Pour une tige chauffante en titane utilisée pour faire fondre la cire de paraffine à 80 degrés avec une surchauffe occasionnelle jusqu'à 120 degrés, quel est le temps de surchauffe cumulé critique (heures) avant que la cire ne se dégrade en acides carboxyliques qui attaquent le titane ? dans les acides carboxyliques qui attaquent le titane ?
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La cire de paraffine est fondue à 80 degrés pour de nombreuses opérations industrielles telles que la production de bougies, le moulage à modèle perdu et les revêtements. Les tiges chauffantes en titane sont applicables pour ce service à des températures de fonctionnement normales. Parfois, une surchauffe jusqu'à 120 °C se produit en raison d'une défaillance du thermostat ou d'un mauvais transfert de chaleur qui provoque une détérioration thermique de la cire de paraffine. Cette dégradation donne naissance à des acides carboxyliques, notamment les acides acétique, formique et stéarique, en raison des processus d'oxydation et de craquage. Ces acides attaquent le film passif de titane et provoquent des piqûres et une corrosion uniforme. Le temps de surchauffe cumulé crucial est de 100 heures à 120 degrés avant que la concentration d’acide ne devienne agressive. La concentration d'acide est supérieure à 500 ppm et le taux de corrosion du titane augmente de moins de 0,01 mm par an à 0,1-0,3 mm par an si le seuil est dépassé.
Le mécanisme de décomposition de la paraffine et de formation d'acide à haute température
La cire de paraffine est stable à 80 degrés et ne se dégrade pas de manière significative. À 120 degrés, il y a une oxydation thermique : les hydrocarbures paraffiniques (C20-C40) réagissent avec l’oxygène dissous pour former des alcools, des aldéhydes et enfin des acides carboxyliques. La réaction se produit via un processus radicalaire. Les acides résultants sont corrosifs pour le titane car ils combinent les ions titane et détruisent le film passif. La relation d'Arrhenius indique que le taux de détérioration est presque doublé pour chaque augmentation de température de 10 degrés au-dessus de 100 degrés. Une fois les acides générés, ils restent dans la cire et continueront d'endommager la surface du titane même si la température retombe à 80 degrés.
Formation quantitative d'acide et taux de corrosion par rapport au temps de surchauffe
Tests contrôlés avec de la cire de paraffine (point de fusion 55 degrés, teneur en huile<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 de KOH/g.
Influence de la formulation de la cire et de la disponibilité de l'oxygène sur la vitesse de formation d'acide
Le taux de dégradation dépend de la composition de la cire et de la disponibilité en oxygène. La cire de paraffine avec une plus grande teneur en huile se dégrade plus rapidement . 60 heures jusqu'à 1,0 mg KOH/g de TAN à 120 C pour une teneur en huile de 2 %, contre . 100 heures pour une cire à faible-huile. La structure moléculaire ramifiée de la cire microcristalline la rend plus lente à se décomposer que la cire de paraffine. Le temps de surchauffe cumulé critique peut être prolongé jusqu'à 200 h grâce à l'activité de suppression des radicaux libres-d'antioxydants tels que l'hydroxytoluène butylé (BHT) à 500 ppm. Une couverture d'azote pour exclure l'oxygène empêchera complètement la génération d'acide, mais est généralement peu pratique dans les cuves de fusion. Une surchauffe répétée est pire qu'une surchauffe continue car lorsque le réservoir est ouvert, de l'oxygène nouveau est introduit.
Temps de surchauffe cumulée critique et guide d’atténuation
Le tableau ci-dessous indique les temps cumulés importants de surchauffe à différentes températures pour la cire de paraffine et les mesures recommandées pour les réchauffeurs en titane de grade 2.
Température de surchauffe (degrés) Temps cumulatif critique jusqu'à 1,0 mg KOH/g TAN (heures) Surchauffe- à 80 degrés, taux de corrosion résultant (mm/an) Action suggérée
100 500 0.02-0.05Acceptable ; vérifier chaque année. 110 200 0.03-0.06 Acceptable ; vérifier tous les trimestres. 120 100 0.08-0.15 Remplacer la cire en cas de dépassement. 130 50 0.10-0.20 Installer une protection contre la surchauffe. 140 25 0.15-0.30Ajouter un antioxydant ; Titane grade 7 150 10 0.20–0,40 Refonte du réchauffeur avec limite de température Ingénierie au-delà du contrôle du temps de surchauffe
La résistance à la corrosion acide est fortement influencée par la qualité du titane. Le taux de corrosion dans la cire acide est inférieur d'un facteur 2 à 3 pour le grade 7 (stabilisé au palladium) et le temps de surchauffe critique est augmenté à 250 heures à 120 degrés. L'épaisseur de paroi donne une marge de corrosion : une paroi de 2,0 mm corrodée 0,15 mm par an par de la cire détériorée dure 13 ans. Si le TAN est supérieur à 1,5 mg KOH/g alors la cire doit être changée. L'ajout de 0,1% de carbonate de sodium à la cire neutralise les acides et évite l'agression du titane, mais peut altérer les caractéristiques de la cire. Pas de surchauffe. Il y a un capteur de température et une alerte à 100 degrés et un interrupteur de chauffage à 110 degrés.
Faire une spécification éclairée
- une tige chauffante en titane faisant fondre la cire de paraffine à 80 degrés C avec une surchauffe périodique jusqu'à 120 degrés C. Le temps de surchauffe total ne doit pas dépasser 100 heures pendant la durée de vie de l'appareil de chauffage. Installez un capteur de température avec un enregistreur de données pour enregistrer toute la durée au-dessus de 100 degrés. Si la durée totale dépasse 100 heures, changez la charge de cire et vérifiez la surface chauffante pour déceler des piqûres. Pour les applications où l'accumulation de chaleur-est fréquente ou inévitable, spécifiez du titane de grade 7 et ajoutez 500 ppm d'antioxydant BHT à la cire. Fonctionnement : Mesurer l'indice d'acide total de la cire tous les 6 mois. Remplacez la cire si l'indice d'acide total atteint 1,5 mg KOH/g. L'ingénieur maintient le temps total de surchauffe en dessous d'une limite critique de 100 heures, évitant ainsi la détérioration de la paraffine et l'attaque acide qui en résulte sur les éléments chauffants en titane.
