چرا هیتر غوطهوری تیتانیوم در مخلوط اتیلن گلیکول/آب 50/50 با کلرید 500 پیپیام در 90 درجه در اثر خوردگی شکاف سریعتر از رقیقسازی یکنواخت خراب میشود؟
پیام بگذارید
ترکیبات اتیلن گلیکول/آب (50/50 درصد حجمی) اغلب به عنوان مایعات انتقال حرارت در سیستم های حرارتی خورشیدی، HVAC و خنک کننده موتور استفاده می شود. در دمای 90 درجه، 500 ppm کلرید حاصل از گلیکول فاسد شده یا آب آرایشی با تیتانیوم خصمانه است. اگرچه تیتانیوم در برابر خوردگی یکنواخت در این مخلوط بسیار مقاوم است، با نرخ خوردگی کمتر از 0.02 میلی متر در سال، شکست در درجه اول به دلیل خوردگی شکاف در تکیه گاه های لوله، فلنج ها و واشرها است. هندسه شکاف منجر به افزایش غلظت کلرید و کاهش غلظت اکسیژن می شود، در حالی که محصولات تجزیه گلیکول (اسید گلیکولیک، اسید فرمیک) pH محلی را کاهش می دهند. نرخ انتشار خوردگی شکاف 0.3-1.0 میلی متر در سال است، 15-50 برابر سریعتر از نازک شدن یکنواخت. شکست کاملاً محدود است و سوراخ شدن رخ می دهد در حالی که 95٪ از سطح لوله دست نخورده باقی مانده است.
مکانیسم تسلط شکاف در مخلوط گلیکول/آب
در محلول حجیم، اتیلن گلیکول ویسکوزیته را افزایش می دهد که باعث کاهش انتشار اکسیژن می شود. پایداری فیلم غیرفعال با اکسیژن کافی و غلظت متوسط کلرید تضمین می شود. در یک شکاف (به عنوان مثال در زیر یک تکیه گاه PTFE یا در یک واشر) اکسیژن به سرعت توسط فرآیندهای کاتدی تخلیه می شود و تامین نمی شود. کلریدها برای حفظ خنثی الکتریکی در شکاف پخش می شوند و به سطوح 2000 تا 10000 ppm می رسند. گلیکول از نظر حرارتی در دمای 90 درجه به اسیدهای آلی (گلیکولیک، فرمیک، اگزالیک) تجزیه می شود. این اسیدها PH موضعی شکاف را به 3-4 کاهش می دهند. کلرید، PH پایین و کاهش اکسیژن با هم فیلم غیرفعال را تخریب می کنند. خوردگی در آند شکاف فعال است که توسط کاتد خارجی بزرگ بقیه سطح لوله هدایت می شود. اگر جریان گالوانیکی بین شکاف ( آند ) و بیرون ( کاتد ) پایدار باشد , سرعت انحلال قابل توجه است . در نهایت، سوراخ رخ می دهد.
مقایسه کمی نرخ خوردگی یکنواخت و شکافی
آزمایشات کنترل شده در 50/50 اتیلن گلیکول/آب با 500 پی پی ام کلرید (شروع pH 6.5) در دمای 90 درجه به مدت 2000 ساعت، نرخ خوردگی کاملاً متفاوتی را نشان داده است. نرخ خوردگی عمومی یک لوله صاف بدون شکاف تنها 0.008 تا 0.015 میلی متر در سال است. سطح درخشان و بدون سوراخ است که نشان دهنده یک فیلم غیرفعال پایدار است. با این نرخ، ضخامت دیوار 1.2 میلی متر طول عمر بیش از 50 سال را فراهم می کند. با این حال، نرخ خوردگی شکاف تا 0.30-0.70 میلی متر در سال تحت یک پشتیبانی PTFE با شکاف شکاف 0.2 میلی متر بود. مرحله شروع بین 200 تا 500 ساعت طول می کشد و یک شیار با عمق 0.3-0.6 میلی متر در 1000 ساعت ایجاد می شود. با یک واشر لاستیکی که دارای شکاف 0.1 میلی متر است، نرخ خوردگی شکاف به 0.50 تا 1.00 میلی متر در سال افزایش می یابد که در 100 تا 300 ساعت شروع می شود و دیواره 1.2 میلی متر را در 1200 تا 2400 ساعت سوراخ می کند. در اتصال لوله به ورق لوله، سرعت خوردگی شکاف 0.20 تا 0.50 میلی متر در سال با شروع در 300 تا 800 ساعت است.
تاثیر تخریب کلرید و گلیکول بر شدت شکاف
شدت حمله شکاف تابعی قوی از وضعیت گلیکول و غلظت کلرید است. گلیکول تازه (با بازدارنده ها) با غلظت 100 پی پی ام کلرید، پس از 500 ساعت، pH شکاف 5.5 را با نرخ خوردگی 0.10-0.25 میلی متر در سال ایجاد می کند. گلیکول مهار نشده تازه در 500 ppm کلرید به pH 4.5 با نرخ 0.30-0.60 میلی متر در سال کاهش می یابد. گلیکول تجزیه شده حرارتی (500 ساعت در 90 درجه) با 500 پی پی ام کلرید PH 3.5 می دهد. نرخ 0.60-1.00 میلی متر در سال است. گلیکول به شدت تخریب شده با بیش از 1000 پی پی ام اسیدهای آلی با 1000 پی پی ام کلرید، pH 3.0، نرخ خوردگی شکاف 1.00-1.80 میلی متر در سال. در این شرایط، نرخ خوردگی یکنواخت کمتر از 0.025 میلیمتر در سال است که نشاندهنده خوردگی شکاف به عنوان مکانیسم شکست غالب است.
اقدامات پیشگیری از خوردگی شکاف گلیکول/آب گرمکن
جدول زیر دستورالعمل هایی را برای کاهش خوردگی شکاف در ترکیبات اتیلن گلیکول/آب در 90 درجه، بر اساس پیکربندی بخاری و ارزیابی ریسک شکاف ارائه می دهد.
چیدمان بخاری خطر شکاف تغییر طرح پیشنهادی نرخ خوردگی شکاف مورد انتظار (mm/year)
جداکننده های لوله PTFE (فاصله 0.2-0.5 میلی متر) جایگزینی پایه های جوش داده شده با تیتانیوم بالا<0.02
فلنج با واشر لاستیکی بسیار زیاد از اتصال دهنده های جوشی یا لحیم استفاده کنید<0.02
لوله های غلتکی منبسط شده در لوله لوله جوش متوسط-به-لوله بعد از انبساط 0.05–0.10
اتصالات فشرده سازی بالا حذف; از اتصالات جوشی استفاده کنید<0.02
بازطراحی شکافهای موجود طراحی مجدد نمیشود متوسط استفاده از نوار PTFE برای وصله شکاف 0.15–0.30
مهندسی فراتر از حذف ترک
مقاومت در برابر خوردگی شکاف به شدت تحت تأثیر درجه تیتانیوم است. درجه 7 (پالادیوم تثبیت شده) 3{13}}5 برابر زمان شروع بیشتر و 50-70٪ سرعت انتشار کمتری نسبت به درجه 2 در شکاف های گلیکول/آب دارد. ضخامت دیواره باعث می شود مواد مورد نیاز باشد. یک دیوار 2.0 میلی متری با خوردگی شکافی 0.5 میلی متر در سال 4 سال طول می کشد، اما یک دیوار 1.2 میلی متر فقط 2.4 سال دوام می آورد. بسته بازدارنده گلیکول اهمیت دارد. بازدارنده های مبتنی بر نیتریت باعث ایجاد خوردگی شکاف تیتانیوم می شوند، در حالی که مهارکننده های مبتنی بر مولیبدات یا آزول خوش خیم هستند. نمونه گلیکول منظم برای pH، کلرید و غلظت اسید آلی، نگهداری پیش بینی را ممکن می سازد. افزودن مونو اتانول آمین برای حفظ pH گلیکول بالای 8.0 حمله شکاف را تا حد زیادی کاهش می دهد.
ساخت مشخصات با بینش
یک هیتر غوطه وری تیتانیوم برای اتیلن گلیکول/آب 50/50 با کلرید ppm 500 در دمای 90 درجه سانتی گراد طراحی کنید. شکاف را آزاد کنید-: از تکیه گاه های لوله جوشی، فلنج های جوش داده شده و لوله های جوشی-به-اتصالات ورق لوله استفاده کنید. اگر هیچ شکافی از بین نرفت، از تیتانیوم درجه 7 استفاده کنید و هر ربع با یک بروسکوپ یا ماده نافذ رنگ، تمام محل های شکاف را بررسی کنید. برای بخاریهایی که قبلاً در حال کار هستند و دچار خوردگی شکافی هستند، با نوار PTFE یا درزگیر سیلیکونی برای پوشاندن شکافها دوباره نصب کنید و مولیبدات سدیم را به گلیکول با ppm 200 به عنوان بازدارنده خوردگی اضافه کنید. گلیکول را برای افت pH زیر 6.0 در حین کار بررسی کنید. اگر افت pH پیدا شد، بلافاصله شارژ گلیکول را تغییر دهید. خوردگی شکافی می تواند باعث خرابی بخاری 15 تا 50 برابر سریعتر از نازک شدن یکنواخت شود. با دانستن این موضوع، مهندس بر کاهش شکاف بر انتخاب درجه مواد در سرویس اتیلن گلیکول/آب تاکید می کند.
