Para una varilla térmica de titanio utilizada para derretir cera de parafina a 80 grados con sobrecalentamiento ocasional a 120 grados, ¿cuál es el tiempo crítico de sobrecalentamiento acumulativo (horas) antes de que la cera se degrade en ácidos carboxílicos que atacan al titanio? Para una varilla térmica de titanio utilizada para derretir cera de parafina a 80 grados con sobrecalentamiento ocasional a 120 grados, ¿cuál es el tiempo crítico de sobrecalentamiento acumulativo (horas) antes de que la cera se degrade? en ácidos carboxílicos que at

La cera de parafina se funde a 80 grados para muchas operaciones industriales, como la producción de velas, fundición a la cera perdida y revestimientos. Las barras térmicas de titanio son aplicables para este servicio a temperaturas de funcionamiento normales. A veces se produce un sobrecalentamiento a 120 C debido a un fallo del termostato o a una mala transferencia de calor, lo que provoca el deterioro térmico de la cera de parafina. Esta degradación da lugar a ácidos carboxílicos, incluidos los ácidos acético, fórmico y esteárico, debido a procesos de oxidación y craqueo. Estos ácidos atacan la película pasiva de titanio y provocan picaduras y corrosión uniforme. El tiempo crucial de sobrecalentamiento acumulativo es de 100 horas a 120 grados antes de que la concentración de ácido se vuelva agresiva. La concentración de ácido es superior a 500 ppm y la velocidad de corrosión del titanio aumenta desde menos de 0,01 mm por año a 0,1-0,3 mm por año si se excede el umbral.

El mecanismo de descomposición de la parafina y formación de ácido a altas temperaturas.

La cera de parafina es estable a 80 grados y no se degrada significativamente. A 120 grados se produce oxidación térmica: los hidrocarburos de parafina (C20-C40) reaccionan con el oxígeno disuelto en ellos formando alcoholes, aldehídos y finalmente ácidos carboxílicos. La reacción se produce mediante un proceso de radicales libres. Los ácidos resultantes son corrosivos para el titanio ya que combinan iones de titanio y destruyen la película pasiva. La relación de Arrhenius indica que la tasa de deterioro casi se duplica por cada aumento de 10 grados en la temperatura por encima de los 100 grados. Una vez que se generan los ácidos, permanecen en la cera y continuarán dañando la superficie del titanio incluso si la temperatura vuelve a bajar a 80 grados.

Formación cuantitativa de ácido y tasa de corrosión versus tiempo de sobrecalentamiento

Pruebas controladas con cera de parafina (punto de fusión 55 grados, contenido de aceite<1%) at 120°C have indicated the following acid concentrations and Grade 2 titanium corrosion rates. The TAN is below 0.1 mg KOH/g, the titanium corrosion rate is below 0.01 mm per year and the surface is bright at 0 hours of the entire overheating at 120°C (typical operation at 80°C only). After 25 h overheating, the TAN is 0.3-0.6 mg KOH/g, the corrosion rate is 0.01-0.03 mm/yr and little etching is observed on the surface. At 50 h, TAN increases to 0.6–1.2 mg KOH/g, the corrosion rate increases to 0.03–0.08 mm/year and widespread etching may be observed. At 100 hours (critical threshold), the TAN is 1.2-2.5 mg KOH/g , corrosion rate is 0.08-0.15 mm per year and pitting initiates with a pit density of 5-20 pits per cm2 . After 200 h, the TAN is 2.5-5.0 mg KOH/g. The corrosion rate is 0.15-0.30 mm per year and pitting is serious with a pit depth of 0.1-0.3 mm. Corrosion rate >0.3 mm/yr and perforation of 1.2 mm wall at 500 hrs in 2000–4000 hrs. TAN >5 mg de KOH/g.

Influencia de la formulación de cera y la disponibilidad de oxígeno en la tasa de formación de ácido.

La tasa de degradación depende de la composición de la cera y la disponibilidad de oxígeno. La cera de parafina con más contenido de aceite se degrada más rápido en . 60 horas a 1,0 mg de KOH/g de TAN a 120 °C para un contenido de aceite del 2 % en comparación con . 100 horas para una cera con bajo contenido de aceite-. La estructura molecular ramificada de la cera microcristalina hace que su descomposición sea más lenta que la cera de parafina. El tiempo crítico de sobrecalentamiento acumulativo se puede extender a 200 h gracias a la actividad eliminadora de radicales libres-de antioxidantes como el hidroxitolueno butilado (BHT) a 500 ppm. La cobertura de nitrógeno para excluir el oxígeno evitará por completo la generación de ácido, pero generalmente no es práctica en tanques de fusión. El sobrecalentamiento repetido es peor que el sobrecalentamiento continuo porque cuando se abre el tanque, se introduce oxígeno nuevo.

Guía de mitigación y tiempo de sobretemperatura acumulativa crítica

La siguiente tabla indica tiempos acumulativos importantes de sobrecalentamiento a diversas temperaturas para la cera de parafina y las medidas recomendadas para los calentadores de titanio de grado 2.

Temperatura de sobrecalentamiento (grados) Tiempo acumulativo crítico hasta 1,0 mg de KOH/g TAN (horas)Sobrecalentamiento a 80 grados, tasa de corrosión resultante (mm/año)Acción sugerida
100 500 0.02-0.05 Aceptable; comprobar anualmente. 110 200 0.03-0.06 Aceptable; verifique trimestralmente. 120 100 0.08-0.15 Reemplace la cera si se excede. 130 50 0.10-0.20 Instale protección contra sobrecalentamiento. 140 25 0.15-0.30Agregue antioxidante; Titanio grado 7 150 10 0.20–0,40 Rediseño del calentador con límite de temperatura Ingeniería más allá del control del tiempo de sobrecalentamiento

La resistencia a la corrosión ácida está muy influenciada por el grado del titanio. La velocidad de corrosión en la cera ácida es menor en un factor de 2 a 3 para el grado 7 (estabilizado con paladio) y el tiempo crítico de sobrecalentamiento aumenta a 250 horas a 120 grados. El espesor de la pared proporciona un margen de corrosión: una pared de 2,0 mm corroída 0,15 mm por año por cera deteriorada dura 13 años. Si TAN es superior a 1,5 mg de KOH/g, entonces se debe cambiar la cera. La adición de carbonato de sodio al 0,1% a la cera neutraliza los ácidos y evita el ataque del titanio, pero puede alterar las características de la cera. Sin sobrecalentamiento. Hay un sensor de temperatura y una alerta a 100 grados y el calentador se apaga a 110 grados.

Hacer una especificación bien informada

- una varilla térmica de titanio que derrite cera de parafina a 80 grados C con sobrecalentamiento periódico a 120 grados C. El tiempo total de sobrecalentamiento no debe exceder las 100 horas durante la vida útil del calentador. Instale un sensor de temperatura con un registrador de datos para registrar toda la duración de más de 100 grados. Si el tiempo total excede las 100 horas, cambie la carga de cera y verifique que no haya picaduras en la superficie de calentamiento. Para aplicaciones donde la acumulación de calor-es frecuente o inevitable, especifique titanio de grado 7 y agregue 500 ppm de antioxidante BHT a la cera. Funcionamiento: Mida el índice de acidez total de la cera cada 6 meses. Reemplace la cera si el índice de acidez total alcanza 1,5 mg de KOH/g. El ingeniero mantiene el tiempo total de sobrecalentamiento por debajo de un límite crítico de 100 horas, evitando así el deterioro de la parafina y el posterior ataque ácido a los calentadores de titanio.