For en titanvarmestang som brukes til å smelte parafinvoks ved 80 grader med sporadisk overoppheting til 120 grader, hva er den kritiske kumulative overopphetingstiden (timer) før voksen brytes ned til karboksylsyrer som angriper titan?

Parafinvoks smeltes ved 80 grader for mange industrielle operasjoner som lysproduksjon, investeringsstøping og belegg. Titanium varmestaver kan brukes for denne tjenesten ved normale driftstemperaturer. Noen ganger oppstår overoppheting til 120 C på grunn av svikt i termostaten eller dårlig varmeoverføring som forårsaker termisk forringelse av parafinvoksen. Denne nedbrytningen gir opphav til karboksylsyrer, inkludert eddiksyre, maursyre og stearinsyre, på grunn av oksidasjons- og krakkingsprosesser. Disse syrene angriper den passive titanfilmen og forårsaker gropdannelse og jevn korrosjon. Den avgjørende kumulative overopphetingstiden er 100 timer ved 120 grader før syrekonsentrasjonen blir aggressiv. Syrekonsentrasjonen er over 500 ppm og titan korrosjonshastigheten øker fra under 0,01 mm per år til 0,1-0,3 mm per år dersom terskelen overskrides.

Mekanismen for parafinnedbrytning og syredannelse ved høye temperaturer

Parafinvoks er stabil ved 80 grader og brytes ikke nevneverdig ned. Ved 120 grader er det termisk oksidasjon: parafinhydrokarboner (C20–C40) reagerer med oksygen oppløst i den med dannelse av alkoholer, aldehyder og til slutt karboksylsyrer. Reaksjonen skjer via en fri radikal prosess. De resulterende syrene er etsende for titan siden de kombinerer titanioner og ødelegger den passive filmen. Arrhenius-forholdet indikerer at forringelseshastigheten nesten dobles for hver 10 graders økning i temperaturen over 100 grader. Når syrer er generert, forblir de i voksen og vil fortsette å skade titanoverflaten selv om temperaturen faller tilbake til 80 grader.

Kvantitativ syredannelse og korrosjonshastighet versus overopphetingstid

Kontrollerte tester med parafinvoks (smeltepunkt 55 grader, oljeinnhold<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.

Påvirkning av voksformulering og oksygentilgjengelighet på syredannelseshastigheten

Nedbrytningshastigheten er avhengig av vokssammensetningen og oksygentilgjengeligheten. Parafinvoks med høyere oljeinnhold brytes ned raskere. 60 timer til 1,0 mg KOH/g TAN ved 120C for 2 % oljeinnhold kontra. 100 timer for lav-oljevoks. Den forgrenende molekylære strukturen til mikrokrystallinsk voks gjør det langsommere å dekomponere enn parafinvoks. Den kritiske kumulative overopphetingstiden kan forlenges til 200 timer ved -friradikalfjernende aktivitet av antioksidanter som butylert hydroksytoluen (BHT) ved 500 ppm. Nitrogenteppe for å utelukke oksygen vil forhindre syredannelse fullstendig, men er generelt upraktisk i smeltetanker. Gjentatt overoppheting er verre enn kontinuerlig overoppheting fordi når tanken åpnes, tilføres nytt oksygen.

Kritisk kumulativ overtemperaturtid og avbøtende veiledning

Tabellen nedenfor indikerer viktige kumulative tider for overoppheting ved ulike temperaturer for parafinvoks, og anbefalte tiltak for grad 2 titaniumvarmere.

Overopphetingstemperatur ( grad ) Kritisk kumulativ tid til 1,0 mg KOH/g TAN (timer) Over-oppvarming ved 80 grader, resulterende korrosjonshastighet (mm/år) Foreslått handling
100 500 0.02-0.05 Akseptabelt; sjekk årlig. 110 200 0.03-0.06 Akseptabelt; sjekk kvartalsvis. 120 100 0.08-0.15 Erstatt voks hvis overskredet. 130 50 0.10-0.20 Installer overopphetingsbeskyttelse. 140 25 0.15-0.30Legg til antioksidant; Grad 7 Titanium 150 10 0.20–0,40 Redesign varmeapparat med temperaturgrense Engineering Beyond Overheat Time Control

Motstanden mot syrekorrosjon er sterkt påvirket av graden av titan. Korrosjonshastigheten i sur voks er lavere med en faktor på 2–3 for grad 7 (palladiumstabilisert) og den kritiske overopphetingstiden økes til 250 timer ved 120 grader. Veggtykkelsen gir et korrosjonstillegg: en 2,0 mm vegg korrodert 0,15 mm per år av forringet voks holder i 13 år. Hvis TAN er mer enn 1,5 mg KOH/g, må voksen byttes. Tilsetning av 0,1 % natriumkarbonat til voksen nøytraliserer syrer og unngår angrep av titan, men kan svekke voksegenskapene. Ingen overoppheting. Det er en temperatursensor og varsling ved 100 grader og varmeapparat slås av ved 110 grader.

Lage en kunnskapsrik spesifikasjon

- en titanvarmestav som smelter parafinvoks ved 80 grader C med periodisk overoppheting til 120 grader C. Total overopphetingstid skal ikke overstige 100 timer i løpet av varmerens levetid. Installer en temperatursensor med en dataopptaker for å registrere hele varigheten over 100 grader. Hvis den totale tiden overstiger 100 timer, endre voksladningen og kontroller varmeoverflaten for gropdannelse. For bruksområder der varmeoppbygging-er hyppig eller uunngåelig, spesifiser grad 7 titan og tilsett 500 ppm BHT-antioksidant til voksen. Drift: Mål det totale syretallet til voksen hver 6. måned. Bytt ut voksen hvis det totale syretallet når 1,5 mg KOH/g. Ingeniøren holder den totale tiden for overoppheting under en kritisk grense på 100 timer, og unngår derfor parafinforringelse og det påfølgende syreangrepet på titanvarmerne.