Kaip koncentruotos azoto rūgšties povandeninis kaitinimas aukštesnėje temperatūroje, kaip vamzdžio išorinio paviršiaus apdaila (Ra vertė) keičia mastelio formavimosi tendenciją?

Koncentruota azoto rūgštis (didesnė arba lygi 65 % HNO₃) esant ekstremalioms temperatūroms (80–110 laipsnių) yra greitai oksiduojantis tirpalas, kuris sunaikina daugumą įprastų metalų -tačiau sukelia ypatingų problemų titano panardinamiesiems šildytuvams. Šioje aplinkoje titanas pasižymi išskirtiniu atsparumu korozijai dėl plačios, stabilios pasyvios dangos (iki 10 nm oksiduojančiose rūgštyse). Pagrindinis veikimo iššūkis yra mastelio susidarymas, o ne korozija. Esant aukštai temperatūrai ir didelėms koncentracijoms, azoto rūgštis šiek tiek suyra ir susidaro azoto oksidai (NOₓ) ir vanduo. Kartu su metalo jonų pėdsakais, išplautais iš rezervuaro sienelių ar proceso srautų, skilimo produktai sukuria netirpias nitratų druskas, kurios nusėda ant šildytuvo paviršių. Titano vamzdžio išorinio paviršiaus apdaila, išreikšta Ra verte (vidutinis aritmetinis šiurkštumas), iš karto pakeičia šių svarstyklių branduolio susidarymą, sukibimą ir pašalinimo greitį, todėl yra svarbus ilgalaikio šildytuvo efektyvumo konstrukcijos parametras.

Paviršiaus šiurkštumas: poveikis skalės formavimuisi ir augimui

Nuosėdų nusodinimas ant povandeninio šildytuvo vadovaujasi klasikine branduolių susidarymo teorija. Lygūs paviršiai (Ra < 0,4 mm) suteikia mažiau mažai energijos naudojančias vietas heterogeniškam branduoliui. Nitratinės druskos kristalizacijos indukcijos laikas ant elektropoliruoto arba marinuoto titano vamzdžio yra daug ilgesnis. Vietose, kur susidaro branduoliai, lygus paviršius pasižymi silpnu mechaniniu blokavimu, todėl apnašos linkusios likti plonos ir jas galima pašalinti švelniai srove arba retkarčiais valant. Kita vertus, kaip-tempta arba smėliuota-sraigtuota apdaila yra grubus paviršius (Ra > 1,6 µm) ir turi mikro-ertmes, viršūnes ir slėnius. Šios charakteristikos yra palankios branduolio susidarymo vietos, kur persotintieji nitratų jonai koncentruojami vietiniu garavimu karšto vamzdžio paviršiuje. Ant šiurkščių paviršių esantys žvynai greičiau auga, geriau prisitvirtina ir sunkiai pašalinami be intensyvaus mechaninio valymo, o tai gali sugadinti pasyviąją titano dangą.

Mastelio keitimo eksploatacinės pasekmės šildytuvo veikimui

Pagrindinis mastelio efektas yra atsparumo karščiui padidėjimas. Mišrios nitratinės druskos danga (šilumos laidumas $\\apytikriai $ 1-2 W/m$\\cdot$K) 0,2 mm gali apriboti šilumos perdavimą 40-60%, palyginti su švariu titanu ($\\apie 21,9 W/m$\\cdot$K). Tada šildytuvo valdiklis sureguliuoja padidindamas vamzdžio apvalkalo temperatūrą, o tai dar labiau pagreitina nitratų skaidymą ir masto susidarymą. Tai pabėgęs teigiamas grįžtamasis ryšys. Lauko tyrimai naudojant 95 laipsnių koncentruotą azoto rūgštį rodo, kad kritinis masto storis (30 % galios nuostoliai) pasiekiamas maždaug per 300 valandų vamzdyje, kurio Ra{11}} µm, ir per daugiau nei 1200 valandų lygiaverte vamzdyje, kurio Ra{13}} µm. Be to, dėl netolygaus masto pasiskirstymo vietomis atsiranda karštų vietų, kur pasyvioji titano danga gali iš tikrųjų augti; Pavojingiau, kad nuosėdų atskilimas gali turėti abrazyvinių dalelių, kurios pažeidžia apatinį vamzdelį.

Pakeitimas-Nuolaida: masto atsparumas, palyginti su kitais dizaino tikslais

Žemiau esančioje lentelėje nurodoma, kaip pasirinkti titano šildytuvo paviršiaus apdailą, atsižvelgiant į azoto rūgšties koncentraciją, temperatūrą ir valymo režimą.

Service Condition & Operational Priority of Nitric AcidRecommended Surface Finish (Ra) Core Rationale & Modification of Scaling Tendency 65–70 % HNO₃, 80–90 °C, constant flow (>0,5 m/s) 0,6–0,8 µm (mechaniškai poliruotas) Vidutinis lygumas, sumažintos branduolių susidarymo vietos. Srautas padeda atsikratyti atsilaisvinusių žvynų. Priima mažas papildomas gamybos sąnaudas
90-98 % HNO3, 95-110 laipsnių, stacionarūs arba mažo srauto rezervuarai Mažiau nei arba lygūs 0,3 µm (elektropoliruoti)Maksimalus atsparumas nuosėdoms, būtinas. Elektropoliravimas taip pat pašalina įterptas geležies daleles, kurios gali sukelti duobes. Ilgesnis veikimo laikas kompensuoja didesnes pradines išlaidas.
Daug ištirpusių kietųjų dalelių (Fe3+, Cr3+) 65 % HNO3, dažnas rūgščių pakeitimas 1,0–1,2 µm (ištraukus ir pasyvavus) Toleruojama šiurkštesnė apdaila (trumpas naudojimo trukmė vonioje, dažnai valoma, kad iš naujo susikauptų nuosėdos). Mažesnė apdailos paviršiaus kaina. Turi būti laikomasi griežto valymo režimo.
Azoto rūgštis, po kurios periodiškai plaunama vandeniu (šiluminis ciklas) 0,4-0,6 µm (marinuotas ir dejonizuotas vanduo) Beicuojant pašalinamos dėmės ir gaunamas chemiškai švarus, palyginti lygus paviršius. Geriausias kompromisas cikliniam veikimui su galimais šiluminiais smūgiais dėl skilusių svarstyklių
Inžinerija be paviršiaus apdailos (EBSF)

Surface finish is not independent of the nitric acid water content. In concentrated acid (>85%) tirpalas agresyviai oksiduojasi ir išlaiko puikią pasyvią plėvelę, tačiau pleiskanų susidarymo tendencija iš tikrųjų didėja, nes nitratų druskos yra mažiau tirpios. Jei HNO₃ koncentracija mažesnė nei 70 %, rūgštis labiau sumažina ir padidėja bendros korozijos rizika, todėl pasyvios plėvelės kokybė yra prioritetas -apnašų susidarymas tampa antrinis. Azoto rūgšties sienelės storis paprastai pasirenkamas 1,0–1,2 mm mechaniniam stiprumui ir šis pasirinkimas nepriklauso nuo mastelio. Tačiau lygi plonos sienos (0,8 mm) apdaila išliks ilgiau nei grubus storos sienos (1,5 mm) apdaila, kai masto -sukeltas perkaitimas yra pagrindinis gedimo būdas.

Išsiaiškintos specifikacijos kūrimas

Jei nurodote titano panardinamąjį šildytuvą koncentruotai azoto rūgščiai aukštoje temperatūroje, gaukite paviršiaus šiurkštumo duomenis (Ra vertę iš profilometro) iš tiekėjo. Jei reikia ilgo nepertraukiamo veikimo, nurodykite elektropoliruotą arba marinuotą apdailą. Žemesnės temperatūros arba didelio srauto sistemose mechaniškai poliruoti vamzdžiai yra ekonomiškas{2}}kompromisas. Visada nurodykite paviršiaus apdailą ir atitinkamą valymo planą – lengvai nuplaukite rūgštimi arba švelniai nuvalykite mechaniniu būdu – kad pašalintumėte apnašas, kol jos nepasiekia kritinio storio. Projektavimo inžinierius gali tiesiogiai paveikti mastelio susidarymo polinkį įtempdamas paviršiaus apdailą, todėl nuspėjamas šildytuvo tarnavimo laikas ir nuolatinis šilumos perdavimas atliekant šią stiprią oksidaciją.