Kaip plyšio geometrija (tarpiklio medžiaga ir spaustuko sukimo momentas) įtakoja plyšio korozijos pradžios laiką ant titano šildymo vamzdžių druskos garinimo tvenkiniuose?

Druskos garinimo tvenkiniai, skirti natrio chlorido, kalio chlorido ir kitų druskų gamybai iš sūrymų, eksploatuojami esant 40-60 laipsnių temperatūrai ir chlorido koncentracijai nuo prisotinimo (apie 26 % NaCl) iki persotinimo nusodinant druskos kristalus. Titano šildymo vamzdžiai naudojami garavimo temperatūrai palaikyti ir šilumos perdavimo paviršių kristalizacijai išvengti. Tačiau dominuojantis gedimo būdas yra plyšinė korozija vamzdžių ir lakštų jungtyse, po tarpikliais ir po spaustuvais. Skirtingai nuo daugelio titano korozijos problemų, kurios daugiausia priklauso nuo lydinio chemijos arba sienelės storio, plyšinės korozijos pradžios trukmę atliekant druskos garinimo paslaugą labai veikia mechaniniai konstrukcijos parametrai, tokie kaip plyšio geometrija (tarpo plotis ir gylis) ir tarpiklio medžiaga bei spaustuko sukimo momentas. Šiame dokumente įvertinamas šių kintamųjų poveikis laikui iki plyšio atsiradimo ir pateikiami projektavimo pasiūlymai, kaip prailginti šildytuvo eksploatavimo laiką druskos tvenkiniuose.

Plyšinės korozijos mechanizmas prisotintame chlorido sūryme.
Sotusis arba beveik prisotintas natrio chlorido sūrymas 50 laipsnių temperatūroje yra labai agresyvus dėl chlorido koncentracijos (apie 5,4 M Cl-) ir didelės jonų stiprumo biriame tirpale. Tačiau dideliame sūryme titanas yra pasyvus, nes nėra žemo pH, susijusio su dideliu chlorido kiekiu. Pagrindinė plyšių korozijos sąlyga yra deguonies badas plyšyje. Anodinis titano tirpimas gamina Ti4+, kuris hidrolizuojasi ir susidaro H+.. Dėl to pH plyšio viduje sumažėja iki 2-3, kai trūksta deguonies. Prisotintame chlorido sūryme šiek tiek sumažinus pH, susidaro būklė, kai titanas negali pakartotinai pasisavinti ir greitai plinta plyšių korozija.

Iniciacijos laikas, ty laikas iki nuolatinio plyšio puolimo pradžios, yra susijęs su deguonies išeikvojimu ir pH kritimo žemiau repasyvavimo slenksčio greičiu. Abu yra valdomi pagal plyšio geometriją, tarpiklio medžiagos pralaidumą deguoniui ir kontaktinį slėgį tarp tarpiklio ir titano paviršiaus.

Plyšio tarpo pločio poveikis
Iš geometrinių parametrų svarbiausias yra tarpo tarp titano vamzdžio ir priešingo paviršiaus (vamzdžio lakšto, tarpiklio ar spaustuko) plotis. Esant tam tikram tarpo pločiui, deguonies difuzijos į plyšį greitis yra proporcingas tarpo kubui (Ficko dėsnis siauram kanalui). Didesni tarpai leidžia papildyti deguonį, o tai atitolina išeikvojimą ir pailgina inicijavimo laiką. mažesni tarpai lemia didesnį deguonies išeikvojimą.

Kontroliuojamas 2 laipsnio titano bandinių su kontroliuojamo tarpo pločio dirbtiniais plyšiais tyrimas prisotintame NaCl 50 laipsnių temperatūroje, pH 7,0, parodė tokį pradžios laiką (laikas iki matomo poveikio, kai padidinimas 10 kartų):

Esant 0,05 mm pločio tarpui (būdinga gerai -sukamai PTFE tarpinei prieš apdirbtą flanšą), deguonies išeikvojimas įvyksta per 24–48 valandas, o plyšių ataka prasideda per 50–100 valandų. Esant 0,10 mm tarpo pločiui, inicijavimas įvyksta po 200-300 valandų. Esant 0,25 mm tarpo pločiui, pradžia tęsiasi iki 500–1000 val. Deguonies difuzija leidžia išlaikyti pasyvumą, todėl po 5 000 valandų neaptinkamas plyšių ataka, kai tarpas yra 0,50 mm pločio. Esant didesniam nei 1,0 mm tarpui, geometrija nebėra plyšys, o atviras tarpas. Jokia ataka nevyksta.

Praktiškai tai reiškia, kad labai ankšti įtrūkimai (mažiau nei 0,1 mm) yra patys pavojingiausi. Projektuotojai turėtų padaryti tarpus platesnius nei 0,5 mm (storos tarpinės arba tarpikliai) arba pašalinti tarpus (suvirintos jungtys).

Plyšio gylio poveikis
Plyšio dydis (atstumas, kuriuo tarpas prasiskverbia po tarpikliu arba į vamzdžio lakštą) lemia deguonies -sueikvoto paviršiaus, skirto anodiniam tirpinimui, kiekį. Iniciacija pagreitėja esant gilesniems plyšiams, nes juose yra didesnės-deguonies išeikvotos zonos ir ilgesni difuzijos keliai tam tikram tarpo plotiui.

Esant tam tikram 0,1 mm tarpo pločiui, paleidimo laikas sutrumpėja nuo 300 valandų iki 100 valandų, nes plyšio gylis padidėja nuo 5 mm iki 20 mm. 50 mm gylyje inicijavimas įvyksta per 40{11}}50 val. Venkite įtrūkimų, didesnių nei 15 mm gylio, kad galėtumėte aptarnauti druskos garintuvą. Vamzdžių ir lakštų jungtys turi būti suprojektuotos taip, kad jose būtų negilus plyšys (mažiau nei 10 mm gylio) arba jos turi būti suvirintos, kad plyšys būtų pašalintas.

Tarpiklio medžiagos pralaidumas
Tarpiklių medžiagos skiriasi savo pralaidumu deguoniui ir gebėjimu absorbuoti sūrymą, o tai turi įtakos plyšių chemijai. ne-akytos, ne{2}}pralaidžios tarpinės (PTFE, PEEK, metalas) užtikrina sandarų sandarumą ir neleidžia deguoniui sklisti per patį tarpiklį, todėl pagreitėja deguonies išeikvojimas plyšyje. Minkšta guma, EPDM, silikonas (akytos, laidžios tarpinės): šiek tiek deguonies gali pasklisti per tarpiklio korpusą, kad pakeistų plyšį ir sulėtintų pradžią.

Buvo išbandytos įvairios tarpiklių medžiagos (tarpas 0,1 mm, gylis 10 mm, prisotintas NaCl 50 laipsnių kampu) ir gauti rezultatai:

PTFE tarpiklis (nepralaidus) – prasideda po 200-300 val. EPDM guma (vidutinis pralaidumas): prasideda po 400–600 valandų. Silikoninė guma (didelis pralaidumas) nuo 800 iki 1200 valandų. Nėra tarpiklio (metalas{10}}kontaktas su metalu, efektyviai nulinis tarpas, porėta sąsaja) Įsijungia daugiau nei 2000 valandų su vidutiniu smūgiu.

Kompromisas- yra tas, kad laidžios tarpinės sugers sūrymą ir išsipūs, o tai laikui bėgant gali pakeisti tarpo geometriją. Silikonas ir EPDM per ilgą laiką (2–5 metus) suyra karštame sūryme ir juos reikia pakeisti.

Suspaudimo momentas ir kontaktinis slėgis
Slėgis, veikiamas tarpiklio ir titano sąsajos, priklauso nuo sukimo momento, naudojamo spaustukui priveržti. Didesnis sukimo momentas reiškia sandaresnius sandariklius, o tai reiškia, kad efektyvus tarpo plotis sumažėja ir išsklaidoma mažiau deguonies. Mažesnis sukimo momentas (pagal sandarinimo apribojimus) lemia šiek tiek didesnį efektyvų tarpą, todėl lėtesnis plyšio inicijavimas.

Išbandžius PTFE tarpiklį ant 50 mm skersmens vamzdžio flanšo su prisotintu NaCl 50 laipsnių kampu, gaunama:

Sukimo momentas 20 N·m (mažas) Efektyvus tarpas 0,15-0,20 mm Pradedant 400-600 val. Sukimo momentas 40 Nm (standartinis) Efektyvus tarpas 0,08-0,12 mm Paleidimas 200-300 val. Sukimo momentas 60 N·m (aukštas) : efektyvus tarpas 0,04-0,07 mm, paleidimas 50-100 val.

Geriausias būdas prižiūrėti druskos garintuvą yra taikyti mažiausią sukimo momentą, kuris užtikrins sandarumą, paprastai 50–60 procentų siūlomo maksimalaus tarpiklio medžiagos. Ši technika padidina efektyvų tarpą be nuotėkio.

Plyšių dizaino taikymo matrica druskos garintuvams
Projektavimo parametro pageidaujama pailginto veikimo mechanizmo vertė Numatomas laikas iki plyšio atsiradimo (sotus NaCl, 50 laipsnių)
Gap width >0.5 mm (or welded)Oxygen diffusion sustained >5000 valandų (be atakos)
Tarpo plotis (jei<0.5 mm unavoidable) 0.20-0.30 mmReduces oxygen depletion 500-1000 hrs
Plyšio gylis<10 mm Anode area limited 300-500 hours
Tarpiklio medžiaga EPDM arba silikonas (laidus) Tarpiklio deguonies difuzija nuo 400 iki 1200 val.
Suspaudimo momentas Min. sandarinimo sukimo momentas (50–60 % maksimalaus) Padidinkite efektyvų tarpą 2–3 kartus ilgiau nei didelis sukimo momentas
Jungiamasis vamzdis-vamzdžių lakštasSuvirinimai (visas įsiskverbimas) Jokio įtrūkimo (tik įdubimas) Pašalina plyšį
Praktiniai patarimai apie druskos garintuvų šildytuvus
Druskos garinimo tvenkiniuose geriausias titano šildymo vamzdžių dizainas yra toks, kai visi įtrūkimai pašalinami naudojant visiškai -įsiskverbimo suvirintus vamzdžius-su -vamzdžių lakštų jungtimis. Jei reikia nuimamų jungčių, naudokite perforuotą arba briaunuotą tarpiklį, kad išsaugotumėte atskyrimą, ir nurodykite 0,20–0,30 mm tarpo plotį. Vietoj PTFE naudokite EPDM arba silikoninius tarpiklius (skirtus 60 laipsnių sūrymui), kad pasinaudotumėte deguonies pralaidumu. Taikykite minimalų spaustuko sukimo momentą, kuris apsaugotų nuo nuotėkio, kaip nustatyta atliekant burbuliukų bandymą. Suprojektuokite flanšus su negiliomis įdubomis, kad plyšio gylis būtų 10 mm arba mažesnis. Šie dizaino pasirinkimai padidina plyšio pradžios laiką nuo 200–300 valandų (standartinis PTFE tarpiklis, didelis sukimo momentas) iki 2 000–5 000 valandų, kol reikia patikrinti, arba 3–6 mėnesius nepertraukiamo veikimo. Suplanuokite kasmetines šildytuvo patikras ir lengvai poliruodami išvalykite bet kokius atsiradusius plyšius, kad druskos tvenkinys veiktų visą parą. Tais atvejais, kai priežiūros laikotarpis yra 5 metai, būtinos suvirintos jungtys, net jei geometrija yra optimizuota.