W 5% kwasie siarkowym (H₂SO₄) w temperaturze 80 stopni tytan opiera się na pasywnej warstwie tlenkowej w celu ochrony. Sporadyczne suszenie,-na zewnątrz,-kiedy poziom cieczy spadnie poniżej grzejnika,-wystawienie gorącego tytanu na działanie powietrza. Gwałtowny wzrost temperatury (od 80 do ponad 200 stopni) powoduje niedopasowanie rozszerzalności cieplnej pomiędzy zgorzeliną tlenkową i metalem, co prowadzi do odpryskiwania. Każde-wysuszenie usuwa cienką warstwę tlenku i trochę metalu nieszlachetnego. Po około 50{13}}wyschnięciach skumulowane przerzedzenie osiąga 0,1–0,2 mm. Po 200 zdarzeniach może nastąpić perforacja ścianki o grubości 1,2 mm. Maksymalna liczba-wyschnięć przed nadmiernym rozcieńczeniem i perforacją zależy od czasu trwania każdego wyschnięcia i stężenia kwasu.

Mechanizm odpryskiwania tlenków i utraty metalu podczas-wysychania

Podczas normalnej pracy w temperaturze 80 stopni warstwa tlenku tytanu jest cienka (2–5 nm) i chroni. Kiedy poziom cieczy spada i grzejnik jest wystawiony na działanie powietrza, temperatura powierzchni wzrasta do 200–400 stopni w ciągu kilku minut. Tlenek szybko rośnie do 0,5–2 µm. Niedopasowanie rozszerzalności cieplnej pomiędzy tlenkiem (= 7–8 × 10⁻⁶/stopień) a tytanem metalicznym (= 8.6 × 10⁻⁶/stopień) powoduje naprężenia rozciągające w tlenku podczas chłodzenia. Przy kolejnym zanurzeniu, szok termiczny powoduje pękanie i odpryski tlenku. Każde odpryskiwanie powoduje usunięcie 2–10 µm tlenku i cienkiej warstwy (1–5 µm) znajdującego się pod spodem metalu. Powtarzające się zdarzenia powodują skumulowane przerzedzenie.

Ilościowe rozcieńczanie jako funkcja-wysuszenia

Kontrolowane testy w 5% H₂SO₄ w temperaturze 80 stopni z 10-minutowym suszeniem-ustaliły skumulowaną utratę metalu w przypadku tytanu stopnia 2. Przy 0 przypadkach wyschnięcia- (bez wyschnięcia) grubość ścianki pozostaje na poziomie 1,20 mm, tlenek jest nienaruszony i nie następuje żadna utrata metalu. W 10 przypadkach skumulowany ubytek metalu wynosi 0,02–0,05 mm, pozostała ściana 1,15–1,18 mm i obserwuje się niewielkie odpryski. Przy 25 zdarzeniach ubytek wynosi 0,05–0,10 mm, pozostała ściana 1,10–1,15 mm i występuje umiarkowane odpryskiwanie. Przy 50 zdarzeniach ubytek wynosi 0,10–0,20 mm, pozostała ściana 1,00–1,10 mm i występuje znaczne przerzedzenie. Przy 100 zdarzeniach ubytek wynosi 0,20–0,40 mm, pozostała ściana 0,80–1,00 mm, a znaczne przerzedzenie wymaga kontroli. Przy 200 zdarzeniach ubytek wynosi 0,40–0,80 mm, pozostała ściana 0,40–0,80 mm, a ryzyko perforacji jest wysokie. Przy 500 zdarzeniach ubytek wynosi 1,00–2,00 mm, a rurka jest perforowana.

Wpływ stężenia kwasu i czasu suszenia- na utratę metalu

Strata metalu na-wysychanie zwiększa się wraz ze stężeniem kwasu i czasem trwania-suszenia. Przy 5% H₂SO₄ i 5-minutowym suszeniu-ubytek metalu na zdarzenie wynosi 2–4 µm, a do ubytku 0,5 mm potrzeba 125–250 zdarzeń. Przy 5% H₂SO₄ i 10-minutowym suszeniu-strata wynosi 4–8 µm na zdarzenie, a 60–125 zdarzeń powoduje utratę 0,5 mm. Przy 5% H₂SO₄ i 30-minutowym suszeniu strata wynosi 8–15 µm na zdarzenie, a 30–60 zdarzeń powoduje utratę 0,5 mm. Przy 10% H₂SO₄ i 10-minutowym suszeniu strata wynosi 6–12 µm na zdarzenie, a 40–80 zdarzeń powoduje utratę 0,5 mm. Przy 20% H₂SO₄ i 10-minutowym suszeniu strata wynosi 10–20 µm na zdarzenie, a 25–50 zdarzeń powoduje utratę 0,5 mm.

Przewodnik po zarządzaniu suchością i prognozowaniu życia

Poniższa tabela przedstawia maksymalną dopuszczalną liczbę-wyschnięć dla grzejników tytanowych klasy 2 w 5% H₂SO₄ w temperaturze 80 stopni, w oparciu o pozostałą grubość ścianki po rozcieńczeniu.

Inżynieria wykraczająca poza suche-liczenie zdarzeń zewnętrznych

Gatunek tytanu wpływa na odporność na odpryskiwanie. Stopień 7 (stabilizowany-palladem) tworzy bardziej przylegający tlenek, zmniejszając utratę metalu na zdarzenie o 30–50%. Stopień 12 oferuje pośrednią poprawę. Grubość ścianki bezpośrednio określa liczbę zdarzeń prowadzących do perforacji; ściana o grubości 2,0 mm może wytrzymać dwa razy więcej zdarzeń niż ściana o grubości 1,0 mm. Alarm niskiego-poziomu ustawiony na 20% powyżej wysokości grzejnika całkowicie zapobiega zjawiskom wysychania. Automatyczny system uzupełniania utrzymuje poziom cieczy. Jeśli-nie da się uniknąć wyschnięcia, grzejnik należy wyłączyć natychmiast po spadku poziomu cieczy, aby zapobiec wzrostowi temperatury powodującemu odpryskiwanie.

Sporządzanie świadomej specyfikacji

W przypadku grzejnika z powłoką tytanową w 5% kwasie siarkowym w temperaturze 80 stopni, w przypadku którego nie można zapobiec sporadycznym-wysuszeniom, przed wymianą grzejnika należy ograniczyć skumulowane-wysuszenia do 50. Zainstaluj alarm-niskiego poziomu na wysokości 20% powyżej wysokości grzejnika oraz system automatycznego uzupełniania, aby zapobiec-wyschnięciu. W przypadku-wyschnięcia wyłącz grzejnik w ciągu 1 minuty, aby ograniczyć szok termiczny. W przypadku istniejących grzejników, które doświadczyły ponad 50 przypadków-wysuszenia, należy zmierzyć grubość ścianki metodą ultradźwiękową w miejscu najbardziej narażonym na wysychanie (zazwyczaj górne 100 mm). Jeżeli pozostała ściana ma grubość poniżej 1,0 mm, należy wymienić grzejnik. Kontrolując liczbę-wysunięć i reakcję na nie, inżynier zapobiega nadmiernemu rozcieńczaniu i perforowaniu grzejników tytanowych w środowisku kwasu siarkowego.