En una barra térmica de titanio vertical que funciona a 150 grados en un lodo de ácido fosfórico, ¿cómo cambia la profundidad de inmersión periódica (30% frente a . 70%) la ubicación de la profundidad máxima del pozo?

En lodos de ácido fosfórico (una mezcla viscosa de ácido fosfórico (30-50%), yeso precipitado (CaSO 4 .2H 2 O), sílice y sulfatos metálicos, las barras térmicas verticales de titanio experimentan una corrosión no-uniforme. Se llena, drena y sedimenta periódicamente y el nivel de lodos es variable. La posición de la profundidad máxima de la fosa está determinada por dos factores contradictorios, a saber, la profundidad de inmersión, es decir, la proporción de la longitud de la varilla sumergida en el lodo. Con una inmersión del 30% (mayormente expuesta al vapor), dominan las células de concentración de oxígeno y la profundidad máxima de la fosa se encuentra en la interfaz lodo-aire (el menisco). Con un 70% de inmersión (principalmente sumergido), la acumulación de lodo es el proceso dominante y la profundidad máxima del pozo ocurre en la punta del fondo donde se acumulan los materiales sedimentados. Comprender este cambio es fundamental para planificar inspecciones y mantenimiento específicos.

El mecanismo de cambio de ubicación del pozo a medida que cambia la profundidad de inmersión.

Si la varilla está parcialmente sumergida (30%), la línea de lodos está cerca de la parte superior de la varilla. La fina película de lodo sobre el menisco se evapora, concentrando ácido fosfórico y fluoruros a niveles muy altos. La aireación diferencial convierte la interfaz de lodo-aire en un entorno de grietas muy severo y la picadura comienza entre 200 y 500 horas. Con el 70% de la varilla sumergida, la línea de lodo está cerca de la parte superior y la parte inferior de la varilla tiene un contacto extendido con el yeso sedimentado y las partículas de sulfato metálico. En la punta, la corrosión debajo del depósito-es dominante, generando hoyos debajo de la capa de lodo pesado donde el oxígeno está ausente y los cloruros o fluoruros se concentran. La velocidad de corrosión en la punta también aumenta por la acción galvánica entre las zonas sumergida y de vapor.

Distribución cuantitativa de la profundidad del pozo a varias profundidades de inmersión.

Se han realizado pruebas controladas en lodos de ácido fosfórico (40% P2O5, 20% sólidos, 1500 ppm de fluoruro) a 150 grados durante 1000 horas, lo que muestra distribuciones únicas de profundidad de pozo. Con una inmersión del 30 % (70 % de la varilla en la zona de vapor), la profundidad máxima de la fosa es de 0,6 a 1,2 mm en la línea de lodos (menisco al 30 % de la longitud desde el fondo). Se observan hoyos de menos de 0,1 mm en la zona de vapor encima del menisco y de 0,2 a 0,4 mm en la punta inferior. Con una inmersión del 50% (inmersión igual), se observa una distribución bimodal con picaduras de 0,4-0,8 mm en la línea de lodos y en la punta del fondo. Para una inmersión del 70 % (30 % en la zona de vapor), la profundidad más alta de las picaduras se encuentra en la punta inferior (0,8-1,5 mm) y la línea de lodo muestra picaduras de 0,3-0,6 mm. Al 100% de inmersión (totalmente sumergido), las fosas se distribuyen uniformemente en la mitad inferior con profundidades de 0,5 a 1,0 mm y el efecto de menisco desaparece por completo.

Ubicación del pozo influenciada por el ciclo de inmersión y la composición del lodo.

La frecuencia de los ciclos y el contenido de sólidos del lodo influyen en la región de máxima picadura. El menisco tiene hoyos de 0,8-1,2 mm con 30% de inmersión constante y 20% de sólidos de lodo con 1000 ppm de fluoruro. En las mismas condiciones, con una inmersión constante del 70%, la punta inferior tiene hoyos de 0,9 a 1,5 mm. En ciclos de inmersión diarios entre el 30 y el 70 %, el menisco y la punta inferior son fuertemente atacados (profundidad de picadura de 1,2 a 2,0 mm) en ambos lugares. Los hoyos de la punta inferior aumentan a 1,5-2,5 mm con la mayor concentración de sólidos (40%) con inmersión constante (70%). Con menos sólidos (10%) y una inmersión constante del 30%, las fosas de menisco se reducen a 0,3-0,6 mm ya que se acumula menos lodo en la interfaz. El efecto de la concentración de fluoruro sobre las picaduras es acelerado en todos los lugares y no afecta la ubicación de la profundidad máxima de las picaduras para un patrón particular de inmersión.

Control de profundidad de inmersión para controlar la ubicación del pozo

La siguiente tabla contiene pautas para la regulación de la profundidad de inmersión para regular la ubicación de los pozos y aumentar la vida útil del calentador en lodos de ácido fosfórico a 150 °C.

Profundidad de inmersión recomendada Estrategia de operación Justificación Esperanza de vida del servicio (pared de 1,5 mm)
Inmersión fija 100% (completamente sumergido) Sin ataque de menisco, corrosión uniformemente distribuida 1-2 años
Sumersión fija con purga del 100 por ciento de lodos con eliminación de lodos del fondo Disminuye la punta inferior bajo-corrosión del depósito 2 a 3 años
Drenaje periódico completo. No sumergir parcialmente. El drenaje forma menisco. Mantener sumergido al menos de 1 a 2 años.
Abajo en calentador de vapor (invertido) No recomendado El menisco se desplaza hacia arriba; daño comparable<1 year
Rotación semanal del calentador 180 grados Inmersión cualquier daño entre el menisco y la punta es de 2 a 3 veces la extensión
Ingeniería más allá del control de sumersión

El grado de titanio tiene un efecto sustancial en la tasa de propagación de las picaduras, pero no en el sitio de máximo ataque. El grado 7 (paladio-estabilizado) mejora la propagación de las picaduras en un 50-70% en los sitios de menisco y punta inferior. El espesor de la pared proporciona un margen de corrosión; una pared de 2,5 mm con picaduras de 1,0 mm por año en el peor lugar sobrevivirá 2,5 años. El nivel de lodos debe controlarse periódicamente; un controlador de nivel para mantener la inmersión completa en todo momento elimina el menisco. La purga periódica de lodos (eliminación regular de los sólidos sedimentados del fondo) minimiza la corrosión debajo del depósito en la punta. Si no se puede evitar la inmersión parcial, se instala una funda de PTFE en la zona esperada del menisco para aislar el titanio de la película de lodo concentrado.

Hacer una especificación informada

Diseñe un tanque para sostener una barra térmica de titanio vertical en lodo de ácido fosfórico a 150 grados y 100% de inmersión en todo momento. Instale un sistema de control de nivel con advertencia al 90 % de inmersión y corte del calentador-al 80 % para evitar la exposición del menisco. Para los calentadores existentes que deben funcionar con inmersión parcial, especifique titanio de grado 7 y una funda retráctil de PTFE de 100 mm de longitud en la línea de lodo prevista. El mapeo ultrasónico del espesor de la varilla en la zona del menisco y la punta inferior se debe realizar cada tres meses durante la operación. Si la profundidad de la picadura es superior a 0,5 mm en cualquiera de los sitios, gire el calentador 180 grados (si es simétrico) o reemplácelo. Con el conocimiento de cómo la profundidad de inmersión influye en la posición de la profundidad máxima del pozo, el ingeniero puede aplicar procedimientos específicos de inspección y mitigación a los calentadores verticales de titanio en lodos de ácido fosfórico.