Hvert er hámarks leyfilegt varmaflæði fyrir títan gráðu 7 slíðrahitara sem er á kafi í 15% brennisteinssýru við 90 gráður til að forðast staðbundna suðu-tæringu?

Hátt hitastig við notkun brennisteinssýru er erfitt umhverfi fyrir títanhitunarbúnað. Gráða 7 títan (Ti-0,15Pd) hefur góða tæringarþol í 15% H2SO4 við 90 gráður C við venjulegar dýfingaraðstæður, en staðbundin efnafræði breytist mikið vegna tilvistar heits yfirborðs. Á yfirborði títanslíðursins verður staðbundin suðu brennisteinssýrulausnarinnar við málm-vökvaskilin þegar hitaflæðið nær mikilvægu gildi. Suðu leiðir til styrks sýrunnar nálægt hita yfirborðinu og hækkar staðbundið hitastig yfir 90 gráður og getur breytt tæringarhegðuninni úr óvirku í virkt. Niðurstaðan er hröðun árásar sem litið er á sem tæringarhring við gufu-vökvaviðmótið eða sem holur beint fyrir neðan viðloðandi gufubólur. Þessi grein ákvarðar hámarks leyfilegt hitaflæði fyrir títanhúðarhitara af gráðu 7 í 15% brennisteinssýru við 90 gráður til að forðast þessa tæringarkerfi af völdum suðu.

Tæringarferli af völdum suðu
Brennisteinssýra er ó-azeotropic lausn þar sem suðumarkið fer eftir styrk hennar. Fyrir 15% H2SO4 við andrúmsloftsþrýsting er magnsuðumark um 103 gráður. Gufubólur myndast við ófullkomleika á yfirborði þegar yfirborðshiti hitari slíðunnar fer yfir staðbundið suðuhitastig. Myndun loftbólunnar veldur því að vökvafilman á milli hennar og heita yfirborðsins gufar upp og safnar brennisteinssýrunni í þunnt lag. Styrkurinn getur aukist úr 15% í 30-50% á millisekúndum frá kúlukjarnamyndun og staðbundið hitastig á málmyfirborðinu undir loftbólunni nær yfirhitastigi veggsins, yfirleitt 5-20 gráður C yfir magnsuðumarki.

In sulfuric acid, the passive-active transition of Grade 7 titanium is observed at a critical combination of concentration and temperature. Grade 7 is passive in 15% acid at 90 C with corrosion rate of less than 0.05 mm per year. In 30% acid at 100°C the corrosion rate increases to 0.5-1.0 mm/year. In 40% acid at 110°C, the rate is >5 mm á ári. Suðulag-framkallað styrkleikalag skapar árásargjarn skilyrði nákvæmlega, sem leiðir til hraðs málmtaps á kúlukjarnastöðum.

Ákvörðun hitaflæðisþröskulds
Mikilvæga hitaflæðið (CHF) fyrir kjarnasuðu 15% brennisteinssýru við 90 gráður er ástandið þar sem gufubólumyndunin er nógu öflug til að viðhalda þéttu sýrulagi. Undir CHF birtast loftbólur reglulega og hverfa hratt, sem gerir þétta húðinni kleift að fella inn í magnið áður en alvarleg tæring hefst. Ofan við CHF eykst kúlaþéttleiki, sameining á sér stað og samfelld gufufilma getur myndast (umskipti yfir í filmusuðu). Þessi áhrif flýta fyrir einbeitingu og tæringu.

Tilraunarannsóknir með 7. stigs títanprófunarnema sökkt í 15% H2SO4 við 90 gráður sýna skyndilega hækkun á tæringarhraða við varmaflæði sem fer yfir 35 kW/m2. Tæringarhraði við 25 kW/m2 er minna en 0,05 mm/ári. Við 35 kW/m2 hækkar hraðinn upp í 0,10 mm/ár, sem er enn ásættanlegt fyrir flestar notkun. Við 45 kW/m2 fer hraðinn upp í 0,35 mm/ári. Hraði fer yfir 0,8 mm á ári við 55 kW/m² og sýnileg hringtæring á sér stað við gufu-vökvaskil. Hröð staðbundin árás gatar 1,65 mm vegg á 1000 klukkustundum við 65 kW/m{2}.

The maximum permissible heat flux for safe long term (>5 ára) notkun er 40 kW/m². Fyrir umsóknir með endingartíma 2-3 ár er leyfilegt 50 kW/m2. Ef gildið er yfir 60 kW/m² er títan af flokki 7 ekki viðeigandi, óháð veggþykkt.

Mótvægisþættir og umsóknarfylki
Notkunarástand og uppsetning hitara Hámarks leyfilegt hitaflæði (kW/m2) Áætlað tæringarkerfi Mælt með veggþykkt
Lóðrétt stefna, að fullu á kafi, góð náttúruleg loftræsting 40 kW/m² (samfelld) Samræmd óvirk tæring<0.05 mm/year 1.2-1.65 mm
Alveg á kafi, lárétt uppröðun, góð loftræsting 35 kW/m² Lág suðustyrkur á yfirborði 1,65 mm
Að hluta í kafi (gufu-vökvaviðmót til staðar) 25 kW/m2 Meniscus hringur tæringu 2,0 mm eða koma í veg fyrir kaf að hluta
Hrærður tankur (vélrænn eða loftræstibúnaður) 50 kW/m² Bólur brotnar við hræringu, minnkar styrkinn 1,2-1,5 mm
Lítil blóðrás, stöðnuð tankur 30 kW/m2 Bubble langlífi eykur árás 1,65 mm
Sérhver þjónusta með yfirborðsfótsog 25 kW/m2 Gróður eykur staðbundinn yfirborðshita 2,0 mm. Hagnýtar ráðleggingar um hönnun
Leyfilegt hámarks hitaflæði fyrir stöðuga vinnu án sjóðandi tæringar fyrir títanhúðarhitara af gráðu 7, sökkt í 15% brennisteinssýru við 90 gráður, er 40 kW/m^2. Þetta hitaflæði leiðir til yfirborðshita sem er um það bil 8-10 gráður yfir lausu vökvahita, heldur málmyfirborðinu undir 100 gráðum og takmarkar drifkraftinn fyrir kjarnamyndun gufubólu. Verkfræðingar ættu að auka upphitað yfirborð í stað wattaþéttleikans til að fá æskilegt hitunarhraða innan þessarar þvingunar. Sama heildarafl er hægt að veita með lægra hitaflæði með því að nota lengri hitara eða mörg smærri rör í takt. Biðjið um útreiknað hitaflæði slíðunnar (heildarafli deilt með yfirborði slíðunnar á kafi) þegar þú pantar hitarann ​​og vertu viss um að það sé ekki meira en 40 kW/m2. Í kerfum með lélega hringrás eða þar sem óhjákvæmilegt er að sökkva að hluta til, skal lækka leyfilegt flæði í 25-30 kW/m2 eða velja aðra upphitunaraðferð eins og gufuútblástur.