Wie verändert die periodische Eintauchtiefe (30 % gegenüber . 70 %) in einem vertikalen Titan-Heizstab, der bei 150 Grad in einem Phosphorsäureschlamm betrieben wird, die Position der maximalen Grubentiefe?
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In Phosphorsäureschlamm – einer viskosen Mischung aus Phosphorsäure (30-50 %), ausgefälltem Gips (CaSO 4 .2H 2 O), Siliziumdioxid und Metallsulfaten – unterliegen vertikale Titanheizstäbe einer ungleichmäßigen Korrosion. Es wird regelmäßig gefüllt, entleert und abgesetzt und der Schlammspiegel ist variabel. Die Lage der maximalen Grubentiefe wird durch zwei gegensätzliche Faktoren bestimmt, nämlich die Eintauchtiefe, also den Anteil der im Schlamm eingetauchten Stablänge. Bei 30 % Eintauchtiefe (hauptsächlich Dampf ausgesetzt) dominieren die Sauerstoffkonzentrationszellen und die maximale Grubentiefe liegt an der Schlamm-Luft-Grenzfläche (dem Meniskus). Bei einer Überdeckung von 70 % (hauptsächlich unter Wasser) ist die Schlammansammlung der vorherrschende Prozess und die maximale Grubentiefe liegt an der unteren Spitze, wo sich abgesetztes Material ansammelt. Das Verständnis dieser Änderung ist für die Planung gezielter Inspektionen und Wartungsarbeiten von entscheidender Bedeutung.
Der Mechanismus der Verschiebung der Grubenposition, wenn sich die Eintauchtiefe ändert
Wenn der Stab teilweise eingetaucht ist (30 %), befindet sich die Schlammlinie nahe am oberen Teil des Stabs. Der dünne Schlammfilm auf dem Meniskus verdunstet, wodurch Phosphorsäure und Fluoride auf sehr hohe Konzentrationen konzentriert werden. Durch die unterschiedliche Belüftung entsteht an der Schlamm-{3}}Luftschnittstelle eine sehr strenge Spaltumgebung, und die Lochfraßbildung beginnt nach 200 bis 500 Stunden. Wenn der Stab zu 70 % eingetaucht ist, befindet sich die Schlammlinie nahe an der Oberseite und die Unterseite des Stabs hat längeren Kontakt mit abgesetzten Gips- und Metallsulfatpartikeln. An der Spitze herrscht Unterablagerungskorrosion vor, die unter der schweren Schlammschicht Gruben erzeugt, in denen kein Sauerstoff vorhanden ist und sich Chloride oder Fluoride konzentrieren. Die Korrosionsrate an der Spitze wird auch durch die galvanische Wirkung zwischen der Unterwasser- und der Dampfzone erhöht.
Quantitative Grubentiefenverteilung bei verschiedenen Eintauchtiefen
Kontrollierte Tests wurden in Phosphorsäureschlamm (40 % P2O5, 20 % Feststoffe, 1.500 ppm Fluorid) bei 150 Grad über 1.000 Stunden durchgeführt und zeigten einzigartige Grubentiefenverteilungen. Bei 30 % Eintauchtiefe (70 % des Stabs in der Dampfzone) beträgt die maximale Grubentiefe 0,6–1,2 mm an der Schlammlinie (Meniskus bei 30 % der Länge vom Boden). In der Dampfzone oberhalb des Meniskus werden Löcher mit einer Größe von weniger als 0,1 mm und an der unteren Spitze Löcher mit einer Größe von 0,2–0,4 mm beobachtet. Bei einer Eintauchtiefe von 50 % (gleiches Eintauchen) wird eine bimodale Verteilung mit Vertiefungen von 0,4–0,8 mm an der Schlammlinie und der Bodenspitze beobachtet. Bei einer Eintauchtiefe von 70 % (30 % in der Dampfzone) liegt die größte Grübchentiefe an der Bodenspitze (0,8–1,5 mm), wobei die Schlammlinie 0,3–0,6 mm große Grübchen aufweist. Bei 100 % Eintauchen (vollständig eingetaucht) sind in der unteren Hälfte gleichmäßig Vertiefungen mit einer Tiefe von 0,5–1,0 mm verteilt und der Meniskuseffekt verschwindet vollständig.
Der Standort der Grube wird durch den Eintauchzyklus und die Schlammzusammensetzung beeinflusst
Die Häufigkeit der Zyklen und der Feststoffgehalt des Schlamms beeinflussen den Bereich maximaler Lochfraßbildung. Der Meniskus weist Vertiefungen von 0,8–1,2 mm mit einer konstanten Eintauchtiefe von 30 % und 20 % Schlammfeststoffen mit 1000 ppm Fluorid auf. Unter den gleichen Bedingungen, bei einer konstanten Eintauchtiefe von 70 %, weist die untere Spitze Löcher von 0,9–1,5 mm auf. Bei täglichen Eintauchzyklen zwischen 30 und 70 % werden der Meniskus und die Bodenspitze an beiden Stellen stark angegriffen (Lochtiefen von 1,2–2,0 mm). Bei der höheren Feststoffkonzentration (40 %) und bei konstanter Überflutung (70 %) vergrößern sich die Vertiefungen an der Bodenspitze auf 1,5–2,5 mm. Bei einem geringeren Feststoffgehalt (10 %) und einer konstanten Eintauchtiefe von 30 % werden die Meniskusgruben auf 0,3–0,6 mm reduziert, da sich weniger Schlamm an der Grenzfläche ansammelt. Die Wirkung der Fluoridkonzentration auf die Lochfraßbildung ist an allen Stellen eine beschleunigende Wirkung und hat keinen Einfluss auf den Ort der maximalen Tiefe der Lochfraßbildung bei einem bestimmten Eintauchmuster.
Kontrolle der Eintauchtiefe zur Kontrolle der Grubenposition
Die folgende Tabelle enthält Richtlinien zur Regulierung der Eintauchtiefe, um die Platzierung von Gruben zu regulieren und die Lebensdauer des Heizgeräts in Phosphorsäureschlamm bei 150 °C zu verlängern.
Empfohlene Eintauchtiefe Betriebsstrategie BegründungLebensdauererwartung (1,5 mm Wand)
Festes Eintauchen 100 % (vollständig eingetaucht) Kein Meniskusangriff, Korrosion gleichmäßig verteilt 1–2 Jahre
Behobenes Eintauchen mit 100-prozentigem Abblasen des Schlamms mit Bodenentfernung des Schlamms. Verringert die untere Spitze unter-Ablagerungskorrosion um 2–3 Jahre
Regelmäßige Entleerung vollständig. Nicht teilweise eintauchen. Entwässerung bildet Meniskus. Unter Wasser mindestens 1 bis 2 Jahre aufbewahren
Unten im Dampferhitzer (umgedreht)Nicht empfohlen Meniskus verschiebt sich nach oben; vergleichbarer Schaden<1 year
Wöchentlich den Heizer um 180 Grad drehen. Eintauchen. Bei Beschädigungen zwischen Meniskus und Spitze handelt es sich um eine 2- bis 3-fache Verlängerung
Technik jenseits der Untertauchkontrolle
Der Titangehalt hat einen erheblichen Einfluss auf die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Grübchen, jedoch nicht auf die Stelle des maximalen Angriffs. Grad 7 (Palladium-stabilisiert) verbessert die Grubenausbreitung an Meniskus- und Bodenspitzenstellen um 50-70 %. Die Wandstärke gibt einen Korrosionszuschlag; Eine 2,5-mm-Wand mit 1,0-mm-Lochfraß pro Jahr an der schlimmsten Stelle überlebt 2,5 Jahre. Der Schlammspiegel sollte regelmäßig überwacht werden; Ein Niveauregler sorgt dafür, dass das Eintauchen jederzeit voll ist und der Meniskus eliminiert wird. Regelmäßiges Abblasen des Schlamms (regelmäßiges Entfernen abgesetzter Feststoffe vom Boden) minimiert die Korrosion unter Ablagerungen an der Spitze. Wenn ein teilweises Untertauchen nicht vermieden werden kann, wird in der erwarteten Meniskuszone eine PTFE-Hülse installiert, um das Titan vom konzentrierten Schlammfilm zu isolieren.
Erstellen einer fundierten Spezifikation
Entwerfen Sie einen Tank, um einen vertikalen Titan-Heizstab jederzeit in Phosphorsäureschlamm bei 150 Grad und 100 % Eintauchen zu halten. Installieren Sie ein Niveaukontrollsystem mit Warnung bei 90 % Untertauchen und einer Heizungsabschaltung-bei 80 %, um eine Freilegung des Meniskus zu verhindern. Für vorhandene Heizgeräte, die mit teilweisem Eintauchen funktionieren müssen, geben Sie an der vorhergesagten Schlammlinie Titan der Güteklasse 7 und einen PTFE-Schrumpfschlauch mit einer Länge von 100 mm an. Während des Betriebs sollte alle drei Monate eine Ultraschallkartierung der Stabdicke im Meniskusbereich und an der unteren Spitze durchgeführt werden. Wenn die Grubentiefe an einer Stelle mehr als 0,5 mm beträgt, drehen Sie die Heizung um 180 Grad (falls symmetrisch) oder ersetzen Sie sie. Mit dem Wissen darüber, wie sich die Eintauchtiefe auf die Position der maximalen Grubentiefe auswirkt, kann der Ingenieur spezifische Inspektions- und Schadensbegrenzungsverfahren für die vertikalen Titanheizer im Phosphorsäureschlamm anwenden.
