Kā spraugas ģeometrija (blīves materiāls un skavas griezes moments) ietekmē spraugas korozijas sākšanās laiku uz titāna apkures caurulēm sāls iztvaicēšanas dīķos?

Sāls iztvaicēšanas dīķi nātrija hlorīda, kālija hlorīda un citu sāļu iegūšanai no sālījumiem tiek darbināti 40-60 grādu temperatūrā un hlorīda koncentrācijā no piesātinājuma (apmēram 26% NaCl) līdz pārsātinājumam ar sāls kristālu izgulsnēšanos. Titāna apkures caurules tiek izmantotas iztvaikošanas temperatūras uzturēšanai un siltuma pārneses virsmu kristalizācijas novēršanai. Tomēr dominējošais atteices veids ir plaisu korozija cauruļu{5}}un cauruļu loksnes savienojumos, zem blīvēm un zem skavu stiprinājumiem. Atšķirībā no daudzām titāna korozijas problēmām, kuras galvenokārt ir atkarīgas no sakausējuma ķīmijas vai sieniņu biezuma, spraugas korozijas ierosināšanas laiku sāls iztvaicēšanas pakalpojumā būtiski ietekmē mehāniskās konstrukcijas parametri, piemēram, spraugas ģeometrija (atstarpes platums un dziļums) un blīves materiāls un skavas griezes moments. Šajā rakstā ir novērtēta šo mainīgo lielumu ietekme uz laiku līdz plaisu rašanās brīdim un piedāvāti dizaina ieteikumi, kā pagarināt sildītāja kalpošanas laiku sāls dīķos.

Plaisu korozijas mehānisms piesātinātā hlorīda sālījumā.
Piesātināts vai gandrīz piesātināts nātrija hlorīda sālījums 50 grādu temperatūrā ir ļoti agresīvs hlorīda koncentrācijas (apmēram 5,4 M Cl-) un lielas jonu stiprības dēļ šķīdumā. Bet titāns ir pasīvs lielapjoma sālījumā, jo nav zema pH, kas saistīts ar augstu hlorīda saturu. Galvenais spraugas korozijas nosacījums ir skābekļa bads spraugā. Titāna anodiskā šķīdināšana rada Ti4+, kas hidrolizējas, veidojot H+.. Rezultātā pH līmenis spraugas iekšpusē samazinās līdz 2-3, kad skābeklis ir izsmelts. Piesātinātam hlorīda sālījumam neliels pH samazinājums noved pie stāvokļa, kurā titāns nevar repasivēties un ātri izplatās plaisu korozija.

Iniciācijas laiks, ti, laiks pirms pastāvīga spraugas uzbrukuma sākuma, ir saistīts ar skābekļa samazināšanās ātrumu un pH krituma ātrumu zem repasivācijas sliekšņa. Abus regulē spraugas ģeometrija, blīves materiāla caurlaidība pret skābekli un kontaktspiediens starp blīvi un titāna virsmu.

Plaisas spraugas platuma ietekme
No ģeometriskajiem parametriem viskritiskākais ir atstarpes platums starp titāna cauruli un pretējo virsmu (caurules loksni, starpliku vai skavu). Konkrētam spraugas platumam skābekļa difūzijas ātrums spraugā ir proporcionāls spraugas kubam (Fika likums šauram kanālam). Lielākas spraugas nodrošina skābekļa papildināšanu, kas aizkavē izsīkumu un pagarina ierosināšanas laiku. mazākas spraugas izraisa lielāku skābekļa samazināšanos.

Titāna 2. pakāpes paraugu kontrolētā pārbaude ar mākslīgām plaisām ar kontrolētu spraugas platumu, piesātinātā NaCl pie 50 grādiem, pH 7,0, parādīja šādus sākuma laikus (laiks līdz redzamam uzbrukumam 10x palielinājumā):

Ja spraugas platums ir 0,05 mm (tipiski labi-griezes momenta PTFE blīvei pret mehāniski apstrādātu atloku), skābekļa izsīkums notiek 24–48 stundās, un spraugas uzbrukums sākas 50–100 stundās. Pie spraugas platuma 0,10 mm iniciācija notiek pēc 200-300 stundām. Ja spraugas platums ir 0,25 mm, sākums stiepjas līdz 500 līdz 1000 h. Skābekļa difūzija ļauj uzturēt pasivitāti un tādējādi pēc 5000 stundām spraugas platumā 0,50 mm netiek konstatētas. Ja spraugas platums ir lielāks par 1,0 mm, ģeometrija vairs nav sprauga, bet gan atvērta sprauga. Uzbrukums nenotiek.

Praksē tas nozīmē, ka ļoti šauras spraugas (mazākas par 0,1 mm) ir visbīstamākās. Projektētājiem ir jāpadara spraugas platākas par 0,5 mm (biezas blīves vai starplikas) vai jānovērš spraugas (metinātie savienojumi).

Plaisas dziļuma ietekme
Plaisas apjoms (attālums, kādā sprauga iekļūst zem starplikas vai caurules loksnē) nosaka skābekļa -noplicinātās virsmas daudzumu, kas pieejams anodiskai šķīdināšanai. Iniciācija tiek paātrināta dziļākām plaisām, jo ​​tajās ir lielākas skābekļa -izsīkuma zonas un garāki difūzijas ceļi noteiktam spraugas platumam.

Ja spraugas platums ir 0,1 mm, iedarbināšanas laiks tiek samazināts no 300 stundām līdz 100 stundām, jo ​​spraugas dziļums palielinās no 5 mm līdz 20 mm. 50 mm dziļumā iniciācija notiek pēc 40{11}}50 stundām. Izvairieties no plaisām, kas dziļākas par 15 mm, veicot sāls iztvaicētāja apkalpošanu. Caurules -savienojumiem ar cauruli jābūt veidotiem tā, lai tiem būtu sekla plaisa (mazāk nekā 10 mm dziļumā), vai arī tiem jābūt metinātiem, lai novērstu plaisu.

Blīves materiāla caurlaidība
Blīvju materiāli atšķiras pēc to skābekļa caurlaidības un spējas absorbēt sālījumu, kas abi ietekmē spraugu ķīmiju. ne-porainas, ne-caurlaidīgas blīves (PTFE, PEEK, metāls) nodrošina ciešu blīvējumu un nepieļauj skābekļa difūziju caur pašu blīvi, tādējādi paātrinot skābekļa samazināšanos spraugā. Mīksta gumija, EPDM, silikons (poraini, caurlaidīgi blīvējumi): caur blīves korpusu var izkliedēties nedaudz skābekļa, lai aizstātu spraugu un aizkavētu sākumu.

Tika pārbaudīti dažādi blīvju materiāli (atstarpe 0,1 mm, dziļums 10 mm, piesātināts NaCl pie 50 grādiem), un rezultāti ir:

PTFE blīve (necaurlaidīga) — sākas 200-300 stundās. EPDM gumija (vidēja caurlaidība): sākas pēc 400–600 stundām. Silikona gumija (augsta caurlaidība) 800 līdz 1200 stundas līdz iedarbināšanai. Bez starplikas (metāls{10}}kontakts ar metālu, faktiski nulles sprauga, poraina saskarne) Iniciācija pēc 2000 stundām ar mērenu uzbrukumu.

Kompromiss-ir tāds, ka caurlaidīgās blīves absorbēs sālījumu un uzbriest, kas laika gaitā var mainīt spraugas ģeometriju. Silikons un EPDM karstā sālījumā ilgstoši (2-5 gadi) sadalās un ir jānomaina.

Saspiedes griezes moments un kontakta spiediens
Spiediens, kas iedarbojas uz blīvi un titāna saskarni, ir griezes momenta funkcija, kas tiek izmantota, lai pievilktu skavas. Lielāks griezes moments nozīmē stingrākus blīvējumus, kas nozīmē, ka tiek samazināts efektīvais spraugas platums un tiek izkliedēts mazāk skābekļa. Zemāks griezes moments (zem blīvējuma ierobežojumiem) rada nedaudz lielāku efektīvo spraugu, tādējādi lēnāku spraugas iedarbināšanu.

Pārbaudot PTFE blīvi uz 50 mm diametra caurules atloka ar piesātinātu NaCl 50 grādos, iegūst:

Griezes moments 20 N·m (zems) Efektīvā atstarpe 0,15-0,20 mm Iedarbināšana 400-600 stundas. Griezes moments 40 Nm (standarta) Efektīvā atstarpe 0,08-0,12 mm Sākums 200-300 stundas Griezes moments 60 N·m (augsts) : efektīva atstarpe 0,04-0,07 mm, iedarbināšana 50-100 stundas.

Labākais veids, kā apkalpot sāls iztvaicētāju, ir pielietot mazāko griezes momentu, kas nodrošina blīvējumu, parasti 50 līdz 60 procentus no ieteiktā maksimālā blīves materiālam. Šis paņēmiens palielina efektīvo spraugu bez noplūdes.

Plaisu dizaina pielietojuma matrica sāls iztvaicētājiem
Dizaina parametra vēlamā vērtība pagarinātā mūža mehānismam Paredzamais laiks līdz spraugas izveidošanai (piesātināts NaCl, 50 grādi)
Gap width >0.5 mm (or welded)Oxygen diffusion sustained >5000 stundas (bez uzbrukuma)
Atstarpes platums (ja<0.5 mm unavoidable) 0.20-0.30 mmReduces oxygen depletion 500-1000 hrs
Plaisa dziļums<10 mm Anode area limited 300-500 hours
Blīves materiāls EPDM vai silikons (caurlaidīgs) Blīves skābekļa difūzija no 400 līdz 1200 stundām.
Skavas griezes moments Min. Blīvēšanas griezes moments (50-60% no maksimālā) Palieliniet efektīvo spraugu 2-3 reizes garāku nekā liels griezes moments
Savienojuma caurule-caurules loksnesMetinājumi (pilnīga iespiešanās) Bez spraugām (tikai bedrēs) Noņem plaisu
Praktiski padomi par sāls iztvaicētāja sildītājiem
Sāls iztvaicēšanas dīķos vislabākais titāna sildīšanas cauruļu dizains ir tāds, kurā visas plaisas tiek novērstas, izmantojot cauruļu loksnes savienojumus ar pilnu-caurulei, kas ir metināta ar caurlaidi. Ja ir nepieciešami noņemami savienojumi, izmantojiet perforētu vai rievotu blīvi, lai saglabātu atdalīšanu, un norādiet spraugas platumu no 0,20 līdz 0,30 mm. Izmantojiet EPDM vai silikona blīves (novērtētas 60 grādu sālījumā), nevis PTFE, lai izmantotu tā skābekļa caurlaidību. Pielietojiet minimālo skavas griezes momentu, kas novērsīs noplūdi, kā noteikts burbuļu testā. Izveidojiet atlokus ar sekliem padziļinājumiem, lai ierobežotu spraugas dziļumu līdz 10 mm vai mazākam. Šīs konstrukcijas izvēles palielina spraugas palaišanas laiku no 200–300 stundām (standarta PTFE blīve, augsts griezes moments) līdz 2000–5000 stundām pirms pārbaudes veikšanas vai 3–6 mēnešiem nepārtrauktas darbības. Ieplānojiet ikgadējās sildītāja pārbaudes un notīriet visas iespējamās plaisas, viegli pulējot, lai sāls dīķis darbotos visu diennakti. Lietojumiem ar 5 gadu apkopes periodu ir nepieciešami metinātie savienojumi, pat ja ģeometrija ir optimizēta.