Kodėl rūdžių dalelės iš anglinio plieno prieš srovę drastiškai pagreitina titano šildytuvo galinio dangtelio galvaninę koroziją sūryme?

Titano panardinami šildytuvai paprastai naudojami sūrymo sistemose su anglinio plieno vamzdžiais, rezervuarais arba šilumokaičiais. Sūryme anglinis plienas yra veikiamas natūralios korozijos, dėl kurios susidaro rūdžių dalelės, daugiausia geležies oksidai (Fe2O3, Fe3O4) ir oksihidroksidai. Šios dalelės gabenamos kartu su sūrymu ir galiausiai nusėda ant sistemos paviršių, tokių kaip titano šildytuvo galinis dangtelis. Galinis dangtelis paprastai yra suvirintas uždarymas šildymo vamzdžio gale, dažnai pagamintas iš tos pačios klasės titano, bet su skirtinga paviršiaus apdaila. Elektrolite (sūryme) ant titano nusėdusios rūdžių dalelės sudaro galvaninį elementą. Chlorido tirpaluose rūdys yra elektrochemiškai kilnios titanui, o ramybės potencialas yra 200–400 mV teigiamas. Rezultatas yra greita lokalizuota titano, supančio kiekvieną rūdžių dalelę, korozija, dėl kurios atsiranda duobių ir galiausiai galinio dangtelio perforacija.

Rūdžių sukeltos galvaninės korozijos elektrocheminis mechanizmas

Titanas 3–5 % NaCl sūryme turi maždaug +0.1–+0.3 V pasyvumo potencialą, palyginti su Ag/AgCl dėl savo TiO₂ sluoksnio. Rūdžių dalelės, ypač magnetitas (Fe3O4), yra puslaidininkiai ir turi mišrų potencialą nuo +0.5 iki +0.7 V, palyginti su Ag/AgCl. Tada elektrolitas uždaro grandinę, kai rūdžių dalelė patenka į titano paviršių. Rūdžių dalelė tarnauja kaip katodas, kuriame vyksta deguonies redukcija: O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻ Šalia dalelės esantis titanas veikia kaip anodas ir tirpsta kaip Ti⁴⁺. Anodinė sritis yra gana siaura, dažnai per 1–2 dalelių skersmenis nuo rūdžių nuosėdų. Norint ištirpinti titaną 1-5 mm greičiu per metus, srovės tankis anode gali siekti 1-5 mA/cm2. Galinis dangtelis yra ypač jautrus, nes jis dažnai būna įvairaus paviršiaus apdailos (kaip suvirintas, palyginti su marinuotu vamzdeliu), o suvirinimo kojelėse gali būti įtrūkimų, kur gali kauptis rūdžių dalelės.

Korozijos greičio pagreitėjimo rūdžių dalelėmis kiekybinis įvertinimas

2 laipsnio titano galinių dangtelių kuponų korozijos laipsniai 5% NaCl sūryme esant 50 laipsnių kontroliuojamiems bandymo parametrams buvo nustatyti šiomis rūdžių dalelių sąlygomis:

Švarus sūrymas, be rūdžių dalelių: Pasyviosios srovės tankis 0,05–0,10 µA/cm2. Korozijos greitis mažesnis nei 0,01 mm/metus. Galinis dangtelis vis dar puikus ir nepažeistas-po 5 000 valandų.

Rūdžių dalelės dedamos 10 ppm, nuolat teka: korozijos greitis 0,08-0,15 mm per metus. lokalizuotos duobės dalelių kontakto vietose, kurių duobės gylis yra 20-50 µm po 1000 val.

Rūdžių dalelės padidino srauto korozijos greitį iki 0,3-0,6 mm/metus esant 50 ppm. Duobės gylis 100–200 µm po 1000 val. Galinis dangtelis turi akivaizdžių spalvos pakitimų aplink dalelių nuosėdas.

Pridėta rūdžių dalelių 200 ppm, teka: Korozijos greitis 1,0-2,0 mm/metus Duobės gylis po 1000 h yra 300-600 µm. Galinio gaubtelio perforacija 1,0 mm sienelėje nuo 500 iki 1000 val.

Rūdžių dalelių nusėdimas ant horizontalaus galinio dangtelio (sąstingusios nuosėdos) Vietinės korozijos greitis > 5 mm/metus. Visiškas 1,2 mm standartinio galinio dangtelio perforavimas per 3–6 mėnesius. Gilus įdubimas prasiskverbia į suvirinimo karščio paveiktą zoną.

Apsaugos strategija nuo rūdžių dalelių galinio dangtelio

Toliau pateiktoje lentelėje pateikiamas sprendimų medis, skirtas apsaugoti titano šildytuvo galinius dangtelius anglinio plieno korozijos ir sūrymo srauto atvejais.

Prieš srovę anglinio plieno būklė ir sūrymas
New carbon steel with less corrosion and high flow (>1 m/s) Standartinė, lygi suvirinimo apdaila, 2 laipsnio galinis dangtelis Srautas slopina dalelių nusėdimą. Priimtina rizika nuo 3 iki 5 metų tarnavimo laiko
Sendintas anglinis plienas su nedidele korozija (50-100 ppm), su pertrūkiais tekėjimu Galinis dangtelis su PTFE danga (0,5 mm storio) Danga elektriškai izoliuoja titaną nuo rūdžių dalelių. Dengimas kas 2 metus.
Heavy corrosion upstream (>200 ppm), mažo srauto / nejudančios zonos Galinio dangtelio konstrukcija su savaime-valantis nuolydžiu (min. 45 laipsniai). Nuožulnus galas stabdo dalelių susidarymą-Aukštyn. Nieko horizontalaus. Prieš srovę įstatykite sietelį, kad sugautumėte rūdžių daleles.
Esamas šildytuvas su galiniu dangteliu, kuriame matomos rūdžių nuosėdos. Nedelsdami nuvalykite 5 % citrinos rūgštimi ir sumontuokite cinko anodą. Cinko anodas (10 g), uždėtas ant galinio dangtelio, pakeičia galvaninę porą. Kasmetinis anodo keitimas.
Kritinė paslauga, kai šildytuvo gedimas negali būti toleruojamas 7 klasės titano galinis dangtelis su elektropoliruotu paviršiumi Įdėtas paladis pagerina titano potencialą ir sumažina galvaninės korozijos varomąją jėgą. Maksimalus patikimumas.
Inžinerija ne tik nuo galinio gaubtelio apsaugos

Antrinė apsauga yra galinio dangtelio sienelės storis Didesnis galinis dangtelis (2,0 mm ir 1,2 mm) padidina laiką iki perforacijos, bet nesumažina korozijos greičio. Galinio dangtelio geometrija yra svarbesnė, kupoliniai arba kūginiai galiniai dangteliai išmeta daleles, plokšti galiniai dangteliai surenka nuosėdas. Suvirinimas tarp vamzdelio ir galinio dangtelio turi būti lygus ir be įtrūkimų, kuriuose galėtų įstrigti dalelės. Filtravimas prieš srovę, siekiant pašalinti didesnes nei 50 µm rūdžių daleles, gali padidinti galinio dangtelio tarnavimo laiką 5–10 kartų. Magnetitas yra ferimagnetinis. Todėl prieš šildytuvą esanti magnetinė gaudyklė sūrymo linijoje selektyviai ištrauks magnetito daleles.

Informuotos specifikacijos sudarymas

Kurdami titano šildytuvą, skirtą sūrymui po anglinio plieno komponentų, įtraukite reikalavimą dalelių filtravimui (vardinis 50 µm) arba magnetinio separatoriaus. Pasirinkite kupolinį arba kūginį galinį dangtelį, o ne plokščią galinį dangtelį. Esami įrenginiai: kas ketvirtį apžiūrėkite galinius dangtelius naudodami boreskopą. Jei yra rūdžių spalvos nuosėdų, greitai nuvalykite silpna rūgštimi (5% citrinos arba 10% acto rūgštimi) ir patikrinkite duobių gylį ultragarsiniu storio matuokliu. Naujiems įrengimams esant dideliam rūdijimui, nurodykite 7 klasės titaną visam šildytuvui, įskaitant galinį dangtelį, ir pridėkite cinko anodą, pritvirtintą prie galinio dangtelio titano viela. Cinko anodas poliarizuoja titaną iki didesnio neigiamo potencialo ir pašalina galvaninę varomąją jėgą su rūdžių dalelėmis. Išspręsdamas užteršimo rūdžių dalelėmis problemą sistemos lygmeniu, inžinierius išvengia greitos, labai lokalizuotos korozijos, kuri dažnai sukelia priešlaikinį dangtelio gedimą kitu atveju korozijai{11}}atspariuose titano šildytuvuose.