Ko titanov potopni grelnik služi za vzdrževanje 90 stopinj v potopni posodi za vulkanizacijo gume (vsebuje cinkov stearat in žveplo), ali žveplo-povzročena korozija pri visokem toplotnem toku spremeni optimalno izbiro debeline stene? Ko titanov potopni grelnik služi za vzdrževanje 90 stopinj v potopni posodi za gumo Vulkanizacija (vsebuje cinkov stearat in žveplo), ali žveplo-povzročena korozija pri visokem toplotnem toku spremeni izbiro optimalne debeline stene?

Osnovni kompromisi-pri zasnovi titanovih grelnikov za rezervoarje za vulkanizacijo
Gumijasti rezervoarji za vulkanizacijo delujejo pri 90 stopinjah s formulacijo cinkovega stearata (sredstvo za sproščanje) in žvepla (sredstvo za vulkaniziranje). Potopni grelniki iz titana vzdržujejo temperaturo za enakomerno vulkanizacijo. Temperatura površine titanovega plašča pri visokem toplotnem toku (običajno 2,5–3,5 W/cm^2) je 100–120 stopinj. Pri teh temperaturah žveplo medsebojno deluje s titanom, da ustvari titanov sulfid (TiS2) namesto zaščitne plasti titanovega dioksida. Titanov sulfid je ne-pasivirajoč, porozen in električno prevoden. To preoblikuje mehanizem korozije iz pasivnega (zanemarljivega) v aktivnega (enoten ali usmerjen napad). Debelina stene mora biti izbrana tako, da kompenzira to korozijo zaradi žvepla, ki se ne pojavi pri nižjih toplotnih tokovih ali temperaturah. Preiskava ocenjuje, ali žveplova korozija spremeni optimalno debelino stene v primerjavi z običajno uporabo klorida ali kisline.

Vpliv na mehansko celovitost: rast titanovega sulfida
The reaction of titanium with sulfur at high temperatures is Ti + S2 ->TiS2. Ta reakcija je kinetično pomembna nad 100 stopinj. Stopnja nastajanja sulfida je minimalna (<0.01 mm/year) with a titanium heater at 1.5 W/cm2 (surface temperature ≈ 95°C). At 2.5 Wcm-2 (surface temperature of ~115°C) the rate is 0.10-0.20 mm per year. At 3.5 W/cm2 (surface temperature ~ 135 degrees C) the rate is 0.5-1.0 mm/yr. The titanium sulphide layer does not shield the underlying metal. It is porous and spalls off exposing new titanium to additional reaction. This is a consistent thinning type corrosion, not a pitting.

Rezervoarji za vulkanizacijo gume običajno vsebujejo 1 do 5 masnih odstotkov žvepla. Cinkov stearat se uporablja kot sredstvo za sproščanje. Cinkov stearat nima neposrednega učinka na korozijo, lahko pa ujame žveplo na površino grelnika in poveča lokalno koncentracijo. Terenski podatki iz gumijastih potopnih črt kažejo, da imajo titanovi grelniki s stenami debeline 1,2 mm, ki delujejo pri 2,5 W/cm2, stopnjo tanjšanja 0,15 mm/leto, kar ustreza 8-letni življenjski dobi. Pri 3,5 W/cm² se debelina stene zmanjša za 0,8 mm/leto, kar zagotavlja samo 1,5 leta življenjske dobe.

Nadzorna spremenljivka: Toplotni tok in njegov vpliv na toplotno zmogljivost
Stopnja žveplove korozije je eksponentno povezana s temperaturo površine, ki je funkcija debeline stene in toplotnega toka. Za dano prostorninsko temperaturo (90 stopinj ) in konvekcijski koeficient (h ≈ 800 W/m2.K v rezervoarju z mešanjem) je temperatura površine T_surface=90 + q/h + ΔT_cond ΔT_cond=qxt / k_Ti Stena 1,2 mm pri 2,5 W/cm² daje T_surface ≈ 90 + 31.3 + 1.8=123 stopinj . 1.5 mm stene daje 90+31.3+2.2=123.5 stopinj. minimalna razlika. Za obe debelini je pri 3,5 W/cm 2 površina T ≈ 90 + 43.8 + (2,5–3,0)=136–137 stopinj. Prevladuje konvekcijski padec in vpliv debeline stene na površinsko temperaturo je majhen. Zato zmanjšanje debeline stene nima bistvenega vpliva na znižanje stopnje žveplove korozije.

Kompromis-sinteze: optimalna debelina stene in toplotni tok
Toplotni tok (W/cm2) Površinska temperatura (stopinja) Stopnja žveplove korozije (mm/leto) Debelina stene za 5-letno življenjsko dobo (mm) Optimalna debelina stene
1,5 W/cm² 95 stopinj 0.01 0.5 mm 1,0 mm (minimalno mehansko)
2,0 W/cm² 110 stopinj 0.08 0.9 mm 1,2 mm 2,5 W/cm² 123 stopinj 0.15 1.3 mm 1,5 mm 3,0 W/cm² 130 stopinj 0.30 2.0 mm 2,0 mm 3,5 W/cm² 136 stopinj 0.70 4.0 mm Ni priporočljivo (postopek prenove)
Ko se toplotni tok poveča, se ustrezno poveča tudi debelina stene, potrebna za 5-letno življenjsko dobo. Idealna debelina stene se premakne z 1,0 mm (nizek pretok) na 1,5-2,0 mm (visok pretok). Žveplova korozija je enakomerno redčenje. Za razliko od kloridne luknjičaste luknje, kjer imajo večje stene upadajoče donose, daje debelina stene linearno dovoljeno korozijo.

Inženiring onstran zidu: površinski premazi in zmanjšanje toplotnega toka
Najučinkovitejši način za zmanjšanje žveplove korozije je zmanjšanje toplotnega toka, ne povečanje debeline stene. Delovanje pri 2,0 W/cm² namesto 2,5 W/cm² lahko zmanjša potrebno debelino stene z 1,5 mm na 1,2 mm, hkrati pa podaljša življenjsko dobo grelnika. To pomeni večjo grelno površino (daljše cevi ali več cevi), vendar se kompromis splača. Druga možnost je, da tanka (2–5 µm) brezelektrična plast niklja-fosforja (ENP) na titanovem ovoju prepreči stik žvepla s titanom. ENP je odporen na napad žvepla do 150 stopinj. 1,0 mm stena iz titana s prevleko ENP bo trajala 10+ let pri 3,5 W/cm2.

Sklepi: Odvisnost debeline stene od toplotnega toka pri delovanju žvepla
Potopni grelec iz titana se uporablja za vzdrževanje 90 stopinj v gumijastem potopnem rezervoarju za vulkanizacijo s cinkovim stearatom in žveplom, izbira najboljše debeline stene pa je spremenjena z žveplom-inducirano korozijo. Standardna stena 1,0–1,2 mm pri nizkem toplotnem toku (<=2.0 W/cm2) is enough. At high heat flux (2.5-3.0 W/cm 2 ) the sulfur corrosion rate increases to 0.15-0.30 mm/year needing 1.5-2.0 mm wall for 5-year life. When the power density is above 3.0 W/cm², wall thickness required is > 2.5 mm and a process redesign (reduced heat flux or coated sheath) is recommended. The optimum thickness of a wall for a certain application is decided by the needed heat flux and not by a standard thickness. For rubber vulcanization service, state to the heater manufacturer the expected heat flux (W/cm2) or surface temperature. Using this data, wall thickness can be computed as t = corrosion rate x desired life, with the corrosion rate being obtained using sulfur-temperature kinetics. Generally, a 1.5 mm titanium wall gives a strong 5-8 year service life for most rubber dipping tanks working at 2.0-2.5 W/cm2.