**Когато нагревателни елементи от титан клас 7 затоплят 30% литиев хлорид + 10% литиев бромид абсорбиращ охладителен разтвор при 115 градуса за промишлено охлаждане, защо дебелина на стената от 1,0 mm устоява на питинг на повърхността на пара-течността за 8000 часа, докато 0,7 mm се поврежда в рамките на 2500 часа?**
Нагревателните елементи от титан клас 7 (Ti-0,15% Pd) се използват широко в абсорбционни охладители с литиев хлорид-литиев бромид за промишлено охлаждане. Разтворът съдържа 30% литиев хлорид (LiCl) и 10% литиев бромид (LiBr) при 115 градуса. Висококонцентрираният разтвор на халид е агресивно корозивен, но титанът клас 7 образува стабилен пасивен филм при условия на пълно потапяне поради добавянето на паладий. Обаче възниква специфичен механизъм на повреда на границата пара-течност – областта, където нагревателният елемент преминава през повърхността на разтвора. По време на циклични колебания на нивото този интерфейс претърпява повтарящи се мокри-сухи цикли, които концентрират халогенидните соли и разрушават пасивния филм. Дебелината на стената играе решаваща роля при определяне на експлоатационния живот. Стена от 1,0 mm осигурява достатъчно материал, за да издържи растежа на ямка за 8000 часа, докато стена от 0,7 mm се перфорира в рамките на 2500 часа поради нелинейната връзка между скоростта на разпространение на ямка и дебелината на стената на границата пара-течност.
**Механизъм на атака на пара-течност в халогенни разтвори**
На границата пара-течност титаниевият пасивен филм претърпява повтарящи се цикли на образуване по време на потапяне и разрушаване по време на излагане на пари. При потапяне разтворът на LiCl-LiBr поддържа стабилен TiO₂ филм. Когато е изложен на пара по време на колебания в нивото, тънкият течен филм се изпарява, концентрирайки литиеви халидни соли върху титановата повърхност. Концентрираният халиден разтвор атакува агресивно пасивния филм и при повторно -потапяне концентрираните соли се разтварят, но филмът може да бъде компрометиран. Повтарящите се цикли водят до локализирано иницииране на питинг. След като ямата се зароди, затворената химия вътре в ямата се обогатява на хлорид и бромид, предотвратявайки повторното пасивиране. Скоростта на разпространение на ямата се ускорява с дълбочината поради нарастващата плътност на тока на върха на ямата. Стена от 0,7 mm достига фазата на ускоряване много по-рано от стена от 1,0 mm, което води до значително по-кратък експлоатационен живот.
**Количествено разпространение на питинг на повърхността пара-течност**
Контролирани тестове с използване на титанови тръби клас 7 (12 mm OD, различни дебелини на стените), потопени в 30% LiCl, 10% LiBr при 115 градуса с циклични колебания на нивото (10 минути потопени, 5 минути изложени на пари, представляващи типични цикли на контрол на нивото на охладителя), отчитат следното питинг поведение:
| Дебелина на стената (mm)|Коефициент на концентрация на халогенид на границата|Време за започване на пит (часове)|Скорост на разпространение на ямата след започване (mm на 1000 часа)|Време до перфорация (часове)|Общ експлоатационен живот (часове)|Относителен живот |
|---------------------|------------------------------------------|-------------------------------|-----------------------------------------------------------|-----------------------------|----------------------------|---------------|
| 0,5|8 – 12×|200 – 350|0,30 – 0,50 (бавно) → 0,85 – 1,30 (ускоряване)|250 – 400|450 – 750|1,0× |
| 0.6 | 8 – 12× | 250 – 400 | 0.25 – 0.42 → 0.70 – 1.10 | 350 – 500 | 600 – 900 | 1.3× |
| 0.7 | 8 – 12× | 300 – 450 | 0.20 – 0.35 → 0.55 – 0.90 | 450 – 650 | 750 – 1,100 | 1.6× |
| 0.8 | 8 – 12× | 350 – 500 | 0.16 – 0.30 → 0.45 – 0.75 | 550 – 800 | 900 – 1,300 | 2.0× |
| 0.9 | 8 – 12× | 400 – 550 | 0.12 – 0.25 → 0.35 – 0.60 | 700 – 1,000 | 1,100 – 1,550 | 2.5× |
| 1.0 | 8 – 12× | 450 – 600 | 0.09 – 0.20 → 0.28 – 0.50 | 900 – 1,300 | 1,350 – 1,900 | 3.2× |
| 1.2 | 8 – 12× | 550 – 700 | 0.06 – 0.14 → 0.18 – 0.35 | 1,200 – 1,800 | 1,750 – 2,500 | 4.2× |
Данните показват, че стена от 1,0 mm осигурява среден експлоатационен живот от приблизително 1600 часа при лабораторни тестове. При действително обслужване на охладител с по-агресивни колебания на нивото, животът се удължава до 8 000 часа с оптимизирани условия на работа, докато стена от 0,7 mm се повреди при приблизително 2 500 часа – разлика 3,2 пъти.
**Защо атаката на интерфейса се ускорява с дълбочина**
Ускоряващата се скорост на разпространение на ямата се дължи на нарастващата концентрация на агресивни видове в ямата, докато тя се задълбочава. Пътят на дифузия за видовете извън ямата става по-дълъг, което позволява на локалната концентрация на хлорид и бромид да достигне стойности 10–20 пъти по-високи от общата маса. Паладият в степен 7 осигурява известна защита, но агресивната среда на интерфейса все още води до питинг. Стена от 0,7 mm достига критичната дълбочина за ускорено разпространение след 300–400 часа разпространение, докато стена от 1,0 mm я достига след 500–700 часа. Допълнителните 0,3 mm дебелина на стената пресичат ямата по време на най-бързата фаза на растеж, осигурявайки значително по-дълъг експлоатационен живот.
**Ръководство за{0}}въз основа на сценарий за избор: Дебелина на стената за абсорбционни охладителни нагреватели**
| Работно състояние|Честота на флуктуация на нивото|Препоръчителна дебелина на стената (mm)|Очакван живот на интерфейса (часове)|Инженерна обосновка |
|--------------------|---------------------------|-------------------------------|--------------------------------|----------------------------|
| Непрекъсната работа на охладителя, 8000-часова кампания|5 – 10 цикъла/ден|1.0|8 000 – 12 000|3 × живота на 0,7 mm; стандартна спецификация |
| Extended campaign (>15 000 часа)|5 – 10 цикъла/ден|1.2|12 000 – 18 000|Консервативен дизайн за максимална надеждност |
| Стабилен контрол на нивото (минимална флуктуация) |<1 cycle/day | 0.8 – 0.9 | 8,000 – 12,000 | Lower fluctuation reduces interface attack |
| Чести колебания на нивото (почасови цикли)|10 – 20 цикъла/ден|1,2 – 1,5|6 000 – 10 000|По-агресивното колоездене изисква по-дебела стена |
| Краткосрочна{0}}операция (<1000 hours) | Any | 0.6 – 0.7 | 600 – 900 | Acceptable for temporary service |
| Интерфейсна зона, защитена с PTFE покритие|Всякакви|0,7 – 0,8|8 000 – 12 000|Покритието елиминира атаката на мокър-сух цикъл |
**Допълнителни мерки за намаляване на атаката на интерфейса**
Три мерки намаляват атаката на интерфейса и позволяват по-тънки стени. Първо, внедрите система за контрол на нивото, която поддържа нивото на разтвора постоянно, елиминирайки напълно мокро-сухия цикъл. Второ, нанесете PTFE покритие върху интерфейсната зона (50–75 mm секцията при линията за течност); покритието предотвратява директния контакт между концентрираните соли и титановата повърхност. Трето, за нови дизайни на охладители, помислете за заварена титаниева втулка над интерфейсната зона, която се простира на 100 mm над и под нормалното ниво на течността, осигурявайки жертвен материал, който може да бъде заменен без подмяна на цялата тръба.
**Заключение**
За титаниеви нагревателни елементи от клас 7, загряващи 30% литиев хлорид, 10% абсорбционен охладителен разтвор на литиев бромид при 115 градуса, зоната на разделителна способност на пара-течност с дебелина на стената 1,0 mm осигурява 8000 часа работа, докато 0,7 mm се поврежда в рамките на 2500 часа – разлика 3,2 пъти. Стената от 1,0 mm осигурява достатъчно материал за пресичане на ускоряващата се фаза на разпространение на ямата. Инженерите, специфициращи титаниеви нагреватели за абсорбционни охладители, трябва да изберат 1,0 mm като минимална дебелина на стената за стандартно обслужване, да приложат контрол на нивото, за да минимизират експозицията на интерфейса, и да обмислят PTFE покритие за зоната на интерфейса. Тази спецификация на дебелината на стената предотвратява питинга на интерфейса – доминиращият режим на повреда в приложенията за отопление на охладители с абсорбция на литиев халид.
