Cijevi za grijanje od titana su široko rasprostranjene u rezervoarima za fermentaciju pod atmosferskim pritiskom i normalnim{0}}pritiscima za hemijsku sintezu, ali mnoge posude za vakuumsku koncentraciju, destilaciju i reakciju na niskoj{1}}radi pod kontinuiranim negativnim pritiskom. Operateri se često pitaju da li će vakuumsko okruženje oštetiti strukture titanijumske cijevi ili oslabiti njen anti-korozijski pasivni film. Zapravo, čisti titanijum ima odlične mehaničke performanse za rad pod negativnim pritiskom, ali vakuum-indukovano isparavanje medija, lokalno isušivanje-i nedostatak kiseonika donose jedinstvene skrivene rizike od korozije koji ne postoje pod normalnim pritiskom. Odgovarajući strukturalni dizajn i standardizirani vakuumski rad su potrebni da garantuju dugoročnu{8}}sigurnu uslugu.
Mehanička čvrstoća čistog titanijuma u potpunosti zadovoljava standardne zahtjeve industrijskog vakuumskog negativnog pritiska. Industrijski razred 2 čisti titanijum ima visoku duktilnost, stabilnu granicu tečenja i nisku elastičnu deformaciju. Za standardne vakuumske rezervoare sa apsolutnim pritiskom iznad 1 kPa, titanijumske grejne cevi sa konvencionalnom debljinom zida neće se srušiti, deformisati ili pucati pod ekstruzijom spoljašnjeg atmosferskog pritiska. Čak iu ciklusima cikličnog vakuuma-prekidanja, nizak koeficijent termičke ekspanzije titanijuma izbjegava ponovljeni naizmjenični kvar zbog zamora. Samo ultra{7}}titanijumske cijevi sa ultra-tankim zidom (debljina stijenke manja ili jednaka 0,8 mm) trebaju deblje armaturne navlake za uslove rada u dubokom vakuumu kako bi se spriječila deformacija tijela cijevi zbog skupljanja.
Osnovna skrivena opasnost vakuumskog okruženja je lokalno isušivanje-tečnosti na površini cijevi za grijanje. Tokom vakuumske koncentracije, tačka ključanja procesnog medijuma naglo opada, tečnost brzo isparava pri zagrevanju. Ako nivo tečnosti fluktuira ili cirkulacija protoka nije dovoljna, delimična površina cevi će biti izložena vakuum gasnoj fazi bez pokrivanja medija. Preostali tanki solni/organski film koji je ostao nakon isparavanja tekućine koncentrira korozivne ione poput klorida i organske kiseline na desetine puta. Nakon što se vakuum lomi i tečnost ponovo poplavi cijev, koncentrirani korozivni ostaci kontinuirano erodiraju pasivni film titanijum dioksida i formiraju lokalna žarišta. Zone zavarivanja su najsklone isušivanju{6}}koroziji zbog neravnomjerne distribucije tečnog filma.
Vakumski zatvoreni rezervoari dovode do ozbiljnog nedostatka rastvorenog kiseonika, blokirajući samo{0}}popravku pasivnog filma. Otvoreni rezervoari pod normalnim pritiskom kontinuirano izmjenjuju kisik sa zrakom, dok su vakuumske posude potpuno zatvorene uz ograničenu opskrbu kisikom. Kako stepen vakuuma raste, tragovi rastvorenog kiseonika koji je prvobitno bio u tečnosti se kontinuirano uklanja u gasnu fazu i ispumpava. Kada rastvoreni kiseonik padne ispod 2 mg/L, manje ogrebotine, ogrebotine i isušeni{5}}korozioni defekti na površini titanijuma ne mogu da regenerišu kompletan film TiO₂. Sićušne defektne tačke se postepeno šire u duboke jame pod dugotrajnom-niskom-vakuumskom cirkulacijom kiseonika, čak i u medijumu sa niskom{9}}korozijom organske kiseline.
Naizmjenični ciklusi vakuuma i atmosferskog pritiska pogoršavaju nakupljanje mikro{0}}pukotina pasivnog filma. Svaka faza vakuumskog pumpanja lagano hladi površinu cijevi, a povrat pritiska u rezervoaru ubrizgava zrak na sobnoj{2}}temperaturi kako bi se cijev brzo zagrijala. Česte brze promjene temperature dovode do neusklađenog termičkog naprezanja između krhkog TiO₂ filma i titanijumske podloge, stvarajući nevidljive mikro-pukotine ciklus po ciklus. U sistemima otpadnih voda visokog{6}}saliniteta ili vakuumskih sistema organske kiseline, korozivni mediji prodiru u ove pukotine kako bi ubrzali jetkanje matrice.
Praktične mjere poboljšanja eliminišu rizike od korozije povezane s vakuumom.
Optimizirajte cirkulaciju tečnosti i kontrolu nivoa tečnosti: Održavajte nivo tečnosti u potpunosti pokrivajući sve površine cevi za grejanje; instalirajte zaštitu od blokade nivoa tečnosti da biste smanjili snagu grejanja kada nivo tečnosti padne ispod vrha cevi.
Dodati kiseonik prije vakuumskog pumpanja: Ubrizgajte čistu vodu-obogaćenu gaziranim kisikom ili komprimirani zrak nakratko prije svakog ciklusa vakuuma kako biste koncentraciju otopljenog kisika podigli iznad 6 mg/L.
Usvojite titanijumske cijevi malo debljeg zida (dodajte 0,3 mm otvora zida) za duboke vakuumske spremnike kako biste se oduprli vanjskom pritisku i smanjili termičku deformaciju.
Zakažite mjesečno ispiranje na mreži toplom gaziranom vodom kako biste otopili koncentrovane ostatke soli iz isušenih-područja, nakon čega slijedi ponovna-passivacija.
Sporo vakuumsko pumpanje i brzina otpuštanja pritiska za smanjenje oštrih temperaturnih fluktuacija, kontrolu brzine promjene tlaka unutar 5 kPa/min.
表格
| Vakuumski radni uvjeti | Nivo rizika od korozije i mehanike | Šema ciljane optimizacije |
|---|---|---|
| Blagi vakuum (apsolutni pritisak veći ili jednak 10 kPa), stabilno potpuno uranjanje u tečnost | Zanemarljiv rizik, samo neznatna pasivna promjena boje filma | Dovoljno je kvartalno rutinsko čišćenje |
| Srednji vakuum (1–10 kPa), povremeno djelomično sušenje cijevi- | Rizik od nastanka taloga ispod{0}}koncentriranih jona | Blokiranje nivoa tečnosti + redovno ispiranje ostataka |
| Duboki vakuum (<1 kPa), potpuno zatvoren zatvoreni rezervoar | Ozbiljno smanjenje kiseonika, nepopravljeni površinski mikro{0}}defekti | Pred{0}}aeracija za povećanje rastvorenog kiseonika, mjesečna re{1}}pasivacija |
| Često ciklično prebacivanje{0}}vakumske atmosfere | Kumulativno termičko naprezanje mikro-pukotine na pasivnom filmu | Spora brzina promjene tlaka, povećanje dopuštene debljine stijenke cijevi |
Kratak sažetak
Mehanički, standardne debele{0}}titanijumske cijevi za grijanje mogu bezbedno izdržati konvencionalni industrijski vakuum pod pritiskom bez deformacije strukture. Glavne opasnosti vakuumskih okruženja su isušivanje površine cijevi-koncentrirana korozija i ozbiljan nedostatak otopljenog kisika koji inhibira samopopravak pasivnog filma{3}}. Stabilna pokrivenost tekućinom, pre-aeracija prije ciklusa i spori rad prebacivanja pritiska mogu efikasno izbjeći vakum-specifična oštećenja od korozije titanijumskih cijevi za grijanje.
