Když se titanová tepelná tyč použije k roztavení ternární dusičnanové soli (NaNO₃-KNO₃-Ca(NO₃)₂) při 400 stupních, jak obsah vápenatých iontů mění rychlost odlupování oxidu během cyklů zmrazování-?

Kombinace ternárních dusičnanových solí s dusičnanem vápenatým (Ca(NO3)2) se používají jako teplonosná kapalina v systémech koncentrované solární energie a tepelných akumulačních systémů. Při 400 stupních se sůl roztaví a oxiduje. Titanové topné tyče tvoří ochranné vrstvy oxidu titaničitého (TiO₂). Během cyklů zmrazování-rozmrazování (ochlazení, aby se sůl zmrazila, a poté znovu{7}}zahřátí) se však ionty vápníku ze soli spojují s oxidem titaničitým za vzniku titaničitanu vápenatého (CaTiO 3 ) na povrchu váhy. Například koeficient tepelné roztažnosti titaničitanu vápenatého je přibližně 11-12 × 10-6 / stupeň, oxid titaničitý má hodnotu tepelné roztažnosti 7-8 × 10-6 / stupeň a kovový titan 8,6 × 10-6 / stupeň. Takový nesoulad způsobuje odlupování během tepelného cyklování. Čím vyšší je obsah vápníku ve směsi solí, tím rychlejší je odlupování oxidu. Při obsahu vápníku 20 % se v každém cyklu zmrazování-rozmrazování odstraní 0,3–0,5 µm kovu, zatímco při obsahu vápníku 5 % se odstraní pouze 0,05–0,10 µm.

Mechanismus vápníku-indukovaného odlupování oxidu během tepelného cyklování

Ionty Ca infiltrují do stupnice TiO2 a vytvářejí vnější vrstvu bohatou na CaTiO3- během expozice roztavené soli při 400 °C. Vrstva CaTiO 3 se při ochlazování smršťuje méně než TiO 2 a kovový titan pod ní kvůli vyššímu koeficientu tepelné roztažnosti. Tento nesoulad vede k tahovým deformacím na rozhraní. Tato napětí způsobují praskání a odlupování okují během tuhnutí (zmrazování) a následném{11}}ohřívání. Odštípnuté části odhalují nový titan, který rychle oxiduje. Kombinace odlupování oxidu a reoxidace vede k odstranění malého množství titanu během každého cyklu zmrazování a rozmrazování. Rychlost odlupování je úměrná obsahu vápníku v soli a velikosti změny teploty.

Obsah vápníku a počet cyklů vs. kvantitativní míra odlupování

Ke stanovení rychlosti odlupování oxidů bylo použito řízené testování titanu 2. stupně v ternární dusičnanové soli s různým obsahem vápníku, který prošel 100 cykly zmrazování-rozmrazování (25 stupňů → 400 stupňů → 25 stupňů, 2-hodiny setrvání při teplotě). Při 0 % vápníku (binární sůl NaNO3-KNO3) je odlupování oxidu 0,5-1,0 µm na 100 cyklů, vodní kámen zůstává přilnavý a ztráta kovu je nízká. Lokalizované odlupování se objevuje u vad měřítka a s 5% vápníkem se odlupování zvyšuje na 2-5 µm na 100 cyklů. Odlupování je 8–15 µm/100 cyklů při 10 % vápníku a 10–30 % odlupování okují na cyklus. U 15% vápníku je odlupování 20-35 µm na 100 cyklů a okují se zcela odlupují po 300-500 cyklech. Při 20 % vápníku (typické ternární složení) je odlupování až 30–50 μm každých 100 cyklů, zatímco ztráta kovu je 0,15–0,25 mm na 1000 cyklů. Perforace se očekává po 6 000–10 000 cyklech pro tloušťku stěny 1,5 mm a 20 % vápenaté soli.

Vliv kolísání teploty a doby cyklu na rychlost odlupování

Intenzita odlupování je silně ovlivněna velikostí změny teploty a délkou cyklu. Odlupování oxidu je 8–15 μm na 100 cyklů pro 10% obsah vápníku s kolísáním teploty 375 stupňů (25 stupňů až 400 stupňů), nebo 3 300–6 300 cyklů k odstranění 0,5 mm kovu. Zvýšení výkyvu na 500 stupňů (100 stupňů až 600 stupňů) při stejné koncentraci vápníku zvyšuje odlupování na 20-40 µm/100 cyklů. To snižuje cykly na ztrátu 0,5 mm na 1 250-2 500. Odlupování 30–50 µm na 100 cyklů pro 20 % vápníku, výkyv o 375 stupňů 1 000–1 700 cyklů do ztráty 0,5 mm S 20 % vápníku a výkyvem o 500 stupňů je odlupování 50–80 µm na 100 cyklů pro 5{38} cyklů a je zapotřebí pouze ztráta 600. mm. Prodloužená doba prodlevy při teplotě (8 h vs

Ohřívače dusičnanové soli Referenční obsah vápníku a životnost

Doporučení pro přijatelný obsah vápníku v dusičnanové soli podle očekávaného počtu cyklů zmrazování{0}}rozmrazování, požadované životnosti ohřívače a tloušťky stěny pro titan třídy 2 jsou uvedeny v tabulce 1.

Počet cyklů zmrazování-Cykly rozmrazování/rokPožadovaná životnost (roky)Maximální přípustný obsah vápníku (%) Očekávaná ztráta kovu za rok (mm) Doporučená tloušťka stěny (mm) 10 20 15 0.03–0.05 1.5 50 10 10 0.04–0.08 1.5 100 10 10 0.08–0.15 2.0 100 5 15 0.10–0.18 2.0 365 (denně) {7}daně sůl}{}{7}daně}{}{8} 0,02–0.04 2.0 Engineering Beyond of Control of Calcium Content

Kvalita titanu je důležitá pro odolnost proti odlupování. Stupeň 7 (stabilizovaný paladiem) vytváří více přilnavý oxid díky obohacení palladiem na rozhraní kovu-a vykazuje 30–50% snížení odlupování ve srovnání se stupněm 2 při stejných hladinách vápníku. Tloušťka stěny je materiálovou rezervou. Například 2,0 mm stěna s 0,10 mm ztrátou kovu za rok v důsledku odlupování vydrží 20 let. Odlupování je ovlivněno rychlostmi ohřevu a ochlazování, přičemž pomalé náběhy při 2 stupních/min snižují tepelné namáhání a drolení o 50-70 % ve srovnání s rychlým náběhem při 10 stupních/min. Inhibitory, jako je oxid hořečnatý přidaný v množství 0,5 až 1,0 procenta k soli, soutěží s vápníkem o reakci s oxidem titaničitým, a tak snižují tvorbu titaničitanu vápenatého.

Vytvoření dobře{0}}informované specifikace

Pokud se předpokládá více než 100 cyklů za rok, omezte obsah vápníku maximálně na 10 % pro Stupeň 2 nebo 15 % pro Stupeň 7. • Ternární dusičnanová sůl s cyklem zmrazování a rozmrazování • Titanová tepelná tyč Pro denní cyklování (365 cyklů/rok) doporučujeme binární ohřívač (NaNO3-%KNO53 mm) nebo vápenatý tloušťka 2.7 mm. Chcete-li zabránit tepelnému šoku během provozu, řiďte rychlost ohřevu a chlazení na 2–3 stupně/min. 4.1.3. Vypouštění soli a každoročně kontrolujte povrch ohřívače, zda nevykazuje zjevné odlupování oxidu ve formě odlupování nebo prachu, a/nebo měřte tloušťku stěny ultrazvukem, pokud je přítomna. Pokud ztráta kovu překročí 0,2 mm za rok, obsah vápníku se sníží nebo se použije stupeň 7. Inženýři řídí rychlost odlupování oxidů a prodlužují životnost titanových tepelných tyčí v cyklu zmrazování a rozmrazování změnou obsahu vápenatých iontů ve směsi dusičnanových solí.