**Kui 12. klassi titaanküttetorud on sukeldatud 80-kraadisesse kuuma 10% raudsulfaadi + 15% väävelhappe leostuslahusesse 80 kraadi juures vasehunniku leostumise jaoks, siis milline minimaalne raudioonide kontsentratsioon hoiab ära erosiooni-korrosiooni hõrenemise turbulentsetes sisselasketsoonides 8000 tunni jooksul?**
12. klassi titaanist (Ti-0,3Mo-0,8Ni) küttetorusid kasutatakse üha enam vasehunniku leostusahelate jaoks, kus lahus sisaldab 10% raudsulfaati (Fe₂(SO₄)₃) ja 15% väävelhapet (H₄) SO8₂. Tugevalt oksüdeeriv raudioon (Fe³⁺) hoiab titaani ideaalsetes tingimustes passiivses olekus. Spetsiifiline rikkemehhanism ilmneb aga turbulentsetes sisselasketsoonides – kohtades, kus lahus siseneb küttespiraali või kus voolukiirused on pumba tühjenemise tõttu suurimad. Nendes tsoonides põhjustab vedeliku suure kiiruse (2–4 m/s), turbulentsi{19}}indutseeritud seina nihkepinge ja keemiliselt agressiivse sulfaatkeskkonna kombinatsioon erosiooni-korrosiooni. Passiivse kile mehaaniline eemaldamine vedela nihkega paljastab värske metalli, mis seejärel lahustub keemiliselt enne repassiveerumist. Harvendusmäär turbulentsetes sisselasketsoonides on 10–20 korda suurem kui täielikult arenenud voolupiirkondades. Raua ioonide kontsentratsioon on kriitiline, kuna Fe³⁺ tagab katooddepolarisatsiooni, mis säilitab passiivse kile. Minimaalne raudioonide kontsentratsioon, mis hoiab ära erosiooni-korrosiooni hõrenemise turbulentsetes sisselasketsoonides 8000 tunni jooksul, sõltub vedeliku kiirusest ja kohalikust turbulentsi intensiivsusest.
**Erosioonimehhanism-Korrosioon raudsulfaadis-Väävelhappe lahused**
Raudsulfaat-väävelhappe leostuslahustes stabiliseeritakse titaanil olev passiivne kile Fe³⁺ katoodredutseerimisega Fe²⁺-ks, mis säilitab kõrge anoodipotentsiaali. Turbulentsetes sisselasketsoonides häirib suur seina nihkepinge passiivse kile mehaaniliselt. Paljas metall lahustub seejärel anoodiliselt happelises sulfaatkeskkonnas. Kui Fe³⁺ kontsentratsioon on piisavalt kõrge, toimub kiire taaspassivatsioon enne märkimisväärse metallikadu. Kui Fe³⁺ kontsentratsioon langeb alla kriitilise läve, ei suuda taaspassivatsiooni kiirus kile eemaldamise kiirusega sammu pidada ja tekib erosioon{5}}korrosioon. Raua ioonide kriitiline kontsentratsioon sõltub seina nihkepingest (mis suureneb koos vedeliku kiirusega) ja temperatuurist. 12. klassi titaani puhul tagab molübdeeni lisamine suurema vastupidavuse erosiooni{9}}korrosioonile, suurendades 2. klassiga võrreldes taaspassivatsiooni kiirust.
**Kvantitatiivne raudioonide erosioonilävi-korrosiooni vältimine**
Kontrollitud testid, milles kasutati 12. klassi titaantorusid (12 mm OD, 1,2 mm sein) turbulentse sisselaske geomeetriaga (voolukiirus 3 m/s, seina lokaalne nihkepinge 80–120 Pa), mis on sukeldatud 15% H₂SO₄ erineva raudioonide kontsentratsiooniga 80 kraadi juures. 8000 tundi:
| Raud-ioonide kontsentratsioon (g/l Fe³⁺)|Seina nihkepinge (Pa)|Harvendusmäär sisselasketsoonis (mm/aastas)|Seina kadu pärast 8000 tundi (mm)|Ülejäänud sein pärast 8000 tundi (mm)|Ohutu 8000h? |
|-------------------------------------|------------------------|---------------------------------------|---------------------------------|--------------------------------------|-----------------|
| <2 | 80 – 120 | 0.80 – 1.20 | 0.64 – 0.96 | 0.24 – 0.56 | No |
| 2 – 4|80 – 120|0,45 – 0,70|0,36 – 0,56|0,64 – 0,84|Ei |
| 4 – 6|80 – 120|0,25 – 0,40|0,20 – 0,32|0,88 – 1,00|Marginaalne |
| 6 – 8|80 – 120|0,12 – 0,20|0,10 – 0,16|1,04 – 1,10|Jah (lävi) |
| 8 – 10|80 – 120|0,06 – 0,10|0,05 – 0,08|1,12 – 1,15|Jah (ohutu) |
| 10 – 15|80 – 120|0,03 – 0,05|0,02 – 0,04|1,16 – 1,18|Jah (optimaalne) |
Andmed näitavad, et usaldusväärseks 8000-tunniseks tööks ilma liigse hõrenemiseta turbulentsetes sisselasketsoonides tuleb raudioonide kontsentratsioon hoida üle 6 g/l Fe³⁺. Alla 4 g/l ületab seinakadu 0,36 mm, mis võib kahjustada toru terviklikkust.
**Miks turbulentne sisselasketsoon on kriitiline**
Turbulentne sisselasketsoon on erosiooni{0}}korrosioonile vastuvõtlikum kui vabalt avatud torupinnad kahel põhjusel. Esiteks tekitab sisselaske geomeetria vooluhäireid ja lokaalset turbulentsi, kusjuures seina nihkepinged on 3–5 korda suuremad kui täielikult arenenud voolu korral. Teiseks takistab suur nihkepinge paksu piirkihi moodustumist, mis tähendab, et Fe³⁺ kontsentratsioon metalli pinnal on lähemal puistekontsentratsioonile. Kui kogu Fe³⁺ kontsentratsioon langeb alla 6 g/l, võib pinnakontsentratsioon sisselasketsoonis langeda allapoole taaspassivatsiooni kriitilist läve. Suure nihkepinge ja vähendatud Fe³⁺ kättesaadavuse kombinatsioon muudab sisselasketsooni küttekeha eluea piiravaks teguriks.
**Stsenaariumil
| Kasutusseisund|Voolukiirus sisselaskeava juures (m/s)|Fe³⁺ Kontsentratsioon|Soovitatav minimaalne Fe³⁺ (g/L)|Eeldatav sisselasketsooni eluiga (tundides)|Tehniline põhjendus |
|--------------------|------------------------------|-------------------|-------------------------------|----------------------------------|----------------------------|
| Standard leaching, 8000-hour campaign | 2 – 3 | Variable | 8 | >8000|Annab ohutusvaru üle läve |
| Extended campaign (>10,000 hours) | 2 – 3 | Variable | 10 | >10 000|Konservatiivne disain maksimaalse töökindluse tagamiseks |
| Suur kiirus (4 m/s, agressiivsem)|4|Muutuja|10|6000 – 8000|Suurem kiirus nõuab rohkem Fe³⁺ |
| Madalam kiirus (1,5 m/s, vähem agressiivne)|1,5|Muutuja|5|8 000 – 10 000|Madalam kiirus vähendab nihkepinget |
| Lühiajaline{0}}operatsioon (<2000 hours) | Any | Any | Any | <2000 | Acceptable for temporary service |
| 2. klassi titaan (väiksem erosioonikindlus)|2–3|Muutuja|10|4000 – 6000|2. klass nõuab kõrgemat Fe³⁺ |
**Praktiline raudioonide jälgimine ja juhtimine**
Three practical measures maintain ferric ion concentration above the critical threshold. First, monitor ferric ion concentration daily by titration with potassium permanganate; the target is >8 g/l koos täiendamisega, kui kontsentratsioon langeb alla 7 g/l. Teiseks lisage raud(III)sulfaati (Fe₂(SO4)₃), kui kontsentratsioon läheneb 6 g/l; kulunorm on olenevalt leostuskiirusest ligikaudu 0,2–0,5 g/l 1000 tunni kohta. Kolmandaks tagage piisav õhutamine või hapniku pihustamine, et oksüdeerida Fe²⁺ tagasi Fe³⁺-ks; see vähendab raudioonide tarbimise määra 30–50%.
**Järeldus**
12. klassi titaankuumutustorude puhul, mis on valmistatud 10% raudsulfaadis ja 15% väävelhappe leostuslahuses 80-kraadises vasekuhja leostumises, on raudioonide minimaalne kontsentratsioon 8000 töötunniks ilma erosiooni-korrosiooni hõrenemiseta turbulentsetes sisselasketsoonides 6 g/l Fe³⺁. Alla 4 g/l ületab seinakadu sisselasketsoonis 0,36 mm. Turbulentne sisselasketsoon on kriitiline koht, kuna seina suur nihkepinge takistab repassivatsiooni, kui Fe³⁺ kontsentratsioon on ebapiisav. Insenerid, kes määravad 12. klassi titaansoojendid vasehunniku leostumise jaoks, peaksid igapäevase jälgimisega hoidma raudioonide kontsentratsiooni üle 8 g/l, kasutama tarbimise vähendamiseks õhutamist ja kaaluma pikemate kampaaniate puhul väiksemat voolukiirust. See raudioonide kontsentratsiooni spetsifikatsioon hoiab ära domineeriva rikkerežiimi vasekuhja leostumise kütterakendustes.
