Zakaj za potopni grelnik iz titana, nameščen v rezervoar za staljeno žveplo (135 stopinj, vsebuje vodikov sulfid in polisulfide), debelejša stena ni koristna, ker je korozija enakomerna in je življenjska doba določena s popolnim raztapljanjem železa?

Temeljni kompromis pri oblikovanju titanovega grelnika za uporabo v staljenem žveplu
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 dosledna, brez lukenj ali razpok na enem območju. Stopnja je približno 0,05-0,15 mm/leto, odvisno od vsebnosti H2S. Ker je korozija enakomerna, skupna izguba kovine (tanjšanje sten) narekuje življenjsko dobo grelnika. Večja debelina stene pomeni sorazmerno večjo življenjsko dobo. Dvakratna debelina stene pomeni dvakratno življenjsko dobo. Vendar ni mejne debeline, pod katero se korozija pospeši ali nad katero se ustavi. (Pri jamičasti luknjici dajejo debelejše stene manjše donose.) Ta raziskava prikazuje razlog za preprosto linearno skaliranje v primeru enakomerne korozije in optimalno debelino stene (1,5-2,0 mm) v primeru uporabe staljenega žvepla.

Mehanizem enakomerne korozije: Vpliv na mehansko celovitost
Ugotovljeno je bilo, da površina titana neposredno reagira z žveplom in polisulfidi v staljenem žveplu pri 135 stopinjah, kar vodi do tvorbe titanovega disulfida (TiS2). Prevleka TiS 2 je razmeroma zaščitna, vendar se tekoče staljeno žveplo počasi raztopi ali odlomi. Hitrost korozije sledi linearni kinetiki: d=kt, kjer je k 0,05–0,15 mm/leto. Ni praga razgradnje pasivnega filma, ni kritične temperature za piting in ni mehanizma za razpoke zaradi napetostne korozije. Korozija je enakomerna po celotni potopljeni površini.

Ni lokaliziranega napada, zato je čas do perforacije preprosto: t_perf=(začetna debelina stene) / (stopnja korozije). Če je stopnja korozije 0,10 mm/leto, bo stena debeline 1,2 mm perforirana v 12 letih. 15 let za steno debeline 1,5 mm. 20 let za steno debeline 2,0 mm. Relacija je popolna ravna črta. Zato je debelejša stena prednost v neposrednem sorazmerju z dodatnim materialom. Stroški titana pa prav tako linearno naraščajo z debelino. Ni nelinearne koristi, če postanete preveč debeli.

Vpliv na toplotno učinkovitost: Kazen za prenos toplote
Debelejša stena povzroči majhne, ​​a realne toplotne stroške. Pri tipičnem toplotnem toku 2,0 W/cm$^2$ prevladuje konvekcijski upor v staljenem žveplu (h $\\približno$ 500 W/m$^2$K zaradi visoke viskoznosti). Za 1,2 mm steno R_cond=7.1e-5; za 2,0 mm steno R_cond=1.18e-4. Celotna upornost se poveča za 8%, zato se površinska temperatura poveča za 2–3 stopinje. To nekoliko pospeši stopnjo korozije (približno 10 % za dvig 3'C), kar nekoliko izniči prednost debelejše stene. Splošna korist povečanja z 1,2 mm na 2,0 mm je podaljšanje življenjske dobe z 12 let na približno 18 let (ne 20 let zaradi pospeška temperature). Zakon padajočih donosov velja, čeprav šibko.

Kompromis-med debelino stene in življenjsko dobo
Debelina stene (mm) Stopnja korozije pri 135 stopinjah (mm/leto) Faktor temperaturnega pospeška Efektivna stopnja korozije (mm/leto) Čas do perforacije (leta) Relativni stroški materiala 1,0 mm 0.10 1.00× 0.10 10 let 1,0× 1,2 mm 0.10 1.02× 0.102 11.8 let 1,2× 1,5 mm 0.10 1.05× 0.105 14.3 leta 1,5× 1,8 mm 0.10 1.08× 0.108 16.7 leta 1,8× 2,0 mm 0.10 1.10× 0.110 18.2 leta 2,0× 2,5 mm 0.10 1.15× 0.115 21.7 leta 2,5×
Stena debeline 2,0 mm ima življenjsko dobo 18 let, kar je 80 % dlje kot stena debeline 1,0 mm, vendar s 100 % višjimi stroški materiala. Stena debeline 1,5 mm zagotavlja 14 let ob 50 % višjih stroških, kar je pogosto najboljši ekonomski vidik.

Inženiring za zidom: nadzor temperature in kakovost žvepla
Koncentracija H₂S v staljenem žveplu je zelo občutljiv parameter za hitrost korozije. V čistem žveplu (nizka koncentracija H2S) so stopnje le 0,03 mm/leto. Kislo žveplo z visokim H2S in polisulfidi je lahko tako visoko kot 0,25 mm/leto. Če je kakovost žvepla slaba, je potrebna debelejša stena, vendar je boljši pristop razprševanje rezervoarja za žveplo z dušikom, da se odstrani H2S, kar zmanjša stopnjo korozije za 70–80 %. Razprševanje dušika 30+ Leta 1,2 mm stene Upravljanje temperature je prav tako pomembno: znižanje temperature rezervoarja s 135 stopinj na 125 stopinj zmanjša stopnjo korozije za približno 40 %, kar omogoča tanjše stene.

Zaključek: linearna korist-Izberite zid kot funkcijo življenjske dobe in stroškov
Debelejša stena je koristna za potopni grelnik iz titana v rezervoarju za staljeno žveplo pri 135 stopinjah s H2S in polisulfidi, saj je korozija enakomerna in je življenjska doba odvisna od skupne količine raztopljene kovine. Podvojitev debeline stene približno podvoji življenjsko dobo (z majhno kaznijo zaradi temperaturnega pospeška). Priporočena debelina stene: 1,2–1,5 mm za 10 let življenjske dobe; 1,5–1,8 mm za 15 let življenja; 2,0–2,5 mm za 20 let življenja. Učinka praga ni (debelejše stene ne delujejo). Najboljša ekonomična izbira je običajno 1,5 mm, kar daje 14 let življenjske dobe pri 50 % več kot 1,0 mm stene. Proizvajalcu posredujte ocenjeno koncentracijo H₂S in delovno temperaturo, da lahko izračuna natančno stopnjo korozije. V primeru uporabe staljenega žvepla je debelina stene neposredna linearna konstrukcijska spremenljivka. Debelejši je boljši, a dražji-izberite za življenje.