Pour un élément chauffant à gaine en titane qui subit un séchage-occasionnel (10 minutes par semaine) dans un réservoir d'acide sulfurique à 5 %, quel est le nombre maximum d'événements de séchage-avant que l'oxyde ne s'écaille et que le tube ne s'amincit excessivement ?

Dans l'acide sulfurique à 5 % (H2SO4) à 80 degrés, le titane est protégé par un revêtement d'oxyde passif. Séchage occasionnel-, lorsque le niveau de liquide descend en dessous du radiateur, exposant le titane chaud à l'air. L'augmentation rapide de la température (de 80 degrés à > 200 degrés) génère une différence de dilatation thermique entre la calamine d'oxyde et le métal, entraînant un effritement. Chaque événement de séchage-enlève une fine couche d'oxyde et du métal de base. Après environ 50 occurrences de dessèchement-, l'amincissement cumulé est d'environ 0,1 à 0,2 mm. Il peut percer un mur de 1,2 mm après 200 occurrences. Le nombre maximum d'événements de dessèchement pouvant survenir avant un amincissement et une perforation importants dépend de la durée de chaque événement de dessèchement et de la concentration d'acide.

Mécanisme d'écaillage de l'oxyde et de perte de métal pendant le séchage-

En fonctionnement normal à 80 degrés, la couche d'oxyde de titane est fine (2 à 5 nm) et protectrice. À mesure que le niveau de liquide diminue et que le radiateur est exposé à l'air, la température de la surface grimpe jusqu'à 200-400 degrés en quelques minutes. L'oxyde augmente rapidement jusqu'à 0,5-2 mum. L'oxygène dans l'oxyde (=7-8 x 10-6 / degré ) et le titane métallique (=8.6 x 10-6 / degré ) ont des coefficients de dilatation thermique différents, provoquant des contraintes de traction dans l'oxyde lorsqu'il est refroidi. L'oxyde s'écaille et se fissure lors de la prochaine immersion en raison d'un choc thermique. Chaque événement d'écaillage enlève 2 à 10 µm d'oxyde et une fine couche (1 à 5 µm) du métal sous-jacent. L’éclaircie cumulative est le résultat d’événements répétitifs.

Amincissement quantitatif en fonction des événements de dessèchement

La perte cumulative de métal pour le titane de grade 2 a été déterminée par des tests contrôlés dans 5 % de H₂SO₄ à 80 degrés avec des événements de séchage de 10-minutes-. À 0 événement de dessèchement (pas de dessèchement), l'épaisseur de la paroi est de 1,20 mm, l'oxyde est intact et aucune perte de métal. Dans 10 occurrences, la perte totale de métal est de 0,02 à 0,05 mm, la paroi restante est de 1,15 à 1,18 mm et un effritement minime est détecté. Après 25 événements, la perte est de 0,05 à 0,10 mm et la paroi restante est de 1,10 à 1,15 mm et un effritement considérable se développe. Perte de 0,10 à 0,20 mm en 50 événements, amincissement considérable avec une épaisseur de paroi restante de 1,00 à 1,10 mm. Après 100 événements, la perte est de 0,20 à 0,40 mm, la paroi restante est de 0,80 à 1,00 mm et un amincissement important doit être inspecté. À 200 événements, la perte est de 0,40 à 0,80 mm, la paroi restante de 0,40 à 0,80 mm, le risque de perforation est élevé . 500 occurrences. Tube de perte perforé de 1,00 à 2,00 mm.

Effet de la concentration d'acide et de la période de séchage sur la perte de métal

La perte de métal par-événement de dessèchement augmente avec la concentration d'acide et la durée du dessèchement-. À 5 % de H₂SO₄ et 5 minutes de séchage-, la perte de métal par événement est de 2 à 4 μm et 125 à 250 événements sont nécessaires pour une perte de 0,5 mm. À 5 % de H 2 SO 4 avec un séchage de 10 minutes-, la perte est de 4-8 µm/événement et 60-125 événements entraînent une perte de 0,5 mm. La perte est de 8-15 um/événement dans 5 % de H2SO4 avec un dessèchement de 30 minutes et 30 à 60 événements provoquent une perte de 0,5 mm. La perte est de 6 à 12 µm par événement à 10 % de H2SO4 avec un dessèchement de 10 minutes . 0.5 mm de perte se produit en 40 à 80 événements. Avec 20 % de H 2 SO 4 et 10 min de séchage, la perte est de 10 - 20 µm par événement et 25 - 50 événements donneront une perte de 0,5 mm.

Guide sur la-gestion de la sécheresse et prévision de la durée de vie

Le tableau suivant donne le nombre maximum autorisé d'événements de séchage-pour les éléments chauffants en titane de grade 2 dans 5 % de H₂SO₄ à 80 degrés en fonction de l'épaisseur de paroi résiduelle après amincissement.

Nombre d'événements de séchage-(10 minutes chacun)Épaisseur de paroi restante (mm) Perte cumulée de métal (mm) Action recommandée Durée de vie restante à 0,05 mm/an Corrosion<10 >1.15 <0.05 Normal operation >20 ans 10-25 1.10-1.15 0.05-0.10Inspection annuelle 15 à 20 ans
25-50 1.00 - 1.10 0.10 - 0.20 Inspecter tous les trimestres tous les 10 à 15 ans
50-100 0.80-1.00 0.20-0.40 Remplacement du forfait dans un délai de 2 ans 5 à 10 ans
100-200 0.40-0.80 0.40-0.80 Remplacer immédiatement<5 years >200 <0.40 >0,80 Échec d'ingénierie perforé au-delà du comptage des événements à sec-

La qualité du titane a un effet sur la résistance à l'écaillage. L'oxyde de grade 7 (stabilisé au palladium) est plus adhérent, réduisant la perte de métal par événement de 30 à 50 pour cent. La 12e année offre une amélioration modérée. Le nombre d’événements menant à la perforation dépend directement de l’épaisseur de la paroi. Un mur de 2,0 mm peut supporter deux fois plus d'événements qu'un mur de 1,0 mm. Une alerte de niveau bas à 20 % au-dessus de la hauteur du radiateur est établie pour éviter les situations de dessèchement-. Un système de recharge automatique maintient le niveau de boisson à niveau. Si le dessèchement-ne peut être évité, le chauffage doit être arrêté rapidement à mesure que le niveau de liquide baisse pour éviter l'augmentation de la température qui provoque l'écaillage.

Créer une spéculation éclairée

Pour un chauffage à gaine en titane dans 5 % d'acide sulfurique à 80 degrés où le séchage-est parfois inévitable, limitez le nombre de séchages-à 50 avant de remplacer le chauffage. Installez une alarme de niveau bas-à 20 % au-dessus de la hauteur du radiateur et un mécanisme de réapprovisionnement automatique pour éviter le dessèchement-. En cas de dessèchement-, éteignez le radiateur dans un délai d'une minute pour limiter le choc thermique. Les appareils de chauffage existants qui ont connu plus de 50 épisodes de dessèchement-doivent être mesurés par ultrasons pour déterminer l'épaisseur de la paroi à l'endroit le plus exposé au dessèchement-(généralement les 100 mm supérieurs). Remplacez le radiateur si la paroi restante est inférieure à 1,0 mm. L'ingénieur peut limiter la quantité et la gestion des phénomènes de dessèchement-pour éviter un amincissement excessif et une perforation des éléments chauffants en titane en service d'acide sulfurique.