner och förstör den passiva filmen. Arrhenius förhållandet indikerar att försämringshastigheten nästan fördubblas för varje 10 graders ökning av temperaturen över 100 grader. När syror väl har genererats stannar de kvar i vaxet och kommer att fortsätta att skada titanytan även om temperaturen sjunker tillbaka till 80 grader.

Kvantitativ syrabildning och korrosionshastighet kontra överhettningstid

Kontrollerade tester med paraffinvax (smältpunkt 55 grader, oljehalt<1%) at 120°C have indicated the following acid concentrations and Grade 2 titanium corrosion rates. The TAN is below 0.1 mg KOH/g, the titanium corrosion rate is below 0.01 mm per year and the surface is bright at 0 hours of the entire overheating at 120°C (typical operation at 80°C only). After 25 h overheating, the TAN is 0.3-0.6 mg KOH/g, the corrosion rate is 0.01-0.03 mm/yr and little etching is observed on the surface. At 50 h, TAN increases to 0.6–1.2 mg KOH/g, the corrosion rate increases to 0.03–0.08 mm/year and widespread etching may be observed. At 100 hours (critical threshold), the TAN is 1.2-2.5 mg KOH/g , corrosion rate is 0.08-0.15 mm per year and pitting initiates with a pit density of 5-20 pits per cm2 . After 200 h, the TAN is 2.5-5.0 mg KOH/g. The corrosion rate is 0.15-0.30 mm per year and pitting is serious with a pit depth of 0.1-0.3 mm. Corrosion rate >0.3 mm/yr and perforation of 1.2 mm wall at 500 hrs in 2000–4000 hrs. TAN >5 mg KOH/g.

Inverkan av vaxformulering och syretillgänglighet på hastigheten för syrabildning

Nedbrytningshastigheten beror på vaxsammansättningen och syretillgången. Paraffinvax med högre oljehalt bryts ned snabbare. 60 timmar till 1,0 mg KOH/g TAN vid 120C för 2 % oljehalt jämfört med. 100 timmar för låg-oljevax. Den förgrenade molekylstrukturen hos mikrokristallint vax gör att det sönderfaller långsammare än paraffinvax. Den kritiska kumulativa överhettningstiden kan förlängas till 200 timmar genom -friradikalfångande aktiviteten hos antioxidanter som butylerad hydroxitoluen (BHT) vid 500 ppm. Kvävetäckning för att utesluta syre kommer att förhindra syrabildning helt men är i allmänhet opraktisk i smälttankar. Upprepad överhettning är värre än kontinuerlig överhettning eftersom när tanken öppnas tillförs nytt syre.

Kritisk kumulativ övertemperaturtid och begränsningsguide

Tabellen nedan visar viktiga kumulativa tider för överhettning vid olika temperaturer för paraffinvax, och rekommenderade åtgärder för grad 2 titanvärmare.

Överhettningstemperatur (grad) Kritisk Kumulativ tid till 1,0 mg KOH/g TAN (timmar)Över-uppvärmning vid 80 grader, resulterande korrosionshastighet (mm/år) Föreslagen åtgärd
100 500 0.02-0.05 Godkänt; kontrollera årligen. 110 200 0.03-0.06 Godkänt; kontrollera kvartalsvis. 120 100 0.08-0.15 Byt ut vax om det överskrids. 130 50 0.10-0.20 Installera överhettningsskydd. 140 25 0.15-0.30Tillsätt antioxidant; Grad 7 Titanium 150 10 0.20–0,40 Redesign värmare med temperaturgräns Engineering Beyond Overheat Time Control

Beständigheten mot syrakorrosion påverkas i hög grad av titankvaliteten. Korrosionshastigheten i surt vax är lägre med en faktor 2–3 för grad 7 (palladiumstabiliserad) och den kritiska överhettningstiden ökas till 250 timmar vid 120 grader. Väggtjockleken ger ett korrosionstillägg: en 2,0 mm vägg korroderad 0,15 mm per år av försämrat vax håller i 13 år. Om TAN är mer än 1,5 mg KOH/g måste vaxet bytas. Tillsatsen av 0,1 % natriumkarbonat till vaxet neutraliserar syror och undviker angrepp av titan, men kan försämra vaxets egenskaper. Ingen överhettning. Det finns en temperatursensor och larm vid 100 grader och värmaren stängs av vid 110 grader.

Att göra en kunnig specifikation

- en värmestav av titan som smälter paraffinvax vid 80 grader C med periodisk överhettning till 120 grader C. Den totala överhettningstiden får inte överstiga 100 timmar under värmarens livslängd. Installera en temperatursensor med en datainspelare för att registrera hela varaktigheten över 100 grader. Om den totala tiden överstiger 100 timmar, ändra vaxladdningen och kontrollera värmeytan för gropfrätning. För applikationer där värmeuppbyggnad-är ofta eller oundviklig, specificera grad 7 titan och tillsätt 500 ppm BHT-antioxidant till vaxet. Drift: Mät det totala syratalet i vaxet var 6:e ​​månad. Byt ut vaxet om det totala syratalet når 1,5 mg KOH/g. Ingenjören håller den totala tiden för överhettning under en kritisk gräns på 100 timmar och undviker därför paraffinförsämring och den efterföljande syraangreppen på titanvärmarna.