Kodėl titano panardinamasis šildytuvas 50/50 etileno glikolio/vandens mišinyje su 500 ppm chlorido 90 laipsnių kampu sugenda greičiau dėl plyšių korozijos nei dėl vienodo skiedimo?

Etilenglikolio/vandens deriniai (50/50 tūrio%) dažnai naudojami kaip šilumos perdavimo skysčiai saulės šiluminėse sistemose, ŠVOK ir variklio aušinimo sistemose. Esant 90 laipsnių temperatūrai, 500 ppm chlorido iš sugedusio glikolio arba kosmetinio vandens yra priešiškas titanui. Nors titanas yra labai atsparus vienodai šio mišinio korozijai, o korozijos greitis mažesnis nei 0,02 mm per metus, gedimą pirmiausia lemia vamzdžių atramų, flanšų ir tarpiklių plyšinė korozija. Dėl plyšio geometrijos didėja chlorido koncentracija ir sumažėja deguonies koncentracija, o glikolio skilimo produktai (glikolio rūgštis, skruzdžių rūgštis) mažina vietinį pH. Plyšinės korozijos plitimo greitis yra 0,3-1,0 mm/metus, 15-50 kartų greičiau nei tolygus retinimas. Gedimas yra gana ribotas ir įvyksta perforacija, kol 95% vamzdžio paviršiaus lieka nepažeista.

Plyšių dominavimo glikolio/vandens mišiniuose mechanizmas

Biriame tirpale etilenglikolis padidina klampumą, o tai sumažina deguonies difuziją. Pasyviosios plėvelės stabilumą garantuoja pakankama deguonies ir vidutinė chlorido koncentracija. Plyšyje (pvz., po PTFE atrama arba ties tarpikliu) deguonis greitai išsenka dėl katodinių procesų ir nėra tiekiamas. Chloridai pasklinda į plyšį, kad išlaikytų elektrinį neutralumą ir pasiekia 2000–10 000 ppm lygį. Glikolis termiškai skyla 90 laipsnių temperatūroje iki organinių rūgščių (glikolio, skruzdžių, oksalo). Šios rūgštys sumažina vietinį plyšio pH iki 3-4. Chloridas, žemas pH ir deguonies išeikvojimas kartu suardo pasyviąją plėvelę. Plyšio anodo korozija yra aktyvi, ją skatina didelis išorinis likusio vamzdžio paviršiaus katodas. Jei galvaninė srovė tarp plyšio (anodo) ir išorės (katodo) yra palaikoma, tirpimo greitis yra reikšmingas. Galiausiai įvyksta perforacija .

Vienodos ir plyšinės korozijos greičio kiekybinis palyginimas

Kontroliuojami bandymai 50/50 etilenglikolio/vandens su 500 ppm chlorido (pradedant pH 6,5) 90 laipsnių temperatūroje 2000 valandų atskleidė radikaliai skirtingus korozijos laipsnius. Bendras lygaus vamzdžio be įtrūkimo korozijos greitis yra tik 0,008–0,015 mm per metus. Paviršius yra blizgus ir be duobių, o tai rodo stabilią pasyvią plėvelę. Esant tokiai normai, 1,2 mm storio sienelės tarnavimo laikas būtų daugiau nei 50 metų. Tačiau plyšių korozijos greitis buvo iki 0,30–0,70 mm per metus naudojant PTFE atramą su 0,2 mm plyšio tarpu. Iniciacijos stadija trunka 200–500 val., o 0,3–0,6 mm gylio griovelis susidaro per 1000 val. Naudojant guminį tarpiklį, kurio tarpas yra 0,1 mm, plyšio korozijos greitis padidėja iki 0,50–1,00 mm per metus, pradedant nuo 100 iki 300 valandų, o perforuojant 1,2 mm sieną per 1200–2400 valandų. Vamzdžių ir lakštų valcavimo jungtyje plyšinės korozijos greitis yra nuo 0,20 iki 0,50 mm per metus, kai ji prasideda per 300–800 valandų.

Chlorido ir glikolio degradacijos įtaka plyšių sunkumui

Plyšio atakos sunkumas priklauso nuo glikolio būklės ir chlorido koncentracijos. Šviežias glikolis (su inhibitoriais), esant 100 ppm chlorido, po 500 val. plyšio pH yra 5,5, korozijos greitis 0,10–0,25 mm per metus. Šviežias neinhibuotas glikolis, esant 500 ppm chlorido, nukrenta iki pH 4,5 0,30–0,60 mm per metus greičiu. Termiškai suskaidytas glikolis (500 valandų 90 laipsnių temperatūroje) su 500 ppm chlorido suteikia pH 3,5. Norma yra 0,60-1,00 mm/metus. Labai pablogėjęs glikolis su daugiau nei 1000 ppm organinių rūgščių su 1000 ppm chlorido, pH 3,0, plyšių korozijos greitis 1,00-1,80 mm per metus. Esant tokioms sąlygoms, vienodas korozijos greitis yra < 0,025 mm per metus, o tai rodo, kad plyšinė korozija yra dominuojantis gedimo mechanizmas.

Glikolio / vandens šildytuvo plyšių korozijos prevencijos priemonės

Toliau pateiktoje lentelėje pateikiamos gairės, kaip sumažinti plyšių koroziją etilenglikolio/vandens deriniuose esant 90 laipsnių kampu, remiantis šildytuvo konfigūracija ir plyšių rizikos vertinimu.

Plyšio pavojaus šildytuvo išdėstymasSiūlomas konstrukcijos pakeitimas Numatomas plyšio korozijos greitis (mm/metus)
PTFE vamzdžių tarpikliai (0,2–0,5 mm tarpai) Aukšto titano suvirintų atramų keitimas<0.02
Flanšai su guminiais tarpikliaisLabai aukšti Naudokite suvirintas arba lituotas jungtis<0.02
Voleliu išplėsti vamzdžiai vamzdelio lakšte Vidutinis suvirinimo vamzdis-į-vamzdelio lakštą po išsiplėtimo 0,05–0,10
Aukštos suspaudimo jungiamosios detalės Pašalinkite; naudokite suvirintas jungtis<0.02
Perprojektuoti esamus plyšius Neįmanoma perprojektuoti Vidutinis Naudokite PTFE juostą, kad užtaisytumėte tarpą 0,15–0,30
Inžinerija daugiau nei įtrūkimų šalinimas

Atsparumui plyšių korozijai didelę įtaką daro titano klasė. 7 laipsnis (stabilizuotas paladžiu) turi 3-5 kartus ilgesnį pradžios laiką ir 50-70 % mažesnį sklidimo greitį nei 2 laipsnio glikolio/vandens plyšiuose. Sienelės storis leidžia išlaikyti medžiagą. 2,0 mm siena, kurios plyšinė korozija 0,5 mm per metus, tarnauja 4 metus, o 1,2 mm siena – vos 2,4 metų. Svarbus yra glikolio inhibitorių paketas; nitritų pagrindu pagaminti inhibitoriai skatina titano plyšių koroziją, o molibdato arba azolo pagrindu pagaminti inhibitoriai yra gerybiniai. Reguliarus glikolio mėginys pH, chlorido ir organinių rūgščių koncentracijai nustatyti leidžia atlikti nuspėjamą priežiūrą. Pridėjus monoetanolamino, kad glikolio pH būtų didesnis nei 8,0, labai sumažėja plyšių ataka.

Specifikacijų sudarymas su įžvalga

Suprojektuokite titano panardinamąjį šildytuvą 50/50 etilenglikolio/vandens su 500 ppm chlorido 90C temperatūroje. Padarykite jį be plyšių-: naudokite suvirintas vamzdžių atramas, suvirintus flanšus ir suvirintus vamzdžių-su{7}}vamzdžių lakštų jungtis. Jei įtrūkimai nepašalinami, naudokite 7 laipsnio titaną ir kas ketvirtį patikrinkite visas plyšių vietas boreskopu arba dažų skvarbiu priemone. Jau eksploatuojamiems šildytuvams, kurie patiria plyšių koroziją, vėl uždėkite PTFE juostą arba silikoninį sandariklį, kad uždengtumėte tarpus, ir į glikolį įpilkite 200 ppm natrio molibdato kaip korozijos inhibitorių. Patikrinkite, ar veikimo metu glikolio pH nenukrenta žemiau 6,0; jei nustatomas pH kritimas, nedelsiant pakeiskite glikolio įkrovą. Plyšinė korozija gali sukelti šildytuvo gedimus 15-50 kartų greičiau nei tolygus retinimas. Tai žinodamas, inžinierius akcentuoja plyšių mažinimą, o ne medžiagos rūšį pasirinkdamas etilenglikolio/vandens paslaugą.