เมื่อใช้แท่งความร้อนไทเทเนียมเพื่อให้ไอน้ำร้อนยวดยิ่งที่ 250 องศาและ 10 บาร์ ค่าการปนเปื้อนของออกซิเจนสูงสุดที่อนุญาตในไอน้ำคือเท่าใดเพื่อหลีกเลี่ยงการก่อตัวของเกล็ดออกไซด์ที่ไม่เกาะติด-

ไทเทเนียมป้องกันด้วยไอน้ำร้อนยวดยิ่งที่อุณหภูมิ 250oC และ 10 บาร์ ทำให้เกิดเกล็ดไทเทเนียมไดออกไซด์ (TiO2) อย่างไรก็ตาม การปนเปื้อนของออกซิเจนในไอน้ำเหนือการแยกตัวของไอน้ำโดยทั่วไปจะเพิ่มการเกิดออกซิเดชันและส่งผลต่อสัณฐานวิทยาของขนาด ออกซิเจนส่วนเกินทำให้เกิดการผลิตสเกลหนาหลายชั้น-ซึ่งรวมถึง TiO₂ และออกไซด์ย่อย- เช่น Ti₂O₃ และ TiO ขนาดนี้ไม่-เกาะติดกันและหลุดร่อนได้ง่ายทำให้เกิดสะเก็ดออกไซด์ซึ่งสามารถปนเปื้อนอุปกรณ์ปลายน้ำ เช่น กังหัน วาล์ว และเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน การปนเปื้อนของออกซิเจนไม่ควรเกิน 10 ส่วนต่อล้านโดยปริมาตร (O2 10 ซม. ต่อไอน้ำ 1 ลบ.ม.) เพื่อป้องกันการพัฒนา-สะเก็ดออกไซด์ที่ไม่เกาะติดกัน มาตราส่วนจะใช้เวลาทำงานเกินระดับนี้ระหว่าง 500 ถึง 1,000 ชั่วโมง

กลไกของออกซิเจน-ทำให้เกิดการหลุดร่อนของตะกรันในไอน้ำร้อนยวดยิ่ง

ปฏิกิริยาออกซิเดชันของไอน้ำปกติที่ 250 องศา Ti + 2H2O → TiO2 + 2H2 เมื่อใช้ออกซิเจนส่วนเกิน ปฏิกิริยาจะเป็น Ti + O 2 → TiO 2 . อัตราการเกิดออกซิเดชันเป็นสัดส่วนกับรากที่สองของความดันย่อยของออกซิเจน ออกไซด์ที่ได้จะมีความหนาขึ้น มีรูพรุนมากขึ้น และมีรอยแตกขนาดเล็ก- นี่เป็นเพราะความเครียดจากการเติบโตที่เร็วขึ้น สเกลที่มีรูพรุนหนาจะหลุดร่อนได้ง่ายเมื่อระบายความร้อนหรือหมุนเวียนด้วยความร้อน เนื่องจากการขยายตัวทางความร้อนที่ไม่ตรงกันระหว่างโลหะออกไซด์และไทเทเนียม สะเก็ดออกไซด์ที่หลุดร่อนจะถูกพาไปตามการไหลของไอน้ำ และอาจทำให้อุปกรณ์ปลายน้ำเสียหายได้ บริเวณที่หลุดออกไปเผยให้เห็นไทเทเนียมใหม่ซึ่งจะออกซิไดซ์อย่างรวดเร็ว สิ่งนี้นำไปสู่การเติบโตในระดับวงจรและการหลุดร่วง

การเกาะติดและการหลุดร่อนในระดับปริมาณเทียบกับความเข้มข้นของออกซิเจน

คุณลักษณะของมาตราส่วนสำหรับไทเทเนียมเกรด 2 ได้รับการพัฒนาสำหรับการปนเปื้อนของออกซิเจนในปริมาณต่างๆ ในการทดสอบแบบควบคุมในไอน้ำร้อนยวดยิ่งที่ 250 องศา และ 10 บาร์ เป็นเวลา 1,000 ชั่วโมง เมื่อปริมาณออกซิเจนน้อยกว่า 1 ppm (ไอน้ำบริสุทธิ์) ความหนาของสเกลจะอยู่ที่ 2-5 µm สเกลจะเกาะติดกันและเป็นสีเทาเข้ม และไม่มีการหลุดร่อนเกิดขึ้นหลังจากผ่านไป 1000 ชั่วโมง ด้วยออกซิเจน 1-5 ppm ความหนาของสเกลจะเพิ่มขึ้นเป็น 5-10 μm ตะกรันเกาะติดโดยมีพื้นผิวแตกร้าวเล็กน้อยและไม่มีสะเก็ดเกิดขึ้น ที่ความเข้มข้นของออกซิเจน 5-10 ppm ความหนาของสเกลคือ 10-20 µm ตะกรันจะเริ่มแตกตัวที่ขอบและมีสะเก็ดขนาดเล็กที่ต่ำกว่า 0.1 มม. ปรากฏขึ้นเป็นครั้งคราว ซึ่งเหมาะสำหรับงานอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ ออกซิเจน 10–25 ppm ความหนาของสเกล 20–40 µm สเกลจะหลุดร่อน 20–40% ของพื้นผิวหลังจาก 500 ชั่วโมง เกิดเกล็ด 0.1–0.5 มม. ซึ่งไม่เหมาะสำหรับระบบไอน้ำสะอาด เมื่อออกซิเจนสูงกว่า 25 ppm ความหนาของสเกลจะมากกว่า 50 μm การหลุดร่อนอย่างรุนแรงจะเกิดขึ้นหลังจาก 100–200 ชั่วโมง และเกิดสะเก็ดขนาดใหญ่ที่มีขนาดใหญ่กว่า 0.5 มม. ซึ่งไม่เหมาะกับระบบไอน้ำใด ๆ

ผลกระทบของอุณหภูมิและแรงดันของไอน้ำต่อความทนทานต่อออกซิเจน

ขีดจำกัดความเข้มข้นของออกซิเจนที่อนุญาตจะลดลงเมื่ออุณหภูมิและความดันของไอน้ำเพิ่มขึ้น ออกซิเจนที่อนุญาตสำหรับสเกลกาวคือ 25 ppm ที่ 200 องศา และขีดจำกัด 8 บาร์คือความหนาของสเกล 5–10 µm ที่ 250 องศาและ 10 บาร์ ออกซิเจนที่อนุญาตจะลดลงเหลือ 10 ppm โดยมีความหนาของสเกล 10-20 µm ที่อุณหภูมิ 300 องศา และ 20 บาร์ โดยมีความหนาของสเกล 15–30 µm ออกซิเจนสูงสุดที่อนุญาตจะลดลงเหลือ 5 ppm ออกซิเจนที่อนุญาตที่ 350 องศา และความดัน 40 อยู่ที่ 2 ppm โดยมีความหนาของสเกล 20–40 µm ที่ 400 องศาและความดัน 80 ความเข้มข้นของออกซิเจนที่อนุญาตคือ 1 ppm และความหนาของสเกลคือ 30–50 μm อุณหภูมิที่สูงขึ้นจะเพิ่มจลนพลศาสตร์ของการเกิดออกซิเดชัน ดังนั้นการควบคุมออกซิเจนที่เข้มงวดยิ่งขึ้นจึงช่วยป้องกันการหลุดร่อน

คู่มือการควบคุมการปนเปื้อนของออกซิเจนในระบบไอน้ำร้อนยวดยิ่ง

เครื่องทำความร้อนไทเทเนียมเกรด 2 ตารางที่แนบมานี้ระบุคำแนะนำเกี่ยวกับความเข้มข้นของออกซิเจนสูงสุดที่อนุญาตในไอน้ำร้อนยวดยิ่ง ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดในการบริการและความไวของอุปกรณ์ปลายน้ำต่อเกล็ดออกไซด์

ข้อกำหนดการบริการ ความไวปลายน้ำต่อเกล็ดออกไซด์ ค่าสูงสุดที่อนุญาตของ O2 (ppm) ความหนาของสเกลที่คาดหวังหลังจาก 1,000 ชั่วโมง (µm) ความเสี่ยงของการหลุดร่อน
ไอน้ำสะอาดสำหรับอาหารหรือยาสูงมาก<1 None 2-5
ความไวของเกล็ดต่ำไอน้ำอุตสาหกรรมต่ำ<5 5 – 10 Low
ไอน้ำอุตสาหกรรม โอเคสำหรับเกล็ดคี่ปานกลาง<10 10-20 Moderate
บริการไม่สำคัญต่ำ<25 20–40 High (likely flakes)
>50 Severe >25 สิ่งที่ยอมรับไม่ได้
การควบคุมความเข้มข้นของออกซิเจน: เหนือกว่าวิศวกรรม:

The grade of titanium has no major influence on the scale spalling at 250 °C, as Grade 2 and Grade 7 react equally in these conditions. Wall thickness is a metal loss allowance, 2.0 mm wall with a 0.01 mm per year oxidation loss, for 1,000 hours of operation, would last 200 years. The velocity of the steam flow effects the flake removal, high speeds (>20 ม./วินาที) อาจหลุดออกจากเกล็ดได้แม้ว่าจะติดอยู่อย่างเห็นได้ชัดก็ตาม สะเก็ดที่หลุดร่อนสามารถกำจัดออกได้โดยการพ่นไอน้ำเป็นระยะที่ 50 ม./วินาที เป็นเวลา 1 ชั่วโมงก่อนที่จะก่อตัวขึ้น เครื่องวิเคราะห์ออกซิเจนในท่อไอน้ำจะตรวจสอบอย่างต่อเนื่อง และการตั้งค่าการแจ้งเตือนไว้ที่ 8 ppm O₂ ช่วยให้สามารถดำเนินมาตรการแก้ไขได้ก่อนขีดจำกัด 10 ppm

การสร้างข้อกำหนดที่มีข้อมูลครบถ้วน

สำหรับแท่งความร้อนไทเทเนียมสำหรับไอน้ำร้อนยวดยิ่งที่ 250 องศาและ 10 บาร์ ปริมาณออกซิเจนในแหล่งไอน้ำจะต้องต่ำกว่า 5 ppm สำหรับการใช้งานไอน้ำสะอาด หรือต่ำกว่า 10 ppm สำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรม ติดตั้งเครื่องวิเคราะห์ออกซิเจนแบบออนไลน์พร้อมสัญญาณเตือนที่ 8 ppm และอินเทอร์ล็อคที่จะตัดพลังงานเครื่องทำความร้อนหรือปิดระบบหากออกซิเจนสูงกว่า 15 ppm ระบบที่มีอยู่ที่มีระดับ O2 > 10 ppm ลดอุณหภูมิไอน้ำลงเหลือ 200 องศา ซึ่งอนุญาตให้มี 25 ppm O₂ ติดตั้งระบบกำจัดออกซิเจน ในระหว่างการทดสอบการใช้งาน ให้ตรวจสอบพื้นผิวเครื่องทำความร้อนหลังการทำงาน 100 ชั่วโมง หากปรากฏให้เห็นสะเก็ดออกไซด์ ให้ลดความเข้มข้นของออกซิเจนหรืออุณหภูมิลง การรักษาระดับการปนเปื้อนของออกซิเจนให้ต่ำกว่า 10 ppm จะยับยั้ง-เกล็ดออกไซด์ที่ไม่เกาะติดกัน ซึ่งจะทำให้อุปกรณ์ปลายน้ำปนเปื้อน และลดอายุการใช้งานของเครื่องทำความร้อนในบริการไอน้ำร้อนยวดยิ่ง