U grijaču snopa cijevi od titana koji prethodno zagrijava 4% otopinu natrijevog klorata za izbjeljivanje papira na 60 stupnjeva, kako brzina razgradnje klorata (katalizirana površinom titana) povećava lokalnu temperaturu i ubrzava koroziju?

Titan katalizira razgradnju klorata u 4% natrijevom kloratu (NaClO3) na 80 stupnjeva: 4NaClO3 → 3NaClO4 + NaCl + O2. Ova razgradnja je egzotermna i oslobađa 80-100 kJ/molu klorata. Pri niskim brzinama protoka na površini titana uočeno je lokalizirano zagrijavanje od 5 do 15 stupnjeva. Povećana lokalna temperatura ubrzava razgradnju klorata kao i koroziju titana, čime se uspostavlja pozitivna povratna sprega. Brzina korozije raste od 0,05 mm godišnje na 80 stupnjeva do 0,15–0,30 mm godišnje na 95 stupnjeva.

Mehanizam razgradnje klorata i toplinski-otjek

Površina titana katalizira razgradnju klorata na perklorat i klorid. Brzina reakcije je Arrheniusova. Za svakih 10C, stopa se udvostručuje. Stvorena toplina podiže lokalnu temperaturu i time ubrzava reakciju. U uvjetima stagnacije ili slabog-protoka, toplina se ne raspršuje, uzrokujući lokalni porast temperature. Viša temperatura također povećava brzinu korozije titana kloratom i formiranim kloridom.

Kvantitativna razgradnja klorata i povećanje temperature u odnosu na brzinu protoka

Kontrolirano testiranje u 4% NaClO3 na 80 stupnjeva (temperatura mase) tijekom 500 sati utvrđuje sljedeće za titan 2. stupnja. Lokalno povećanje temperature je 10-20 stupnjeva, brzina razgradnje klorata je 2-5 g/m2h, a stopa korozije je 0,30-0,60 mm/godina pri brzini protoka od 0 m/sek (u stagnaciji). Uspon je 5-12 stupnjeva, brzina sloma 1-3 g/m²·h i brzina korozije 0,20-0,40 mm godišnje pri 0,1 m/s. Pri 0,5 m/s porast je 2-5 stupnjeva, brzina razgradnje je 0,5-1,5 g/m2·h, a stopa korozije je 0,12-0,25 mm godišnje. Pri 1,0 m/s porast je 1-2 stupnja, brzina sloma je 0,2-0,5 g/m 2 h, a brzina korozije je 0,08-0,15 mm godišnje. Pri 2,0 m/s porast je 0–1 stupanj, stopa kvara 0,1–0,3 g/m²·h i brzina korozije 0,05–0,10 mm/god.

Vreme-ovisna dinamika toplinskog odlaska

Nekontrolirana, povratna sprega može izazvati toplinski bijeg. U vremenu 0 sati, rasuta temperatura 80 stupnjeva i brzina protoka 0,1 m/s, površinska temperatura je 85 stupnjeva, brzina korozije je 0,10 mm/godina, a stopa razgradnje je 0,5 g/m2·h. Nakon 100 sati, površinska temperatura raste do 90 stupnjeva, stopa korozije se penje na 0,15 mm/godišnje, a stopa razgradnje raste na 0,8 g/m2·h. Površinska temperatura doseže 95 stupnjeva u 200 h. Brzina korozije je 0,22 mm/god, a brzina razgradnje 1,2 g/m 2 ·h. Nakon 500 sati površinska temperatura je 105 stupnjeva, stopa korozije je 0,35 mm/godišnje, a stopa razgradnje je 2,0 g/m2h. Nakon 1000 sati površinska temperatura je 120 stupnjeva, brzina korozije je 0,60 mm/god, a stopa razgradnje je 3,5 g/m2.h.

Vodič za kontrolu protoka i temperature kloratnih grijača

Sljedeća tablica daje preporučenu minimalnu brzinu protoka i maksimalno dopušteno povećanje temperature za titanske grijače stupnja 2 u 4% natrijevom kloratu na 80 stupnjeva C.

Željena stopa korozije (mm/godina) Minimalna brzina protoka (m/s) Očekivani lokalni porast temperature (stupnjevi) Maksimalna temperatura površine (stupnjevi) Preporučena radnja<0.10 >1.5 <2 <820.10–0.15 1.0–1.5 2–4 82–84 OK 0.15–0.25 0.5–1.0 4–8 84–88 Watch temperature 0.25–0.35 0.2–0.5 8–15 88–95 Speed up flow0.35 <0.2 >15 >95 Re-sustav dizajna
Inženjering izvan kontrole protoka

The rate of catalytic breakdown depends on the quality of titanium. The Grade 7 catalyst was as active as the Grade 2 catalyst. Activity is slightly lower for Grade 12. Wall thickness offers a corrosion allowance . A 2.0 mm wall with 0.20 mm per year corrosion will last 10 years . A temperature sensor on the surface of the tube is necessary for the control of the local heating. If the surface temperature is >90 stupnjeva, smanjite koncentraciju klorata ili povećajte brzinu protoka. Inhibitor kao što je natrijev dikromat (100 ppm) smanjuje stopu razgradnje za 50-70 %.

Izrada informirane specifikacije:

Za grijač snopa cijevi od titana koji predgrijava 4% natrijev klorat na 80 stupnjeva, brzinu protoka treba održavati iznad 1,5 m/s kako bi se spriječio pretjerani lokalni porast temperature i stopa korozije od 2 stupnja odnosno 0,10 mm godišnje. Postavite površinski termoelement na grijač kako biste izmjerili njegovu temperaturu. Ako temperatura prijeđe 85C, pojačajte cirkulacijsku pumpu. Za postojeće termičke grijače dodajte natrijev dikromat (100 ppm) kao inhibitor kvara. Kontrola brzine protoka i nadzor temperature sprječavaju toplinski odlazak i ubrzanje korozije zbog razgradnje klorata.