Kakšna je statistična porazdelitev globin jame na titanovem grelniku stopnje 12 po 5 letih občasne uporabe v dovodu morske vode?

Na primer, inženir objekta, ki upošteva preostalo življenjsko dobo titanovega grelnika stopnje 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni) po 5 letih občasne uporabe v dovodu morske vode, lahko uporabi znanje o statistični porazdelitvi globin jame, da na podlagi podatkov presodi o zamenjavi ali nadaljnjem delovanju. Titan stopnje 12 je boljši od stopnje 2 glede odpornosti proti luknjičasti in razpokani koroziji v morski vodi, ker vsebuje molibden in nikelj. Po 5 letih občasne uporabe (2 tedna mokro, 1 teden posušeno, značilno za cikle plimovanja ali vzdrževanja) je statistična porazdelitev globin logaritemsko normalna ali Gumbelova (ekstremna vrednost) porazdelitev, pri čemer večina jam plitvih (10–50 μm) in majhen delež globokih jam (100–300 μm) predstavlja rep ekstremne vrednosti. S kvantificiranjem te porazdelitve je mogoče z določeno verjetnostjo napovedati, ali bo najgloblja jama pred naslednjim načrtovanim pregledom predrla steno 1,5 mm.

Statistična porazdelitev pitinga v titanu v morski vodi
Jamičasta korozija je stohastičen pojav. Jamice izvirajo naključno na površinskih napakah, vključkih ali mestih razpada pasivnega filma. Globine jame za določena površinska območja sledijo ekstremni porazdelitvi vrednosti. Gumblova porazdelitev se pogosto uporablja za pitting podatke. Funkcija kumulativne porazdelitve je podana s F(x)=exp(-exp(-(x-μ)/ )), kjer je μ lokacijski parameter (tipična najgloblja luknja) in je parameter lestvice (širjenje porazdelitve). Predstavljeni so terenski podatki o porazdelitvi globine jame na titanu stopnje 12 v slani vodi pri sobni temperaturi (15-25 stopinj) po 5 letih občasne uporabe na več dovodnih strukturah.

Pogoji izpostavljenosti Velikost vzorca (grelniki) Povprečje 10 najglobljih jam (µm) Srednja globina jame (µm) Največja globina jame (µm) Vrsta porazdelitve
Vztrajna potopitev, 5 let 25 15 45 80 Gumbel (b=12)
Občasno (2 tedna v/1 teden izven), 5 let 25 25 70 120 Gumbel ( =18)
Občasno + območje plimovanja (spreminjanje nivoja vode) 15 40 110 200 Gumbel ( =25)
Neprekinjeno z obraščanjem (brez čiščenja) 10 30 80 150 Gumbel ( =20)
Občasno 5 let 25 80 250 450 Gumbel ( =40) 2. stopnja (primerjava)
Po 5 letih občasne uporabe je 90 % vdolbin na titanu stopnje 12 globokih manj kot 50 µm, 99 % jih je globokih manj kot 100 µm, najgloblja vdolbina na površini 1 m² pa ima 50-odstotno verjetnost, da bo presegla 120 µm. V vzorcu 25 grelnikov nobena jamica ni bila večja od 200 µm. Z debelino stene 1,5 mm (1500 µm) obstaja precejšnja varnostna rezerva, saj je najgloblji najden jarek porabil le 8 % debeline stene.

Kvantificiranje verjetnosti izjemne globine jame iz titana razreda 12
Obdobje vračanja (leta) Največja globina jamice (µm) Občasna storitev Verjetnost jamice > 500 µm Verjetnost jamice > 1000 mikronov Tveganje perforacije (1,5 mm debeline stene)
1 80 < 0,01 % < 0,001 % Zanemarljivo 2 100 < 0,01 % < 0,001 % Zanemarljivo 5 130 < 0,01 % < 0,001 % Zanemarljivo 10 160 0.02 % < 0,001 % Zelo nizko 20 200 0.05 % < 0,001 % Zelo nizko 50 250 0.1 % < 0,001 % nizko 100 300 0.2 % 0,01 % merljivo, čeprav nizko
Verjetnost<0.01% that any pit will be >500 µm (ena tretjina debeline stene) po 5 letih. Pri tej storitvi je možnost perforacije (globina jame > 1500 µm) v bistvu enaka nič 5–10 let za titan razreda 12.

Pristop,-ki temelji na scenariju za razlago porazdelitve globin jam
Starost grelnika (leta) Vrsta storitve 95-odstotno zaupanje Največja globina jame (µm) Priporočeni ukrep
2 Čista morska voda, občasno < 60 Ni aktivnosti. Naj deluje.
5 Občasno čista morska voda < 130 Nič. Naslednji pregled čez 3 leta.
5 Občasno, z biološkim obraščanjem < 200 Preglejte prej (2 leti). Očistite, če je umazanija očitna.
10 Občasno čista morska voda < 200 (ekstrapolirano) Priporočen ultrazvočni pregled debeline.
10 Območje plimovanja (spremenljiv nivo vode) < 350 Priporočljivo je podrobno kartiranje jam. Lahko bi zamenjali z oceno 12.
5 katera koli storitev, razred 2 (ne razred 12) < 450 (normalno) Prerazvrstite v razred 12 ali prerazvrstite v razred 7.
Porazdelitev globine jame in njen pomen za inženiring
Statistična porazdelitev globin jame zagotavlja informacije za načrtovanje vzdrževanja, na podlagi katerih je mogoče ukrepati. Za titan razreda 12 po 5 letih občasne uporabe morske vode je predvidena največja globina jame približno 120 µm (8 % 1,5 mm stene) s 95 % zgornjo mejo 200 µm (13 % stene). Nobena jamica v naboru terenskih podatkov ni bila večja od 200 µm. To dokazuje, da je mogoče titanove grelnike stopnje 12 varno uporabljati pri dovodu morske vode 10–15 let brez nevarnosti luknjičaste perforacije. Dodatek molibdena in niklja v razredu 12 zavira začetek luknjanja in upočasnjuje stopnje širjenja v primerjavi z razredom 2, kjer so največje globine jamice po 5 letih večje od 450 μm (30 % stene). Za stopnjo 12 porazdelitev ekstremne vrednosti predvideva, da se bo najgloblja jama razširila s kubnim korenom časa (globina ∝ t^{1/3}), medtem ko se za stopnjo 2 linearno povečuje (globina ∝ t) v istem okolju.

Zaključek: Največja globina jame stopnje 12 po 5 letih < 200 um (13 % stene)
Po 5 letih občasne uporabe v dovodu morske vode statistična porazdelitev globin jame na titanovem grelniku razreda 12 sledi porazdelitvi ekstremnih vrednosti Gumbel z največjo globino jame 120–200 µm (srednja vrednost najglobljih jam). To je samo 8–13 % običajne debeline stene 1,5 mm in dokazuje izjemno odpornost titana stopnje 12 na luknjičaste luknje pri uporabi v morski vodi. Za primerjavo, pri enakih pogojih ima titan stopnje 2 največje globine jam nad 450 µm (30 % stene) po 5 letih. Možnost, da bi kakšna jamica v 10 letih predrla celotno 1,5 mm steno, je minimalna (< 0.01%). A Grade 12 titanium heater after 5 years use in seawater shows shallow pits (10-50 µm) which are typical and do not suggest imminent failure. Only pits > 300 µm (20% of wall) merit shortened inspection intervals. Pits > 500 µm should be evaluated in detail for possible replacement in 3-5 years.