Kāds kritiskās spraugas platums starp 316 nerūsējošā tērauda sildītāja apvalku un tā stiprinājuma atloku ierosina paātrinātu urbumu veidošanos 200 ppm hlorīda ūdenī 80 grādu leņķī

Skābekļa samazināšanās un vietējās paskābināšanās ģeometriskā robeža

Plaisa starp apvalku un montāžas komponentu ir visjutīgākā vieta lokālai korozijai 316 nerūsējošā tērauda apvalkā iegremdējamos sildītājos, kas uzstādīti caur atlokiem vai tvertnes sienām. Kad sprauga tiek samazināta līdz kritiskajam platumam, parasti no 0,1 mm līdz 0,5 mm, atkarībā no hlorīda koncentrācijas un temperatūras, tiek ierobežota ūdens iekļūšana, un no spraugas tiek iztērēts skābeklis. Pēc tam hlorīda koncentrācija palielinās un pH pazeminās, izraisot paātrinātu punktveida un plaisu koroziju. 316 apvalks ar spraugas atstarpi, kas mazāka par 0,3 mm 200 ppm hlorīda ūdenī, sāks spraugas koroziju 6–12 mēnešos 80 grādu temperatūrā, bet identisks apvalks ar spraugas spraugu, kas pārsniedz 0,5 mm, paliks pasīvs 5+ gadus. Šajā rakstā ir aprēķināts nepieciešamais spraugas platums 316 apvalkiem tipiskos karstā ūdens apstākļos un sniegti dizaina kritēriji montāžai bez spraugām.

Elektroķīmiskais mehānisms spraugas korozijas ierosināšanai

316 nerūsējošā tērauda spraugas korozija tiek uzsākta, ja spraugas ģeometrija kavē konvektīvu un difūzu skābekļa pārnesi no šķīduma uz plaisas metāla virsmu. Skābekli patērē katoda procesi (skābekļa reducēšana) spraugā, un vietējā skābekļa koncentrācija samazinās līdz gandrīz nulles līmenim, kamēr lielapjoma šķīdums tiek aerēts. Šī potenciāla atšķirība izveido galvanisko elementu. Plaisas ārējās robežas (ļoti piesātinātas ar skābekli) kļūst par katodu, un spraugas iekšpuse (dezoksigenēta) kļūst par anodu. Hlorīda joni tiek piesaistīti spraugā, lai neitralizētu lādiņu, sasniedzot 10-100 reižu lielāku koncentrāciju nekā lielākajā daļā. Vienlaicīga izšķīdušo metālu jonu (Fe 3+ , Cr 3+ ) hidrolīze rada ūdeņraža jonus un samazina vietējo pH līdz 2-4. Tika pētīta augsta hlorīda un zemā pH ietekme uz pasīvās plēves sadalīšanos uz 316, lai uzsāktu ātru anoda izšķīšanu. Izšķirošais spraugas platums ir lielākais spraugas platums, ko skābekļa difūzija nevar kompensēt skābekļa patēriņu. Statiskajos vai zemas plūsmas iestatījumos šī būtiskā atstarpe parasti ir no 0,3 līdz 0,5 mm. Atstarpes, kas lielākas par 0,5 mm, ļauj pietiekami daudz skābekļa, lai uzturētu pasivitāti. Ja spraugas ir mazākas par 0,3 mm, no tām dažu stundu vai dienu laikā tiek attīrīts skābeklis, un tās uzbrūk spraugas korozija pat ūdenī ar zemu hlorīda saturu.

Sliekšņi plaisu korozijai 316 pie 80 grādiem 200 ppm hlorīda kvantitatīvi.

Sistemātiska pārbaude ar plaisu veidotājiem ar regulētu spraugu platumu uz 316 nerūsējošā tērauda loksnēm, kas pārstāv sildītāja apvalka virsmu gāzētā 200 ppm hlorīda ūdenī 80 grādu temperatūrā, ir noteikusi būtisko spraugu spraugu, lai sāktu spraugas koroziju. Pārbaude ilga 12 mēnešus, un vienības periodiski tika izjauktas un pārbaudītas, vai tās nav uzbrukušas. Rezultāti parāda pēkšņu spraugas platuma maiņu no 0,4 mm līdz 0,5 mm. Plaisu korozija tika uzsākta visos paraugos 0,4 mm vai mazākā 6 mēnešu laikā. Atstarpes, kas bija 0,5 mm vai lielākas, nebija uzbrukušas visus 12 mēnešus. Ekstrapolējot uz ilgstošu kalpošanu, 0,5-0,8 mm spraugas var sākties pēc 3-5 gadiem naidīgas ūdens ķīmijas vai termiskās cikla klātbūtnē, radot koncentrācijas efektus. Detalizēti 316 apvalku plaisas korozijas sākuma laiki ir norādīti zemāk esošajā tabulā kā atstarpes platuma, hlorīda koncentrācijas un temperatūras funkcija.

Plaisas spraugas platums (mm) Hlorīda koncentrācija (ppm) Temperatūra ( grāds ) Laiks līdz spraugas korozijas sākumam Laiks līdz perforācijai (1,5 mm siena pēc ierosināšanas) Ieteicams 5 gadu apkalpošanai<0.1 (tight contact) 200 80 <1 month 3-6 months No 0.1-0.2 200 80 1-3 months 3-6 monthsNo 0.2-0.3 200 80 3-6 months 6-12 months No
0.3-0.4 200 80 6-9 mēneši 9-18 mēneši Nē 0.4-0.5 200 80 9-12 mēneši 12-24 mēneši Margināls
0.5-0.7 200 80 >24 mēneši (var nesākties) -Jā (ar pārbaudi)
0.7-1.0 200 80 >60 mēneši - Jā1,0 (atvērta sprauga) 200 80 Nav spraugas korozijas - Jā
0.5-0.7 500 80 6-12 months 12-18 months No 0.5-0.7 200 60 >60 mēneši Jā
0.3-0.5 200 60 12-24 mēneši 24–36 mēneši. Pieņemams, uzraugot ģeometriskās spraugas sildītāja montāžas mezglos

Atloku iegremdējamiem sildītājiem trīs bieži sastopami konstrukcijas elementi rada plaisas, kuru atstarpes platums bieži vien ir zem kritiskā sliekšņa. Pirmais ir kompresijas piederumi vai blīvējuma atloki, kur apvalks iet caur elastomēra vai PTFE blīvējumu, kas ir saspiests pret metālu. Saskares spiediens var samazināt atstarpi gandrīz līdz nullei saskares vietās, savukārt zonās, kas atrodas blakus kontaktpunktiem, joprojām var būt 0,1-0,2 mm atstarpes. Otrs veids ir metinātas vai vītņotas bukses, kurās apvalks ir ievietots atloka blokā ar 0,2–0,3 mm klīrensa caurumu. Šis klīrenss ir kritisko plaisu diapazonā, tomēr tas ir nepieciešams montāžai. Trešais ir katlakmens vai gruveši, kas uzkrājas starp apvalku un cieši pieguļošu caurules loksni, samazinot lielāku atstarpi līdz subkritisku plaisu tīklam. Jaunās sildītāja konstrukcijas paredz minimālo atstarpi 1,0 mm (izmantojot buksi ar klīrensu 1,0-1,5 mm), lai samazinātu spraugas korozijas iespējamību. Esošās konstrukcijas, kurās izmanto cietus atlokus, ir jāaizstāj ar atvērtām atbalsta kronšteiniem vai skavām, kur apvalks savienojas atsevišķās vietās (trīs vai četru punktu kontakti ar atvērtām spraugām citur), izjaucot nepārtraukto plaisu ģeometriju.

Neizbēgamu kritisko trūkumu mazināšanas stratēģijas

Ja konstrukcijas parametru dēļ ir nepieciešamas spraugas, kas mazākas par 0,5 mm, piemēram, augstspiediena atloku blīvējumos, kur ir nepieciešamas stingras pielaides, tiek izmantoti trīs mazināšanas pasākumi, lai novērstu plaisu koroziju. Pirmais un visveiksmīgākais ir polimēru vai elastomēru blīvju uzklāšana, kas pilnībā neļauj ūdenim iekļūt plaisā. Plaisā neietilpst elektrolīts, tāpēc hlorīda koncentrācija un skābekļa samazināšanās tiek novērsta, izmantojot ūdensnecaurlaidīgu aizdari, ko nodrošina saspiesta PTFE vai EPDM blīve. Šī metode prasa, lai starplikas materiāls būtu saderīgs ar šķidruma temperatūru (EPDM līdz 120 grādiem, PTFE līdz 250 grādiem). Otra pieeja ir izvēlēties pret plaisām izturīgāku sakausējumu tikai apvalkam montāžas vietā, izmantojot metinātu pārejas daļu no sakausējuma 625 vai titāna. Šo materiālu kritiskās spraugas ir mazākas par 0,1 mm, tāpēc pat šauras atstarpes nevar uzsākt uzbrukumu. Trešā iespēja ir katoda aizsardzība. Ja sildītāja apvalks ir savienots ar cinka vai alumīnija anodu, potenciālu spraugas iekšpusē var samazināt zem punktveida potenciāla, taču tas ir rūpīgi jāprojektē, lai izvairītos no apvalka trausluma ar ūdeņradi.

Plaisas korozijas identifikācija uz lauka uzstādītajiem sildītājiem

Ekspluatācijas laikā sildītājiem uz montāžas atloka būs plaisu korozija kā punktveida gredzens vai vispārējs zudums tieši blakus atlokam vai blīvei, parasti 1 līdz 5 mm attālumā no saskares punkta. Uzbrukums parasti ir visdziļākais, kad sprauga ir vismazākā. Ja paskatās zem izjaukta atloka, jūs varat redzēt, ka korozijas zona ir tumša bedraina josla, kurā nav redzams spilgts metāls. Korozijas produkti parasti ietver zaļo niķeļa hlorīda sāļus. Ja sildītājs ir izmantots vairāk nekā 1-2 gadus un ūdens satur hlorīdus virs 100 ppm, tad, ja kāda iemesla dēļ tiek noņemts sildītājs ar atloku, ir aizdomas par spraugas koroziju. Lai nomainītu, jaunais sildītājs ir jānovieto ar atvērtu spraugu (lielāku vai vienādu ar 1,0 mm klīrensu) vai ar pilnībā blīvējošu blīvi, kas neļauj elektrolītam iekļūt.

Secinājums: uzticams serviss bez spraugas stiprinājuma

Plaisu korozija tika ierosināta 316 nerūsējošā tērauda apvalkos iegremdējamos sildītājos 200 ppm hlorīda ūdenī 80 grādu temperatūrā spraugām, kuru platums ir mazāks par 0,5 mm, 12 mēnešu laikā un perforācija notika 24 mēnešu laikā. Ja atstarpes ir lielākas par 0,7 mm, iekārta garantēs 5+ gadus bez problēmām. Izvēloties atloku sildītājus, jums ir trīs iespējas: noformēt stiprinājumu tā, lai starp apvalku un jebkuru blakus esošo metāla virsmu būtu vismaz 1,0 mm atstarpe, izmantot pilnībā noslēdzošu blīvi, lai novērstu ūdens iekļūšanu spraugas zonā, vai uzlabot apvalka materiālu pret plaisām{11}}izturīgāku sakausējumu saskarnē. Šeit sniegtā pieeja ļauj pircējiem norādīt montāžas ģeometrijas, kas ļauj izvairīties no visbiežāk sastopamā priekšlaicīgas atteices iemesla 316. atloku iegremdējamos sildītājos, kas darbojas hlorīda{14}}nesēja karstā ūdenī, saistot spraugas platumu ar kvantitatīvi nosakāmu palaišanas laika grafiku.