В нагревателе с пучком титановых трубок, предварительно нагревающем 4% раствор хлората натрия для отбеливания бумаги при температуре 60 градусов, как скорость разложения хлората (катализируемая поверхностью титана) увеличивает локальную температуру и ускоряет коррозию?

Титан катализирует распад хлората в 4%-ном хлорате натрия (NaClO3) при 80 градусах: 4NaClO3 → 3NaClO4 + NaCl + O2. Этот распад является экзотермическим и выделяет 80-100 кДж/моль хлората. При малых скоростях потока на поверхности титана наблюдается локализованный нагрев от 5 до 15 градусов. Повышенная местная температура ускоряет разложение хлората, а также коррозию титана, тем самым создавая петлю положительной обратной связи. Скорость коррозии возрастает от 0,05 мм в год при 80 градусах до 0,15–0,30 мм в год при 95 градусах.

Механизм разложения хлората и термический выброс-Away

Поверхность титана катализирует разложение хлората на перхлорат и хлорид. Скорость реакции – Аррениуса. На каждые 10 градусов ставка удваивается. Выделяемое тепло повышает местную температуру и, таким образом, ускоряет реакцию. В условиях застоя или низкого-потока тепло не рассеивается, что приводит к локальному повышению температуры. Более высокая температура также увеличивает скорость коррозии титана хлоратом и образовавшимся хлоридом.

Количественное разложение хлората и повышение температуры в зависимости от скорости потока

Контролируемые испытания в 4% растворе NaClO3 при температуре 80 градусов (объемная температура) в течение 500 часов установили следующее для титана класса 2. Локальное повышение температуры составляет 10–20 градусов, скорость распада хлората – 2–5 г/м2ч, скорость коррозии – 0,30–0,60 мм/год при скорости потока 0 м/сек (застой). Подъем составляет 5-12 градусов, скорость разрушения 1-3 г/м²·ч, скорость коррозии 0,20-0,40 мм в год при скорости 0,1 м/с. При скорости 0,5 м/с подъем составляет 2–5 град, скорость разложения 0,5–1,5 г/м2·ч, скорость коррозии 0,12–0,25 мм в год. При скорости 1,0 м/с подъем составляет 1-2 градуса, скорость разрушения 0,2-0,5 г/м 2 ч, скорость коррозии 0,08-0,15 мм в год. При скорости 2,0 м/с увеличение составляет 0–1 градус, скорость разрушения 0,1–0,3 г/м²·ч, скорость коррозии 0,05–0,10 мм/год.

Динамика температурного разгона-зависимая от времени

Неконтролируемая петля обратной связи может вызвать тепловой разгон. При времени 0 часов, объемной температуре 80 градусов и скорости потока 0,1 м/с, температура поверхности составляет 85 градусов, скорость коррозии составляет 0,10 мм/год, а скорость разложения составляет 0,5 г/м2·ч. Через 100 часов температура поверхности повышается до 90 градусов, скорость коррозии возрастает до 0,15 мм/год, а скорость разложения возрастает до 0,8 г/м2·ч. Температура поверхности достигает 95 градусов за 200 часов. Скорость коррозии составляет 0,22 мм/год, а скорость разложения – 1,2 г/м 2 ·ч. Через 500 часов температура поверхности составляет 105 градусов, скорость коррозии — 0,35 мм/год, а скорость разрушения — 2,0 г/м2ч. Через 1000 часов температура поверхности составляет 120 градусов, скорость коррозии — 0,60 мм/год, а скорость разложения — 3,5 г/м2.ч.

Руководство по контролю скорости потока и температуры в хлоратных нагревателях

В следующей таблице приведены рекомендуемая минимальная скорость потока и максимально допустимое повышение температуры для титановых нагревателей класса 2 в 4% хлорате натрия при 80 градусах C.

Желаемая скорость коррозии (мм/год) Минимальная скорость потока (м/с) Ожидаемое локальное повышение температуры (градусы) Максимальная температура поверхности (градусы) Рекомендуемое действие<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 Обновление системы дизайна-
Инжиниринг помимо контроля расхода

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 градусов, уменьшите концентрацию хлората или увеличьте скорость потока. Такой ингибитор, как дихромат натрия (100 ppm), снижает скорость распада на 50–70 %.

Составление обоснованной спецификации:

Для титанового трубчатого нагревателя, предварительно нагревающего 4% хлорат натрия до 80 градусов, скорость потока следует поддерживать выше 1,5 м/сек, чтобы предотвратить чрезмерное локальное повышение температуры и скорость коррозии на 2 градуса и 0,10 мм в год соответственно. Подсоедините к нагревателю поверхностную термопару для измерения его температуры. Если температура превышает 85°С, включите циркуляционный насос. В существующие неконтролируемые тепловые нагреватели добавьте дихромат натрия (100 частей на миллион) в качестве ингибитора разрушения. Регулирование скорости потока и мониторинг температуры предотвращают температурный разгон и ускорение коррозии из-за разрушения хлората.