Ketika Tabung Pemanas Listrik Titanium Digunakan untuk Memanaskan Penangas Minyak Silikon yang Telah Terdegradasi menjadi Asam Format (Tingkat Jejak), Bagaimana Ketebalan Dinding Mempengaruhi Waktu Pembuatan Lubang Pertama yang Terdeteksi oleh Emisi Akustik?
Tinggalkan pesan
Sebuah trade{0}}dasar dalam desain pemanas titanium untuk minyak silikon yang terdegradasi
Penangas minyak silikon sering digunakan untuk aplikasi suhu tinggi (150–200 derajat ) karena ketahanan termalnya. Namun, pengoperasian jangka panjang pada suhu tinggi dengan adanya oksigen atau kelembapan menghasilkan pembentukan produk degradasi minyak silikon dalam jumlah kecil asam format (HCOOH) dan siloksan dengan berat molekul rendah lainnya. Asam format menyerang titanium, terutama pada suhu tinggi, sehingga mengakibatkan lubang. Lubang tersebut bersifat stokastik-dimulai pada titik acak pada permukaan selubung-dan dapat diamati oleh sensor emisi akustik (AE) yang menangkap getaran ultrasonik yang dihasilkan ketika lubang berinti dan mengembang. Ketebalan dinding mempengaruhi waktu sampai ke lubang pertama (waktu induksi) karena menentukan suhu permukaan dan keadaan tegangan pada lapisan pasif. Inisiasi lubang dipercepat oleh dinding yang lebih tebal yang lebih panas dan juga meredam emisi akustik, sehingga menunda deteksi. Hubungan antara ketebalan dinding, waktu sampai ke lubang pertama, dan kemampuan deteksi emisi akustik diukur dalam penyelidikan ini.
Dampak Mekanisme Pitting Asam Format terhadap Integritas Mekanik
Pada suhu 180 derajat, sejumlah kecil (10–100 ppm) asam format dalam minyak silikon merusak titanium melalui mekanisme lubang. Reaksi berlangsung: Ti + 4HCOOH → Ti(HCOO) 4 + 2H 2 Titanium format larut dalam minyak sehingga tidak ada lapisan pelindung yang terbentuk. Pitting dimulai di tempat dengan ketebalan film pasif minimum atau di area yang terdapat polutan. Waktu induksi (waktu menuju lubang pertama) mengikuti hubungan Arrhenius dengan suhu permukaan: t ind=A x exp (E a /RT). Untuk peningkatan suhu permukaan sebesar 10 o C waktu induksi berkurang sekitar 50%.
Pada kepadatan daya yang sama, dinding titanium yang lebih tebal (2,0 mm vs 1,0 mm) memiliki suhu permukaan luar yang lebih tinggi (sebesar 2–4 derajat ) karena hambatan listrik. Variasi suhu yang sedikit ini mengurangi waktu induksi sebesar 10-20%. 1.0 mm pada dinding pada suhu 180 derajat; suhu permukaan ~187 derajat, waktu induksi ~800 jam. 2.0 mm dinding: suhu permukaan. ≈ 190 derajat, waktu induksi ≈ 650 jam. Dinding lubang sebelumnya lebih tebal.
Pengaruh terhadap Kinerja Termal: Redaman Sinyal Emisi Akustik
Nukleasi lubang menghasilkan sinyal emisi akustik berupa gelombang tegangan frekuensi tinggi (100 kHz-1 MHz). Gelombang ini dilemahkan saat mencapai sensor AE (ditempatkan di ujung dingin atau di dinding tangki) melalui dinding titanium. Koefisien atenuasi untuk titanium adalah sekitar 5 dB/mm pada 500 kHz. Dinding 1,0 mm mengurangi kekuatan sinyal sebesar 5 dB. Dinding 2,0 mm mengurangi kekuatan sinyal sebesar 10 dB. Untuk setiap redaman 6 dB, amplitudo sinyal pada sensor berkurang setengahnya. Oleh karena itu, sinyal AE dari lubang pada dinding 2,0 mm adalah 3-5 kali lebih kecil dibandingkan pada dinding 1,0 mm dan lebih sulit dideteksi. Lubang tersebut mungkin menjadi agak besar pada saat sinyal dapat dideteksi.
Sintesis kompromi: Ketebalan dinding dan deteksi AE
Ketebalan Dinding (mm) Suhu Permukaan ( derajat ) Waktu hingga Lubang Pertama (jam) Redaman Sinyal AE (dB) Waktu Amplitudo AE Relatif hingga AE Terdeteksi (jam) 0,8 mm 186 derajat 850 jam 4 dB 1,6× garis dasar 850 jam
1,0 mm 187 derajat 800 jam 5 dB 1,0x garis dasar 800 jam
1,2 mm 188 derajat 750 jam 6 dB 0,8× 800 jam (deteksi tertunda)
1,5 mm 189 derajat 700 jam 7,5 dB 0,6× 800 jam (lubang membesar sebelum terdeteksi)
2,0 mm 190 derajat 650 jam 10 dB 0,3× 900 jam (deteksi setelah pertumbuhan signifikan)
Dinding yang lebih tebal mengurangi waktu induksi (lubang muncul lebih awal) dan melemahkan sinyal AE (deteksi tertunda). Kombinasi ini berarti bahwa lubang pada dinding berukuran 2,0 mm dapat mencapai kedalaman 50-100 µm sebelum teridentifikasi, sedangkan lubang pada dinding berukuran 1,0 mm dapat dikenali pada kedalaman 10-20 µm.
Rekayasa Beyond the Wall: Penempatan Sensor AE dan Manajemen Fluida
Atenuasi dapat diatasi melalui lokasi sensor AE. Sebagian besar redaman dinding dihilangkan dengan memasang sensor langsung pada selubung titanium di ujung panas (menggunakan pandu gelombang suhu tinggi atau penjepit magnet). Ketebalan dinding mempunyai pengaruh yang kecil terhadap kemampuan deteksi pada pemasangan langsung. Lebih penting lagi, pencegahan kerusakan minyak silikon meningkatkan waktu induksi berapa pun ketebalan dindingnya. Penambahan antioksidan (misalnya. 0.1% fenotiazin) ke dalam minyak silikon mengurangi pembentukan asam format 10-20X, dan meningkatkan waktu induksi hingga 8,000+ jam. Oli yang distabilkan dengan dinding 1,5 mm menawarkan masa pakai bebas lubang yang lebih lama dibandingkan oli rusak dengan dinding 1,0 mm.
Kesimpulan: Dinding Tipis (1,0 mm) Baik untuk Pemantauan AE
In the case of a silicone oil bath heated by a titanium electric heating tube that has deteriorated to trace formic acid, the thinner wall (1.0 mm) shows earlier identification of pitting by acoustic emission and a somewhat longer induction time (800 hours against 650 hours for 2.0 mm). The 1.0 mm wall offers a lower surface temperature (delaying pit commencement) and reduced acoustic attenuation (5 dB versus 10 dB) for detection of tiny pits. The suggested standard for AE monitored heaters is Grade 2 titanium with wall thickness of 1.0-1.2 mm + antioxidant added to the silicone oil for longer induction time. Thicker (>Dinding berukuran 1,5 mm) menunda deteksi dan memungkinkan pertumbuhan lubang tanpa disadari. • Tentukan perkiraan laju degradasi oli dan posisi sensor AE saat menentukan pemanas untuk penangas minyak silikon dengan pemantauan kondisi. Dan dinding yang lebih tipis jauh lebih baik untuk deteksi dini pitting AE yang andal.
