टाइटेनियम इलेक्ट्रिक हीटर में 20% सोडियम बाइकार्बोनेट घोल को 60 डिग्री पर रखने के लिए उपयोग किया जाता है, इलेक्ट्रोकेमिकल जंग की तुलना में बाइकार्बोनेट क्रिस्टल से घर्षण के कारण हीटर तेजी से क्यों विफल हो जाता है?

घोल को गर्म करने पर बाइकार्बोनेट क्रिस्टल अवक्षेपित हो जाते हैं। यह 60 C पर 20% सोडियम बाइकार्बोनेट (NaHCO3) का घोल है। इन क्रिस्टलों की मोह कठोरता 2.5-3.0 है, जो टाइटेनियम की कठोरता, 3.5-4.0 से कुछ कम है। लेकिन प्रवाह की स्थिति में क्रिस्टल अपघर्षक घिसाव का कारण बनते हैं। घर्षण की यह दर 0.2-0.5 मिमी वर्ष^-1 है, जो 0.01-0.05 मिमी वर्ष^-1 की विद्युत रासायनिक संक्षारण दर से अधिक परिमाण का एक क्रम है, और विफलता तंत्र में घर्षण हावी है। टाइटेनियम की सतह पर क्रिस्टल का प्रभाव यांत्रिक रूप से निष्क्रिय फिल्म और नीचे की धातु को हटा देता है।

घर्षण द्वारा बाइकार्बोनेट घोल की विफलता के तंत्र

NaHCO₃ की घटती घुलनशीलता बढ़ते तापमान के साथ सोडियम बाइकार्बोनेट को क्रिस्टलीकृत करने का कारण बनती है। क्रिस्टल तेज़ धार वाले और कोणीय होते हैं। हीटर की सतह पर क्रिस्टल युक्त घोल प्रवाह का वेग 0.5-2 मीटर/सेकेंड था। "प्रत्येक प्रहार से सामग्री की एक छोटी मात्रा को सूक्ष्म रूप से काटने और जुताई द्वारा हटा दिया जाता है। चूंकि कोई निष्क्रिय कोटिंग नहीं है (इसे लगातार हटाया जाता है), इलेक्ट्रोकेमिकल संक्षारण कुल सामग्री हानि में एक छोटी भूमिका निभाता है। पहनने की दर आर्चर्ड के नियम का पालन करती है: पहनने की मात्रा ∝ (लोड × स्लाइडिंग दूरी) / कठोरता।

विद्युतरासायनिक संक्षारण बनाम मात्रात्मक घर्षण

निम्नलिखित प्रदर्शित करने के लिए ग्रेड 2 टाइटेनियम को 20% NaHCO3 घोल में 60 डिग्री पर 2 m/s के प्रवाह वेग पर 500 घंटों से अधिक नियंत्रित परीक्षण में दिखाया गया है। अकेले इलेक्ट्रोकेमिकल संक्षारण दर (एक स्थिर कण मुक्त तरल पदार्थ में) प्रति वर्ष 0.01-0.05 मिमी है, जो समग्र विफलता का 5-10% दर्शाता है। विफलता 0.15-0.35 मिमी/वर्ष की घर्षण दर के साथ 60-75% क्रिस्टल प्रभाव के कारण होती है। कटाव संक्षारण तालमेल (घर्षण और संक्षारण संयुक्त) 0.05-0.15 मिमी/वर्ष है और कुल विफलता का 15-30% प्रतिनिधित्व करता है। कुल सामग्री हानि 0.25-0.55 मिमी वर्ष-1 है, जिसमें घर्षण प्राथमिक प्रक्रिया है।

घर्षण दर पर ठोस पदार्थों की सांद्रता और प्रवाह वेग का प्रभाव

ठोस सांद्रता और प्रवाह वेग घर्षण दर को बढ़ाते हैं। 10% ठोस और 1 मीटर/सेकंड पर घर्षण दर 0.08-0.15 मिमी प्रति वर्ष है कुल सामग्री हानि 0.12-0.22 मिमी प्रति वर्ष है घर्षण दर 0.12–0.25 मिमी/वर्ष है 20% ठोस और 1 मीटर/सेकंड पर है, जबकि कुल हानि 0.18-0.35 मिमी/वर्ष है। 20% ठोस और 2 मीटर/सेकंड पर, घर्षण दर 0.20-0.40 मिमी/वर्ष है और कुल हानि 0.25-0.55 मिमी/वर्ष है। 30% ठोस और 2 मीटर/सेकंड पर घर्षण दर 0.30-0.55 मिमी/वर्ष है और कुल हानि 0.40-0.70 मिमी/वर्ष है। 20% ठोस और 3 मीटर/सेकंड पर घर्षण दर 0.35-0.65 मिमी/वर्ष है और कुल हानि 0.45-0.80 मिमी/वर्ष है।

बाइकार्बोनेट स्लरी हीटर के लिए घर्षण संरक्षण: एक गाइड

60 डिग्री पर 20% सोडियम बाइकार्बोनेट घोल में ग्रेड 2 टाइटेनियम हीटरों की सुरक्षा के लिए सिफारिशें नीचे दी गई तालिका में दी गई हैं।

घोल की स्थिति प्रवाह वेग (एम/एस) घर्षण दर (मिमी/वर्ष) कुल सामग्री हानि, मिमी/वर्ष अनुशंसित सुरक्षा जीवन प्रत्याशा (1.5 मिमी दीवार)
कम ठोस (<10%) <1 0.08–0.15 0.12–0.22None 5-8 Years
मध्यम ठोस (10-20%)<1 0.12–0.25 0.18–0.35 Coated with TiN 3–5 years
मध्यम ठोस (10-20%)1–2 0.20–0.40 0.25–0.55 पहनने योग्य आस्तीन, बदलने योग्य. 2-3 वर्ष
उच्च ठोस पदार्थ (20-30%) 1–2 0.30–0.55 0.40–0.70 गति कम करें + कोटिंग 1-2 वर्ष
High solids (>20%) > 2 > 0.35 > 0.45 रीडिज़ाइन प्रक्रिया <1 वर्ष
घर्षण संरक्षण से अधिक इंजीनियरिंग

टाइटेनियम के ग्रेड का इसके घर्षण प्रतिरोध पर बहुत कम प्रभाव पड़ता है। ग्रेड 2, ग्रेड 7 और ग्रेड 12 कठोरता में समकक्ष हैं। दीवार की मोटाई घिसाव भत्ता प्रदान करती है। 0.30 मिमी प्रति वर्ष घर्षण वाली 2.0 मिमी की दीवार 6-7 साल तक चलेगी। भौतिक वाष्प जमाव द्वारा जमा की गई टाइटेनियम नाइट्राइड (TiN) परत की कठोरता 2,000 HV है और घर्षण को 70 से 80 प्रतिशत तक कम करती है। यह एक रिप्लेसमेंट वियर स्लीव हो सकता है, और कठोर स्टेनलेस स्टील या सिरेमिक का हो सकता है। पंप की गति को बदलकर या बाफ़ल जोड़कर, प्रवाह वेग को कम किया जा सकता है, जिससे घर्षण दर कम हो जाती है। एक हाइड्रोसाइक्लोन हीटर में डालने से पहले घोल से क्रिस्टल निकाल सकता है।

एक सूचित विशिष्टता प्रदान करना

60 डिग्री पर 20% सोडियम बाइकार्बोनेट घोल में टाइटेनियम इलेक्ट्रिक हीटर के लिए, घर्षण दर 0.15 मिमी/वर्ष से कम बनाए रखने के लिए प्रवाह वेग 1 मीटर/सेकेंड से कम तक सीमित होना चाहिए। जहां अधिक प्रवाह वेग से बचा नहीं जा सकता है, वहां एक TiN कोटिंग (5 µm मोटाई) या एक बदली जाने योग्य पहनने वाली आस्तीन निर्दिष्ट करें। नई स्थापनाओं के लिए, टैंक में स्लरी रीसर्क्युलेशन के बिना एक अलग हीटिंग कक्ष होना चाहिए। ऑपरेशन के दौरान हर 6 महीने में अल्ट्रासोनिक मोटाई मापने के द्वारा हीटर को पतला करने की निगरानी करें। यदि कटाव की दर प्रति वर्ष 0.2 मिमी से अधिक है, तो फ्लो स्ट्रेटनर जोड़ें या पंप की गति कम करें। सोडियम बाइकार्बोनेट घोल सेवा में टाइटेनियम हीटर की सेवा जीवन को बढ़ाने के लिए घर्षण को प्रमुख विफलता तंत्र के रूप में इंजीनियर द्वारा नियंत्रित किया जाता है।