Το κερί παραφίνης θερμαίνεται στους 80 βαθμούς για τήξη σε διάφορες βιομηχανικές διεργασίες, όπως η κατασκευή κεριών, η χύτευση επενδύσεων και οι επικαλύψεις. Οι ράβδοι θερμότητας τιτανίου είναι κατάλληλες για αυτήν την υπηρεσία σε κανονικές θερμοκρασίες λειτουργίας. Ωστόσο, περιστασιακή υπερθέρμανση στους 120 βαθμούς, η οποία μπορεί να συμβεί λόγω βλάβης του θερμοστάτη ή κακής μεταφοράς θερμότητας, προκαλεί θερμική υποβάθμιση του κεριού παραφίνης. Η αποικοδόμηση παράγει καρβοξυλικά οξέα, κυρίως οξικό, μυρμηκικό και στεατικό οξύ, μέσω αντιδράσεων οξείδωσης και πυρόλυσης. Αυτά τα οξέα προσβάλλουν την παθητική μεμβράνη τιτανίου, οδηγώντας σε διάτρηση και ομοιόμορφη διάβρωση. Ο κρίσιμος αθροιστικός χρόνος υπερθέρμανσης πριν η συγκέντρωση του οξέος φτάσει σε επιθετικά επίπεδα είναι 100 ώρες στους 120 βαθμούς. Πέρα από αυτό το όριο, η συγκέντρωση του οξέος υπερβαίνει τα 500 ppm, με αποτέλεσμα ο ρυθμός διάβρωσης του τιτανίου να αυξάνεται από κάτω από 0,01 mm ετησίως σε 0,1–0,3 mm ετησίως.

Ο Μηχανισμός Αποικοδόμησης Παραφίνης και Σχηματισμού Οξέος σε Ανυψωμένες Θερμοκρασίες

Στους 80 βαθμούς, το κερί παραφίνης είναι σταθερό και δεν υποβαθμίζεται σημαντικά. Στους 120 βαθμούς, λαμβάνει χώρα θερμική οξείδωση: οι υδρογονάνθρακες της παραφίνης (C20–C40) αντιδρούν με το διαλυμένο οξυγόνο για να σχηματίσουν αλκοόλες, αλδεΰδες και τελικά καρβοξυλικά οξέα. Η αντίδραση ακολουθεί έναν μηχανισμό ελεύθερων ριζών. Τα οξέα που παράγονται είναι διαβρωτικά για το τιτάνιο, καθώς μπορούν να συμπλέξουν ιόντα τιτανίου και να αποσταθεροποιήσουν το παθητικό φιλμ. Ο ρυθμός υποβάθμισης ακολουθεί μια σχέση Arrhenius, που διπλασιάζεται περίπου για κάθε αύξηση 10 μοιρών πάνω από 100 βαθμούς. Μόλις σχηματιστούν οξέα, παραμένουν στο κερί και συνεχίζουν να επιτίθενται στην επιφάνεια του τιτανίου ακόμα και αν η θερμοκρασία επιστρέψει στους 80 βαθμούς.

Ποσοτικός Σχηματισμός Οξέος και Ρυθμός Διάβρωσης ως Συνάρτηση του Χρόνου Υπερθέρμανσης

Ελεγχόμενη δοκιμή κεριού παραφίνης (σημείο τήξης 55 βαθμοί, περιεκτικότητα σε λάδι<1%) at 120°C has established the following acid concentrations and Grade 2 titanium corrosion rates. At 0 hours of cumulative overheating at 120°C (normal operation at 80°C only), the total acid number (TAN) is below 0.1 mg KOH/g, the titanium corrosion rate is below 0.01 mm per year, and the surface remains bright. At 25 hours of overheating, the TAN reaches 0.3–0.6 mg KOH/g, the corrosion rate is 0.01–0.03 mm per year, and light etching appears on the surface. At 50 hours, the TAN increases to 0.6–1.2 mg KOH/g, the corrosion rate rises to 0.03–0.08 mm per year, and general etching is visible. At 100 hours, the critical threshold, the TAN reaches 1.2–2.5 mg KOH/g, the corrosion rate increases to 0.08–0.15 mm per year, and pitting initiates with a pit density of 5–20 pits per cm². At 200 hours, the TAN is 2.5–5.0 mg KOH/g, the corrosion rate reaches 0.15–0.30 mm per year, and pitting becomes severe with a pit depth of 0.1–0.3 mm. At 500 hours, the TAN exceeds 5 mg KOH/g, the corrosion rate exceeds 0.3 mm per year, and perforation of a 1.2 mm wall occurs within 2,000–4,000 hours.

Επίδραση της σύνθεσης του κεριού και της διαθεσιμότητας οξυγόνου στον ρυθμό σχηματισμού οξέος

Ο ρυθμός αποικοδόμησης εξαρτάται από τη σύνθεση του κεριού και τη διαθεσιμότητα οξυγόνου. Το κερί παραφίνης με υψηλότερη περιεκτικότητα σε λάδι αποδομείται πιο γρήγορα. σε 2% περιεκτικότητα σε λάδι, ο χρόνος για να φτάσει το 1,0 mg KOH/g TAN είναι 60 ώρες στους 120 βαθμούς σε σύγκριση με 100 ώρες για το κερί χαμηλής-ελαίου. Το μικροκρυσταλλικό κερί αποικοδομείται πιο αργά από το κερί παραφίνης λόγω της διακλαδισμένης μοριακής του δομής. Η παρουσία αντιοξειδωτικών όπως το βουτυλιωμένο υδροξυτολουόλιο (ΒΗΤ) στα 500 ppm επεκτείνει τον κρίσιμο χρόνο αθροιστικής υπερθέρμανσης σε 200 ώρες, εξαλείφοντας τις ελεύθερες ρίζες. Η κάλυψη αζώτου για τον αποκλεισμό του οξυγόνου αποτρέπει τον σχηματισμό οξέος εντελώς, αλλά συχνά δεν είναι πρακτικό στις δεξαμενές τήξης. Οι επαναλαμβανόμενοι κύκλοι υπερθέρμανσης προκαλούν μεγαλύτερη ζημιά από τη συνεχή υπερθέρμανση επειδή εισάγεται φρέσκο ​​οξυγόνο κάθε φορά που ανοίγει η δεξαμενή.

Οδηγός κρίσιμου αθροιστικού χρόνου υπερθέρμανσης και μετριασμού

Ο παρακάτω πίνακας παρέχει κρίσιμους αθροιστικούς χρόνους υπερθέρμανσης σε διάφορες θερμοκρασίες για το κερί παραφίνης, μαζί με συνιστώμενες ενέργειες για θερμαντήρες τιτανίου Βαθμού 2.

Μηχανική πέρα ​​από τον έλεγχο χρόνου υπερθέρμανσης

Ο βαθμός τιτανίου επηρεάζει σημαντικά την αντοχή στη διάβρωση του οξέος. Ο βαθμός 7 (σταθεροποιημένο παλλάδιο-) έχει 2-3 φορές χαμηλότερο ρυθμό διάβρωσης σε όξινο κερί, επεκτείνοντας τον κρίσιμο χρόνο υπερθέρμανσης σε 250 ώρες στους 120 βαθμούς. Το πάχος του τοιχώματος παρέχει περιθώριο διάβρωσης. ένας τοίχος 2,0 mm με διάβρωση 0,15 mm ετησίως από υποβαθμισμένο κερί επιβιώνει 13 χρόνια. Το κερί πρέπει να αντικαθίσταται όταν το TAN υπερβαίνει το 1,5 mg ΚΟΗ/g. Η προσθήκη 0,1% ανθρακικού νατρίου στο κερί εξουδετερώνει τα οξέα και αποτρέπει την επίθεση του τιτανίου, αλλά μπορεί να επηρεάσει τις ιδιότητες του κεριού. Ένας αισθητήρας θερμοκρασίας με ξυπνητήρι ρυθμισμένο στις 100 μοίρες και διακοπή του θερμαντήρα-στους 110 βαθμούς αποτρέπει την υπερθέρμανση.

Κάνοντας μια ενημερωμένη προδιαγραφή

Για μια ράβδο θερμότητας τιτανίου που χρησιμοποιείται για την τήξη του κεριού παραφίνης στους 80 βαθμούς με περιστασιακή υπερθέρμανση στους 120 βαθμούς, περιορίστε τον αθροιστικό χρόνο υπερθέρμανσης στις 100 ώρες κατά τη διάρκεια ζωής του θερμαντήρα. Εγκαταστήστε έναν αισθητήρα θερμοκρασίας με καταγραφικό δεδομένων για την καταγραφή του αθροιστικού χρόνου πάνω από 100 μοίρες. Εάν ο αθροιστικός χρόνος υπερβαίνει τις 100 ώρες, αντικαταστήστε τη φόρτιση κεριού και επιθεωρήστε την επιφάνεια του θερμαντήρα για τρύπημα. Για εφαρμογές όπου η υπερθέρμανση είναι συχνή ή αναπόφευκτη, καθορίστε τιτάνιο Βαθμού 7 και προσθέστε 500 ppm αντιοξειδωτικού BHT στο κερί. Κατά τη λειτουργία, μετρήστε τον συνολικό αριθμό οξέος του κεριού κάθε 6 μήνες. εάν υπερβαίνει το 1,5 mg KOH/g, αντικαταστήστε το κερί. Ελέγχοντας τον αθροιστικό χρόνο υπερθέρμανσης κάτω από το κρίσιμο όριο των 100 ωρών, ο μηχανικός αποτρέπει την αποικοδόμηση της παραφίνης και την επακόλουθη επίθεση με οξύ στους θερμαντήρες τιτανίου.