na Pemanas Tanam Petrokimia untuk Air Cuci Kaustik (10% NaOH, 95 darjah , dengan Bahan Pencemar Sulfida), Bagaimanakah Ketebalan Dinding Sarung Titanium Berinteraksi dengan Pembentukan Skala Sodium Titanate dan Terlalu Panas Seterusnya?

Pertukaran Asas-dalam Merekabentuk Pemanas Titanium untuk Perkhidmatan Caustic Sump
Pemanas sump petrokimia digunakan untuk mengekalkan air basuhan kaustik (10% NaOH) pada 95 darjah untuk mengelakkan pembekuan dan untuk mengekalkan kebolehpamannya. Bahan pencemar sulfida (pembawa daripada minyak mentah): 100-500 ppm. Dalam persekitaran ini titanium bergabung dengan kaustik untuk menghasilkan skala natrium titanat (Na₂TiO₃ atau Na₂Ti₃O₇). Skala ini berliang dan mempunyai kekonduksian terma yang lebih rendah (≈1-2 W/mK) daripada titanium (17 W/mK). Skala meningkat dengan lebih cepat pada suhu yang lebih tinggi. Sarung titanium yang lebih tebal berjalan lebih panas untuk ketumpatan kuasa yang sama dan dengan itu mempercepatkan pembentukan skala. Apabila lapisan skala terbina, ia melindungi sarung, dan komponen dalaman menjadi terlalu panas. Dalam penyiasatan ini, kita membincangkan interaksi antara ketebalan dinding, kadar pengeluaran skala dan risiko terlalu panas.

Kesan terhadap Pembentukan Skala Sodium Titanate Integriti Mekanikal
Kakisan titanium dalam 10% NaOH pada 95C dengan kehadiran bendasing sulfida . berlaku dengan dua mekanisme selari. 1. Serangan langsung kaustik: Ti + 4NaOH → Na2TiO3 + 2Na2O + 2H2. 2. Serangan yang dipercepatkan oleh sulfida. S2- + 2H2O→ H2S + 2OH- H2S menyerang titanium. Skala natrium titanat yang terbentuk tidak{18}}pelindung. Ia berliang dan membenarkan penembusan kaustik selanjutnya. Ketebalan skala berkembang secara parabola: δ_scale=kx √t, dengan k ialah fungsi suhu. k ialah 0.1 mm/√bulan pada 105 darjah untuk permukaan titanium, 0.2 mm/√bulan pada 115 darjah . Selepas 12 bulan, dinding dengan ketebalan 1.0 mm (T_surface ≈ 105 darjah ) mempunyai ketebalan skala 0.35 mm; dinding dengan ketebalan 2.0 mm (T_surface ≈ 110 darjah ) mempunyai ketebalan skala 0.5 mm. Dinding Lebih Tebal Skala Lebih Pantas.

Skala itu sendiri tidak memakan logam titanium – ia diperbuat daripada atom titanium pada antara muka skala-logam. Tetapi skala mengelupas dari semasa ke semasa, mengambil sedikit titanium bersamanya. Kadar kehilangan logam adalah sekitar 0.05 hingga 0.10 mm/tahun untuk kedua-dua ketebalan dinding, walaupun suhu permukaan dinding yang lebih tebal menjadikannya condong ke hujung atas.

Kesan pada Prestasi Terma: Penebat Skala Menyebabkan Terlalu Panas
Skala natrium titanat ialah penebat. Lapisan skala 0.5 mm (k~1.5 W/mK) pada 2.0 W/cm2 memberikan skala ΔT=20,000 x 0.0005 / 1.5=6.7C Peningkatan suhu tambahan ini menghasilkan gelung maklum balas positif pembentukan skala yang lebih pantas. Penebat MgO dalaman dan wayar rintangan terdedah kepada suhu yang lebih tinggi. Pada skala 1.0 mm, ΔT_scale=13.3 darjah dan suhu dinding dalam boleh lebih tinggi daripada 450 darjah mengakibatkan kemerosotan MgO dan kehabisan wayar.

Dinding yang lebih tebal mempunyai suhu permukaan yang lebih tinggi untuk dimulakan dan berskala lebih cepat, oleh itu ia mempunyai masa kritikal yang lebih singkat untuk terlalu panas. Ia akan mengambil masa kira-kira (1.0/0.1)^2=100 bulan untuk mencapai skala 1.0 mm untuk dinding 1.0 mm. Untuk dinding 2.0 mm: (1.0/0.2) 2=25 bulan. Dinding yang lebih tebal menjadi kritikal 4 kali lebih cepat.

Tukar{0}}sintesis: Masa terlalu panas berbanding ketebalan dinding
Tebal Dinding (mm) Suhu Permukaan pada 2.0 W/cm2 ( darjah ) Skala Pekali Pertumbuhan k (mm/√bulan)Masa hingga 1.0 mm Skala (bulan) Masa Untuk Terlalu Panas (bulan) Disyorkan?
0.8 mm 103 darjah 0.09 123 bulan 120+ bulanYa (hidup paling lama)
1.0 mm 104 darjah 0.10 100 bulan 96 bulan Ya
1.2 mm 105 darjah 0.12 69 bulan 66 bulan Boleh Diterima
1.5 mm 107 darjah 0.15 44 bulan 42 bulan Terhad 1.8 mm 109 darjah 0.18 31 bulan 29 bulanTidak 2.0 mm 110 darjah 0.20 25 bulan 23 bulan Tidak
Dinding yang lebih tebal meningkatkan masa untuk terlalu panas, dengan mempercepatkan penciptaan skala.

Kejuruteraan Melampaui Kawalan dan Penyingkiran Skala Dinding
Alternatif terbaik ialah menghalang pengeluaran skala natrium titanat. Ion titanium dikomplekskan dengan menambahkan agen pengkelat (cth, EDTA pada 50-100 ppm) ke dalam air basuhan kaustik, mengelakkan pemendapan skala. Dengan EDTA, ketebalan skala sentiasa kurang daripada 0.05 mm, dan ketebalan dinding tidak penting untuk risiko terlalu panas. Sebagai alternatif, skala natrium titanat boleh dialih keluar dengan pembersihan asid bulanan (2% asid sitrik pada 60 darjah selama 1 jam) sebelum ia mencapai ketebalan dinding 0.2 mm. 1.2 mm dengan pembersihan bulanan akan memberi anda 10+ tahun perkhidmatan Pilihan lain ialah menurunkan suhu operasi kepada 80 darjah , yang mengurangkan pekali pembangunan skala 1,70% dan 1 mm.

Kesimpulan: Disyorkan Dinding Nipis (1.0 mm) untuk Perkhidmatan Caustic Sufide
Dalam pemanas bah petrokimia untuk air basuhan kaustik (10% NaOH, 95 darjah , dengan kekotoran sulfida), sarung titanium yang lebih tebal menggalakkan pengeluaran skala natrium titanat penebat dan menyebabkan terlalu panas dalam 23-42 bulan berbanding. 96+ bulan untuk dinding 1.0 mm. Spesifikasi yang dinyatakan ialah sarung titanium Gred 2 dengan ketebalan dinding 1.0 mm dengan pencucian asid setiap minggu atau tambahan EDTA untuk mengelakkan pembentukan skala. Dinding yang lebih nipis (Kurang daripada atau sama dengan 1.5 mm) adalah berfaedah kerana ia lebih sejuk, skala lebih perlahan dan terlalu panas kemudian. Maklumkan pengilang tahap sulfida yang diperlukan dan sama ada rawatan kimia adalah praktikal. Dalam perkhidmatan sulfida dalam bah kaustik, thinner adalah lebih baik untuk mengelakkan terlalu panas berkaitan skala.