Για ένα περίβλημα τιτανίου που θερμαίνει έναν πολτό χρωστικής διοξειδίου του τιτανίου σε αραιό θειικό οξύ (pH 2,5, 80 μοίρες), Ποια είναι η κρίσιμη ταχύτητα ροής για την πρόληψη της διάβρωσης-Διάβρωση στις στροφές;

Η θεμελιώδης αντιστάθμιση στη σχεδίαση θερμαντήρα τιτανίου για λειαντικά όξινα πολτούς
Η χρωστική TiO2 παράγεται με πέψη του μεταλλεύματος ιλμενίτη σε πυκνό θειικό οξύ, ακολουθούμενη από αραίωση, υδρόλυση και πύρωση του διαλύματος. Οι ενδιάμεσες φάσεις περιλαμβάνουν θέρμανση ενός πολτού χρωστικής TiO2 σε αραιό θειικό οξύ (pH 2,5, 80 μοίρες). Ο πολτός περιέχει 20-40 wt % στερεά σωματίδια TiO2 με μέση διάμετρο 0,2-0,5 microns και είναι κάπως λειαντικό. Η συνδυασμένη επίδραση όξινου ηλεκτρολύτη και πρόσκρουσης σωματιδίων παρέχει ένα περιβάλλον διάβρωσης-με ρυθμούς απώλειας υλικού υψηλότερους από το άθροισμα της καθαρής διάβρωσης και της καθαρής διάβρωσης. Οι περιοχές κάμψης των σωλήνων θέρμανσης από τιτάνιο σχήματος U ή οφιοειδής είναι τα πιο κρίσιμα μέρη των σωλήνων θέρμανσης, όπου η διαδρομή ροής αλλάζει και τα σωματίδια αναγκάζονται να προσκρούσουν στο εξωτερικό τοίχωμα (extrados) με αυξημένη ταχύτητα και γωνία. Το πάχος του τοιχώματος παρέχει ένα παθητικό επίδομα διάβρωσης, αλλά η σημαντική μεταβλητή σχεδιασμού για την αποφυγή της πρόωρης αστοχίας είναι η ταχύτητα ροής του πολτού πέρα ​​από τον θερμαντήρα. Η ταχύτητα κατωφλίου ξεπερνιέται και η αλλαγή συμβαίνει από ήπια, ομοιόμορφη φθορά σε σοβαρή, τοπική διάβρωση-διάβρωση που μπορεί να παραβιάσει ένα τοίχωμα τιτανίου 2,0 mm σε λιγότερο από έξι μήνες. Κάτω από αυτή την οριακή ταχύτητα, η παθητική επίστρωση διοξειδίου του τιτανίου είναι σταθερή και τα πάχη τοιχωμάτων 1,0–1,2 mm έχουν διάρκεια ζωής πολλών ετών.

Επιπτώσεις στη μηχανική ακεραιότητα: Συνεργική επίδραση της διάβρωσης και της διάβρωσης στις στροφές
Ο ρυθμός παθητικής διάβρωσης του τιτανίου βαθμού 2 σε αραιό θειικό οξύ σε pH 2,5 υπό συνθήκες στατικής ή χαμηλής ροής είναι 0,02-0,05 mm/έτος. Τα σωματίδια του πολτού TiO 2 είναι χημικά πανομοιότυπα με το παθητικό φιλμ. Έτσι, υπάρχουν αμελητέες γαλβανικές επιδράσεις. Ωστόσο, το διαβρωτικό συστατικό καταστρέφει το προστατευτικό στρώμα οξειδίου πιο γρήγορα από ό,τι μπορεί να επαναπαθητικοποιηθεί. Προς τα επιπλέον σημεία της κάμψης, οι γωνίες πρόσκρουσης σωματιδίων τείνουν να είναι στην περιοχή 30-60 μοιρών ως προς την επιφάνεια, η περιοχή που μεγιστοποιεί την απώλεια υλικού για εύθραυστα-όλκιμα υλικά όπως το τιτάνιο. Ο ρυθμός διάβρωσης-διάβρωσης είναι ένας εμπειρικός νόμος ισχύος, w˙=k⋅vnw˙=k⋅vn, με vv την τοπική ταχύτητα σωματιδίων στην κάμψη και nn γενικά 2,5–3,0 για το τιτάνιο σε όξινους πολτούς. Η ουσιαστική εξάρτηση από την ταχύτητα υποδηλώνει 6-8 φορές αύξηση του ρυθμού φθοράς για διπλασιασμό του ρυθμού ροής. Ο ρυθμός διάβρωσης είναι ασήμαντος για ένα τμήμα ευθύγραμμου σωλήνα με ροή παράλληλη προς την επιφάνεια, καθώς τα σωματίδια ολισθαίνουν αντί να προσκρούουν. Η κύρια διαφορά είναι ότι λόγω της επιτάχυνσης της ροής γύρω από την καμπή, η τοπική ταχύτητα στα εξτρά σημεία της κάμψης μπορεί να είναι 1,5-2,5 φορές υψηλότερη από την ταχύτητα χύδην πολτού. Έτσι, η ταχύτητα ροής χύδην στον σωλήνα ή τη δεξαμενή πρέπει να είναι κάτω από ένα όριο που αντιστοιχεί σε ταχύτητα έξτρα κάμψης περίπου 3–4 m/sec όπου ο ρυθμός διάβρωσης-διάβρωσης είναι απαράδεκτος.

Επίδραση θερμικής απόδοσης: Θερμοκρασία-Αλληλεπίδραση ταχύτητας
Η θερμική κλίση μέσω της θήκης τιτανίου επηρεάζει τον μηχανισμό διάβρωσης-διαβρώσεως επηρεάζοντας τη σταθερότητα του παθητικού φιλμ. Ένα χαμηλότερο πάχος τοιχώματος συνεπάγεται χαμηλότερη θερμοκρασία επιφάνειας για μια δεδομένη πυκνότητα ισχύος, και επομένως βελτιωμένη μηχανική στιβαρότητα του παθητικού φιλμ. Σε θερμοκρασία όγκου 80 μοιρών, ένας τοίχος 1,0 mm που λειτουργεί στα 2,5 W/cm² έχει εξωτερική επιφάνεια περίπου 92 μοίρες. ένας τοίχος 1,5 mm φτάνει περίπου τις 98 μοίρες. Υψηλότερες θερμοκρασίες άνω των 90 μοιρών έχουν ως αποτέλεσμα μια πιο εύθραυστη παθητική μεμβράνη στο τιτάνιο και είναι πιο επιρρεπή σε θραύση κατά την πρόσκρουση των σωματιδίων. Εργαστηριακές δοκιμές διάβρωσης{12}}με χρήση πολτού TiO2 (40 wt%, pH 2,5, 80 μοίρες ) καταδεικνύουν ότι το όριο κρίσιμης ταχύτητας για έναν τοίχο 1,0 mm είναι 2,8 m/s (χύμα) αλλά για ένα τοίχωμα 1,5 mm μειώνεται στο 2,2 mm πιο καυτό τοίχωμα, λόγω του θερμότερου οξειδίου, 2,2 m. Ως εκ τούτου, ένα παχύτερο τοίχωμα όχι μόνο οδηγεί σε περισσότερο υλικό για φθορά, αλλά μειώνει επίσης το παράθυρο ασφαλούς ταχύτητας λειτουργίας, το οποίο θα μπορούσε να οδηγήσει σε απώλεια της απόδοσης παραγωγής.

Synthesis of the Trade-off: Critical Velocity and Wall Thickness Matrix
Η ακόλουθη μήτρα δείχνει την κρίσιμη ταχύτητα ροής χύδην πολτού για ένα περίβλημα τιτανίου που θερμαίνει έναν πολτό TiO2 σε αραιό θειικό οξύ (pH 2,5, 80 μοίρες, 30 wt% στερεά, 0,3 μm μέσο μέγεθος σωματιδίων), που ορίζεται ως η ταχύτητα με την οποία η διάβρωση είναι ίση με ρυθμό διάβρωσης 0.the{5} διάρκειας ζωής 3 ετών για τοίχο 1,0 mm με συντελεστή ασφαλείας).

Ακτίνα κάμψης σωλήνα (αναλογία R/D) Πάχος τοιχώματος τιτανίου Κρίσιμη μαζική ταχύτητα (m/s) για διάβρωση-Διάβρωση περιορισμένη σε<0.3 mm/year Expected Life at Critical Velocity Core Engineering Rationale
R=3× OD (σφιχτή κάμψη) 1,0 mm 1,8 m/s 2,5 – 3 χρόνια Η στεγανή κάμψη επιταχύνει την τοπική ταχύτητα στα 3,5-4,0 m/s σε έξτρα. Το λεπτό τοίχωμα λειτουργεί πιο δροσερό, αυξάνοντας οριακά την ανοχή ταχύτητας. Δεν προτείνεται για συνεχή χρήση.
OD=3 x R (σφιχτή κάμψη) 1,5 mm 1,4 m/s 2 – 2,5 χρόνια Το παχύτερο τοίχωμα είναι θερμότερο μειώνοντας την παθητική ελαστικότητα του φιλμ. Η τοπική ταχύτητα παραμένει υψηλή Αποφύγετε τις σφιχτές στροφές, ανεξάρτητα από το πάχος του τοιχώματος.
R=5× OD (γενναιόδωρη κάμψη) 1,0 mm 2,8 m/s 4 – 5 χρόνια Ταχύτητα Extrados ≈ 1,3× χύμα; Η γενναιόδωρη στροφή ελαχιστοποιεί την τοπική επιτάχυνση. Το λεπτότερο τοίχωμα διατηρεί την επιφάνεια πιο δροσερή. Ο καλύτερος συνδυασμός για φρέσκα σχέδια.
R=5× OD (γενναιόδωρη κάμψη) 1,2 mm – 1,4 mm 2,5 m/sec 5 – 6 χρόνια Ελαφρώς παχύτερο τοίχωμα, επιτρέπει ανοχή στη διάβρωση χωρίς υπερβολική αύξηση της θερμοκρασίας. Κατάλληλο για ευαίσθητες εφαρμογές με σπάνιες εκδρομές ταχύτητας.
R=8× OD (εξαιρετικά μεγάλη κάμψη) ή ευθύς σωλήνας με πτερύγια στροφής 1,0 mm – 1,2 mm > 3,5 m/s > 8 έτη Αφαιρεί την επιτάχυνση κάμψης. Η διάβρωση-η διάβρωση είναι δευτερεύουσας σημασίας. Το πάχος του τοίχου πρέπει απλώς να πληροί τα κριτήρια πίεσης και διάβρωσης.
Engineering Around the Bend: Flow Straighteners and Heater Orientation
Όπου η αρχιτεκτονική της δεξαμενής καθιστά αναπόφευκτη την ακτίνα στενής κάμψης (R < 4 x OD), δύο εναλλακτικές τεχνικές μπορούν να ελαχιστοποιήσουν τη διάβρωση-χωρίς να θυσιάσουν την ταχύτητα παραγωγής. Ο συντελεστής επιτάχυνσης τοπικής ταχύτητας μειώνεται από 2,0 σε 1,2 με την εφαρμογή ισιωτικών ροής ή περιστρέφοντας πτερύγια ανάντη της καμπής του θερμαντήρα για να επαναπροσανατολιστεί ο πολτός ώστε να ακολουθήσει το περίγραμμα του σωλήνα. Η υπολογιστική προσομοίωση δυναμικής ρευστών δείχνει ότι η extrados ταχύτητα μιας κάμψης 3× OD με πτερύγιο μειώνεται από 4,0 m/s σε 2,2 m/s με ταχύτητα όγκου 2,0 m/s, η οποία είναι κάτω από το κρίσιμο όριο. Δεύτερον, ο θερμαντήρας πρέπει να προσανατολίζεται κατακόρυφα με τον πολτό να ρέει προς τα πάνω, έτσι ώστε τα σωματίδια να μετακινούνται πέρα ​​από την καμπή χωρίς να καθιζάνουν ή να χτυπούν σε υψηλές γωνίες. Ο οριζόντιος προσανατολισμός με κάμψεις στο οριζόντιο επίπεδο θα πρέπει να αποφεύγεται καθώς η βαρύτητα ωθεί τα σωματίδια προς τα extrados αυξάνοντας τη συχνότητα κρούσης. Τέλος, ένα κάπως παχύτερο τοίχωμα (1,4–1,6 mm) με σημαντική ακτίνα κάμψης (R=6× OD) παρέχει προσεκτικό σχεδιασμό για αβέβαιες ή μεταβλητές συνθήκες ροής, ενώ η θερμική απόδοση μειώνεται.

Συμπέρασμα: Επίδραση του ελέγχου ταχύτητας και της γεωμετρίας κάμψης στο πάχος του τοίχου
Η απαιτούμενη ταχύτητα ροής για την αποφυγή διάβρωσης-διάβρωσης σε κάμψεις σε θήκη τιτανίου που θερμαίνει πολτό TiO 2 σε αραιό θειικό οξύ σε pH 2,5 και 80 μοίρες είναι περίπου 2,5–3,0 m/sec χύδην ταχύτητα για έναν καλά κατασκευασμένο θερμαντήρα με πάχος R {1.–2 mm και πάχος R {{{61} mm. Οποιοδήποτε ταχύτερο από αυτό και η απώλεια υλικού θα ήταν εκθετικά μεγαλύτερη. Οι χοντροί τοίχοι θα διεισδύσουν σε μήνες. Η διάβρωση{12}}η διάβρωση κάτω από αυτό το όριο είναι αμελητέα και μια θήκη τιτανίου πάχους 1,0 mm έχει διάρκεια ζωής 4–5 χρόνια. Η κύρια συμβουλή σχεδιασμού είναι να επιλέξετε μια γενναιόδωρη ακτίνα κάμψης (R Μεγαλύτερη ή ίση με 5× OD) και ταχύτητα χύδην ιλύος κάτω από 2,5 m/sec και, στη συνέχεια, επιλέξτε το πάχος του τοιχώματος με βάση το επιτρεπτό όριο διάβρωσης και τις απαιτήσεις μηχανικού χειρισμού (συνήθως 1,2 mm). Η αύξηση του πάχους του τοίχου χωρίς έλεγχο της ταχύτητας ή του σχήματος κάμψης είναι μια λανθασμένη αίσθηση ασφάλειας. Ένας τοίχος 2,0 mm στα 3,5 m/sec αποτυγχάνει πιο γρήγορα από έναν τοίχο 1,0 mm στα 2,0 m/sec. Όταν καθορίζετε θερμαντήρες για λειαντικές όξινες ιλύς, παρέχετε στον κατασκευαστή την εκτιμώμενη ταχύτητα πολτού και την κατανομή μεγέθους σωματιδίων και ζητήστε επιβεβαίωση της ακτίνας κάμψης. Το κύριο θέμα της μηχανικής είναι η διαχείριση της ταχύτητας και όχι το μέγιστο πάχος τοιχώματος.