Untuk Pemanas Perendaman Titanium yang Dipasang di Tangki Belerang Cair (135 derajat, Mengandung Hidrogen Sulfida dan Polisulfida), Mengapa Dinding yang Lebih Tebal Tidak Bermanfaat Karena Korosi Seragam dan Kehidupan Ditentukan oleh Pelarutan Besi Total?

Pengorbanan Mendasar dalam Desain Pemanas Titanium untuk Layanan di Sulfur Cair
Molten sulphur tanks are maintained at 135°C to keep sulphur in liquid form for transportation or processing. The sulfur is saturated with hydrogen sulfide (H₂S) and polysulfides (H₂S_x) in solution. Titanium immersion heaters are utilized because titanium has strong resistance to sulphur and sulphides at moderate temperatures. However, titanium corrodes in molten sulfur by a chemical process: Ti + 2S ->TiS₂ Korosinya konsisten, tidak berlubang atau retak pada satu area. Kecepatannya sekitar 0,05-0,15 mm/tahun tergantung pada kandungan H2S. Karena korosi terjadi secara seragam, total kehilangan logam (penipisan dinding) menentukan masa pakai pemanas. Lebih banyak ketebalan dinding berarti lebih banyak umur secara proporsional. Dua kali ketebalan dinding berarti dua kali masa pakai. Namun tidak ada ambang batas ketebalan yang di bawahnya akan mempercepat laju korosi, atau di atas batas tersebut akan berhenti. (Dengan pitting, dinding yang lebih tebal memberikan keuntungan yang semakin berkurang.) Penelitian ini menunjukkan alasan penskalaan linier yang sederhana dalam kasus korosi yang seragam dan ketebalan dinding yang optimal (1,5-2,0 mm) dalam kasus layanan belerang cair.

Mekanisme Korosi Seragam: Dampak terhadap Integritas Mekanik
Permukaan titanium ditemukan bereaksi langsung dengan belerang dan polisulfida dalam lelehan belerang pada suhu 135 derajat, yang mengarah pada pembentukan titanium disulfida (TiS2). Lapisan TiS 2 relatif protektif namun perlahan larut atau terkelupas oleh aliran belerang cair. Laju korosi mengikuti kinetika linier: d=kt, dengan k adalah 0,05–0,15 mm/tahun. Tidak ada ambang batas kerusakan film pasif, tidak ada suhu kritis untuk pitting dan tidak ada mekanisme retak korosi tegangan. Korosi ini konsisten di seluruh permukaan yang terendam.

Tidak ada serangan yang terlokalisasi, maka waktu untuk melakukan perforasi adalah: t_perf=(ketebalan dinding awal) / (laju korosi). Jika laju korosi 0,10 mm/tahun, dinding 1,2 mm akan berlubang dalam 12 tahun. 15 tahun untuk dinding 1,5 mm. 20 tahun untuk dinding setebal 2,0 mm. Relasinya berupa garis lurus sempurna. Oleh karena itu, dinding yang lebih tebal mempunyai keuntungan berbanding lurus dengan material tambahan. Namun, harga titanium juga meningkat secara linear seiring dengan ketebalannya. Tidak ada manfaat nonlinier jika menjadi terlalu tebal.

Dampak Kinerja Termal : Penalti Perpindahan Panas
Dinding yang lebih tebal menimbulkan biaya termal yang kecil namun nyata. Untuk fluks panas tipikal sebesar 2,0 W/cm$^2$, hambatan konvektif mendominasi pada belerang cair (h $\\kira-kira$ 500 W/m$^2$K karena viskositasnya yang tinggi). Untuk dinding 1,2 mm R_cond=7.1e-5; untuk dinding 2,0 mm R_cond=1.18e-4. Resistansi total meningkat sebesar 8%, sehingga suhu permukaan meningkat sebesar 2–3 derajat. Hal ini sedikit mempercepat laju korosi (sekitar 10% untuk kenaikan 3'C), sehingga menghilangkan keuntungan dari dinding yang lebih tebal. Manfaat keseluruhan dari peningkatan dari 1,2 mm menjadi 2,0 mm adalah perpanjangan umur dari 12 tahun menjadi sekitar 18 tahun (bukan 20 tahun karena percepatan suhu). Hukum penurunan hasil tetap berlaku, meskipun lemah.

Pertukaran{0}}Antara Ketebalan Dinding dan Masa Pakai
Ketebalan Dinding (mm) Laju Korosi pada 135 derajat (mm/thn) Faktor Percepatan Suhu Laju Korosi Efektif (mm/thn)Waktu hingga Perforasi (tahun) Biaya Bahan Relatif 1,0 mm 0.10 1.00× 0.10 10 tahun 1,0× 1,2 mm 0.10 1.02× 0.102 11.8 tahun 1,2× 1,5 mm 0.10 1.05× 0.105 14.3 tahun 1,5× 1,8 mm 0.10 1.08× 0.108 16.7 tahun 1,8× 2,0 mm 0.10 1.10× 0.110 18.2 tahun 2,0× 2,5 mm 0.10 1.15× 0.115 21.7 tahun 2,5×
Dinding setebal 2,0 mm memiliki masa pakai 18 tahun, 80% lebih panjang dibandingkan dinding setebal 1,0 mm, namun dengan biaya material 100% lebih mahal. Dinding setebal 1,5 mm mampu bertahan selama 14 tahun dengan biaya 50% lebih banyak, seringkali merupakan nilai ekonomi terbaik.

Rekayasa di Balik Tembok: Pengendalian Suhu dan Kualitas Belerang
Konsentrasi H₂S dalam lelehan belerang merupakan parameter yang sangat sensitif terhadap laju korosi. Pada sulfur murni (H2S rendah), angkanya hanya 0,03 mm/tahun. Belerang asam dengan H2S dan polisulfida yang tinggi dapat mencapai 0,25 mm/tahun. Jika kualitas belerang buruk, diperlukan dinding yang lebih tebal, namun pendekatan yang lebih baik adalah mengisi tangki belerang dengan nitrogen untuk menghilangkan H2S, sehingga mengurangi laju korosi sebesar 70–80 %. Penghematan Nitrogen 30+ Tahun 1,2 mm Manajemen Suhu Dinding juga penting: menurunkan suhu tangki dari 135 derajat menjadi 125 derajat akan mengurangi laju korosi sekitar 40%, sehingga dinding menjadi lebih tipis.

Kesimpulan: Manfaat Linier-Pilih Dinding sebagai Fungsi Kehidupan dan Biaya
Dinding yang lebih tebal berguna untuk pemanas perendaman titanium dalam tangki belerang cair pada suhu 135 derajat dengan H2S dan polisulfida karena korosinya seragam dan masa pakainya bergantung pada jumlah total logam yang terlarut. Menggandakan ketebalan dinding secara kasar akan menggandakan masa pakai (dengan sedikit penalti akibat percepatan suhu). Ketebalan dinding yang disarankan: 1,2–1,5 mm selama 10 tahun masa pakai; 1,5–1,8 mm selama 15 tahun kehidupan; 2,0–2,5 mm selama 20 tahun kehidupan. Tidak ada efek ambang batas (dinding yang lebih tebal tidak berfungsi). Pilihan ekonomis terbaik biasanya adalah 1,5 mm, yang memberikan masa pakai 14 tahun jika dindingnya 50% lebih besar dari 1,0 mm. Berikan perkiraan konsentrasi H₂S dan suhu pengoperasian kepada pabrikan agar mereka dapat menghitung laju korosi yang tepat. Dalam kasus belerang cair, ketebalan dinding layanan adalah variabel desain linier langsung. Lebih tebal lebih baik tetapi lebih mahal-pilih sesuai kebutuhan hidup.