Za grijač za uranjanje titanijuma instaliran u rezervoar za rastopljeni sumpor (135 stepeni, sadrži vodonik-sulfid i polisulfide), zašto deblji zid nije koristan jer je korozija ujednačena i život je određen potpunim rastvaranjem gvožđa?

Fundamentalni kompromis u dizajnu titanijumskog grijača za servis u rastopljenom sumporu
Molten sulphur tanks are maintained at 135°C to keep sulphur in liquid form for transportation or processing. The sulfur is saturated with hydrogen sulfide (H₂S) and polysulfides (H₂S_x) in solution. Titanium immersion heaters are utilized because titanium has strong resistance to sulphur and sulphides at moderate temperatures. However, titanium corrodes in molten sulfur by a chemical process: Ti + 2S ->TiS₂ Korozija je konzistentna, bez udubljenja ili pucanja na jednom području. Stopa je oko 0,05-0,15 mm/godišnje u zavisnosti od sadržaja H2S. Pošto je korozija ujednačena, ukupni gubitak metala (stanjivanje zidova) diktira vijek trajanja grijača. Veća debljina zida znači proporcionalno veći životni vek. Dvostruka debljina zida znači dvostruko duži vijek trajanja. Ali ne postoji prag debljine ispod kojeg se korozija ubrzava ili iznad koje prestaje. ( Kod pitinga deblji zidovi daju sve manji prinos. ) Ovo istraživanje pokazuje razlog jednostavnog linearnog skaliranja u slučaju ujednačene korozije i optimalne debljine zida (1,5-2,0 mm) u slučaju upotrebe rastopljenog sumpora.

Mehanizam uniformne korozije: uticaj na mehanički integritet
Utvrđeno je da površina titanijuma direktno reaguje sa sumporom i polisulfidima u rastopljenom sumporu na 135 stepeni, što dovodi do stvaranja titanijum disulfida (TiS2). TiS 2 premaz je relativno zaštitni, ali se sporo otapa ili odvaja od rastopljenog sumpora koji teče. Brzina korozije prati linearnu kinetiku: d=kt, gdje je k 0,05–0,15 mm/god. Ne postoji prag raspada pasivnog filma, nema kritične temperature za piting i nema mehanizma za pucanje korozije pod naponom. Korozija je konzistentna na cijeloj uronjenoj površini.

Nema lokaliziranog napada, stoga je vrijeme do perforacije jednostavno: t_perf=(početna debljina zida) / (stopa korozije). Ako je stopa korozije 0,10 mm/godišnje, zid od 1,2 mm će biti perforiran za 12 godina. 15 godina za zid od 1,5 mm. 20 godina za zid debljine 2,0 mm. Odnos je savršena ravna linija. Stoga je deblji zid od prednosti u direktnoj proporciji sa dodatnim materijalom. Cena titanijuma, međutim, takođe raste linearno sa debljinom. Nema nelinearne koristi od prevelike debljine.

Uticaj na termičke performanse: kazna za prenos toplote
Deblji zid ima male, ali realne toplotne troškove. Za tipičan toplotni tok od 2,0 W/cm$^2$, konvektivni otpor dominira u rastopljenom sumporu (h $\\približno$ 500 W/m$^2$K zbog visokog viskoziteta). Za zid od 1,2 mm R_cond=7.1e-5; za zid od 2,0 mm R_cond=1.18e-4. Ukupni otpor je povećan za 8%, pa je temperatura površine povećana za 2-3 stepena. Ovo malo ubrzava stopu korozije (oko 10% za porast od 3'C), donekle negirajući prednost debljeg zida. Ukupna prednost povećanja sa 1,2 mm na 2,0 mm je produženje životnog veka sa 12 godina na oko 18 godina (a ne 20 godina zbog ubrzanja temperature). Zakon opadanja prinosa važi, iako slabo.

Zamjena{0}}između debljine zida i vijeka trajanja
Debljina zida (mm) Stopa korozije na 135 stepeni (mm/god) Faktor ubrzanja temperature Efektivna stopa korozije (mm/god) Vrijeme do perforacije (godine) Relativna cijena materijala 1,0 mm 0.10 1.00× 0.10 10 godina 1,0× 1,2 mm 0.10 1.02}× 1 mm 0.10 1.02}× 1 mm. 0.10 1.05× 0.105 14.3 godina 1,5× 1,8 mm 0.10 1.08× 0.108 16.7 godina 1,8× 2,0 mm 0.10 1.10× 0.110 18.2 godina 2,0× 2,5 mm 0.10 1.15× 0.115 21.7 godina 2,5×
Zid debljine 2,0 mm ima vek trajanja od 18 godina, 80% duži od zida debljine 1,0 mm, ali sa 100% većom cenom materijala. Zid od 1,5 mm pruža 14 godina uz 50% više troškova, često najbolju ekonomsku tačku.

Inženjering iza zida: kontrola temperature i kvaliteta sumpora
Koncentracija H₂S u rastopljenom sumporu je vrlo osjetljiv parametar za brzinu korozije. U čistom sumporu (nizak H2S), stope su čak 0,03 mm/godišnje. Kiseli sumpor sa visokim sadržajem H2S i polisulfida može biti visok i do 0,25 mm/god. Ako je kvalitet sumpora loš, potreban je deblji zid, ali je bolji pristup prskati rezervoar za sumpor dušikom kako bi se odstranio H2S, smanjujući stopu korozije za 70-80 %. Prskanje dušikom 30+ Godine 1.2mm Wall Upravljanje temperaturom je takođe važno: smanjenje temperature rezervoara sa 135 stepeni na 125 stepeni smanjuje stopu korozije za oko 40%, što omogućava tanje zidove.

Zaključak: Linearna korist-Odaberite zid kao funkciju života i cijene
Deblji zid je koristan za grijač za uranjanje titanijuma u rezervoar rastopljenog sumpora na 135 stepeni sa H2S i polisulfidima jer je korozija ujednačena i životni vek zavisi od ukupne količine otopljenog metala. Udvostručenje debljine zida otprilike udvostručuje radni vek (sa malom kaznom zbog ubrzanja temperature). Preporučena debljina zida: 1,2–1,5 mm za 10 godina života; 1,5–1,8 mm za 15 godina života; 2,0–2,5 mm za 20 godina života. Nema efekta praga (deblji zidovi ne rade). Najbolji ekonomski izbor je obično 1,5 mm, što daje 14 godina vijeka trajanja pri 50% više od 1,0 mm zida. Dostavite proizvođaču procijenjenu koncentraciju H₂S i radnu temperaturu kako bi im omogućili da izračunaju tačnu stopu korozije. U slučaju istopljenog sumpora debljina zida je direktna linearna promjenjiva dizajna. Deblji je bolji ali skuplji-odaberite za život potreban.