Za titanski uronjeni grijač instaliran u spremnik rastaljenog sumpora (135 stupnjeva, sadrži vodikov sulfid i polisulfide), zašto deblja stijenka nije korisna jer je korozija ravnomjerna, a vijek trajanja određen potpunim otapanjem željeza?

Temeljni kompromis u dizajnu grijača od titana za rad u rastaljenom 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, nema jamica ili pukotina na jednom području. Brzina je oko 0,05-0,15 mm/godišnje ovisno o sadržaju H2S. Budući da je korozija ravnomjerna, ukupni gubitak metala (stanjivanje stijenke) diktira vijek trajanja grijača. Veća debljina stijenke znači proporcionalno duži vijek trajanja. Dvostruko veća debljina stijenke znači dvostruko duži životni vijek. Ali ne postoji prag debljine ispod kojeg se korozija ubrzava ili iznad koje se zaustavlja. (S pitingom, deblje stijenke daju smanjene povrate.) Ovo istraživanje pokazuje razlog jednostavnog linearnog skaliranja u slučaju ravnomjerne korozije i optimalne debljine stijenke (1,5-2,0 mm) u slučaju upotrebe rastaljenog sumpora.

Mehanizam ravnomjerne korozije: utjecaj na mehanički integritet
Utvrđeno je da površina titana izravno reagira sa sumporom i polisulfidima u rastaljenom sumporu na 135 stupnjeva, što dovodi do stvaranja titanijevog disulfida (TiS2). Prevlaka TiS 2 relativno je zaštitna, ali se polagano otapa ili odvaja rastopljenim sumporom koji teče. Brzina korozije slijedi linearnu kinetiku: d=kt, gdje je k 0,05–0,15 mm/god. Ne postoji prag sloma pasivnog filma, nema kritične temperature za piting i nema mehanizma za pucanje uslijed korozije pod naponom. Korozija je konzistentna po cijeloj uronjenoj površini.

Nema lokaliziranog napada, stoga je vrijeme do perforacije jednostavno: t_perf=(početna debljina stijenke) / (stopa korozije). Ako je stopa korozije 0,10 mm/godišnje, stijenka od 1,2 mm bit će probušena za 12 godina. 15 godina za stijenku od 1,5 mm. 20 godina za stijenku debljine 2,0 mm. Relacija je savršena ravna linija. Stoga je deblji zid od prednosti u izravnom odnosu s dodatnim materijalom. Međutim, cijena titana također linearno raste s debljinom. Nema nelinearne koristi od prevelike debljine.

Utjecaj na toplinsku izvedbu: Kazna za prijenos topline
Deblji zid stvara male, ali stvarne toplinske troškove. Za tipični toplinski tok od 2,0 W/cm$^2$, konvekcijski otpor dominira u rastaljenom sumporu (h $\\približno$ 500 W/m$^2$K zbog visoke viskoznosti). Za zid od 1,2 mm R_cond=7.1e-5; za 2,0 mm zid R_cond=1.18e-4. Ukupni otpor se povećava za 8%, stoga se površinska temperatura povećava za 2-3 stupnja. Ovo malo ubrzava brzinu korozije (oko 10% za porast od 3'C), donekle negirajući prednost deblje stijenke. Ukupna korist od povećanja s 1,2 mm na 2,0 mm je produljenje životnog vijeka sa 12 godina na oko 18 godina (ne 20 godina zbog ubrzanja temperature). Zakon opadajućih povrata vrijedi, iako slabo.

Kompromis-između debljine stijenke i životnog vijeka
Debljina stijenke (mm) Brzina korozije na 135 stupnjeva (mm/god) Faktor temperaturnog ubrzanja 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× 0.102 11.8 godina 1,2× 1,5 mm 0.10 1.05× 0.105 14.3 godine 1,5× 1,8 mm 0.10 1.08× 0.108 16.7 godine 1,8× 2,0 mm 0.10 1.10× 0.110 18.2 godine 2,0× 2,5 mm 0.10 1.15× 0.115 21.7 godine 2,5×
Zid debljine 2,0 mm ima vijek trajanja od 18 godina, 80% duži od zida debljine 1,0 mm, ali uz 100% veću cijenu materijala. Zid od 1,5 mm daje 14 godina uz 50% više troškova, što je često najbolja ekonomska točka.

Inženjering iza zida: kontrola temperature i kvaliteta sumpora
Koncentracija H₂S u rastaljenom sumporu je vrlo osjetljiv parametar za brzinu korozije. U čistom sumporu (nizak H2S), stope su niske kao 0,03 mm/godišnje. Kiseli sumpor s visokim H2S i polisulfidima može biti visok i do 0,25 mm/godišnje. Ako je kvaliteta sumpora loša, potrebna je deblja stijenka, ali bolji je pristup prskati spremnik za sumpor dušikom kako bi se uklonio H2S, smanjujući stopu korozije za 70–80 %. Raspršivanje dušika 30+ Godine 1,2 mm stjenke Upravljanje temperaturom također je važno: smanjenjem temperature spremnika sa 135 stupnjeva na 125 stupnjeva smanjuje se stopa korozije za oko 40%, što omogućuje tanje stjenke.

Zaključak: Linearna korist-Odaberite zid kao funkciju životnog vijeka i cijene
Deblja stijenka korisna je za titanski uronjeni grijač u spremniku rastaljenog sumpora na 135 stupnjeva s H2S i polisulfidima jer je korozija jednolika, a vijek trajanja ovisi o ukupnoj količini otopljenog metala. Udvostručenje debljine stijenke otprilike udvostručuje životni vijek (uz malu kaznu zbog ubrzanja temperature). Preporučena debljina stijenke: 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 obično je 1,5 mm, što daje 14 godina vijeka trajanja s 50% više od 1,0 mm stijenke. Dostavite proizvođaču procijenjenu koncentraciju H₂S i radnu temperaturu kako bi mogao izračunati točnu stopu korozije. U slučaju upotrebe rastaljenog sumpora, debljina stijenke je izravna linearna proračunska varijabla. Deblje je bolje, ali skuplje-odaberite za životni vijek.