Kāpēc rūsas daļiņu klātbūtne no oglekļa tērauda augšpus krasi paātrina titāna sildītāja gala vāciņa galvanisko koroziju sālījumā?

Titāna iegremdējamos sildītājus parasti izmanto sālīšanas sistēmās ar oglekļa tērauda cauruļvadiem, tvertnēm vai siltummaiņiem. Sālījumā oglekļa tērauds ir pakļauts dabiskai korozijai, kas rada rūsas daļiņas, galvenokārt dzelzs oksīdus (Fe2O3, Fe3O4) un oksihidroksīdus. Šīs daļiņas tiek transportētas ar sālījuma plūsmu un galu galā tiek nogulsnētas uz sistēmas virsmām, piemēram, uz titāna sildītāja gala vāciņa. Gala vāciņš parasti ir metināts aizdari sildīšanas caurules galā, kas bieži ir izgatavots no tādas pašas klases titāna, bet ar atšķirīgu virsmas apdari. Elektrolītā (sālījumā) rūsas daļiņas, kas nogulsnējas uz titāna, veido galvanisku elementu. Hlorīda šķīdumos rūsa ir elektroķīmiski cēls līdz titānam ar miera potenciālu par 200–400 mV pozitīvāks. Rezultāts ir ātra lokalizēta titāna korozija, kas ieskauj katru rūsas daļiņu, izraisot bedrītes un galu galā perforāciju.

Rūsas izraisītas galvaniskās korozijas elektroķīmiskais mehānisms

Titānam 3–5% NaCl sālījumā ir pasīvais potenciāls aptuveni no +0.1 līdz +0.3 V pret Ag/AgCl, pateicoties tā TiO₂ slānim. Rūsas daļiņas, īpaši magnetīts (Fe3O4), ir pusvadošas, un tām ir jaukts potenciāls no +0.5 līdz +0.7 V pret Ag/AgCl. Tad ķēde tiek slēgta ar elektrolītu, kad rūsas daļiņa skar titāna virsmu. Rūsas daļiņa kalpo kā katods, kurā notiek skābekļa samazināšana: O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻ Titāns, kas atrodas tieši blakus daļiņai, darbojas kā anods un izšķīst kā Ti⁴⁺. Anodiskais apgabals ir diezgan ierobežots, bieži vien 1–2 daļiņu diametrā no rūsas nogulsnes. Lai izšķīdinātu titānu ar ātrumu 1-5 mm gadā, strāvas blīvums pie anoda var būt pat 1-5 mA/cm2. Gala vāciņš ir īpaši jutīgs, jo tas bieži vien ir ar mainīgu virsmas apdari (kā metināta, salīdzinot ar marinētu cauruli), un tajā var būt plaisas pie metinājuma purngala, kur var uzkrāties rūsas daļiņas.

Korozijas ātruma paātrinājuma kvantitatīva noteikšana ar rūsas daļiņām

2. pakāpes titāna gala vāciņu kuponu korozijas pakāpe 5% NaCl sālījumā 50 grādu temperatūrā kontrolētos testēšanas iestatījumos ir noteikta šādiem rūsas daļiņu apstākļiem:

Tīrs sālījums, bez rūsas daļiņām: Pasīvās strāvas blīvums 0,05–0,10 µA/cm2. Korozijas ātrums mazāks par 0,01 mm/gadā. Gala vāciņš joprojām ir izcils un nav -korodēts pēc 5000 stundām.

Rūsas daļiņas uzklātas ar 10 ppm, nepārtraukti plūstot: korozijas ātrums 0,08-0,15 mm gadā. lokalizēta bedrīšu veidošanās daļiņu saskares vietās ar bedres dziļumu 20-50 µm pēc 1000 stundām.

Rūsas daļiņas palielināja plūsmas korozijas ātrumu līdz 0,3-0,6 mm/gadā pie 50 ppm. Bedres dziļums 100–200 µm pēc 1000 h. Gala vāciņam ir acīmredzama krāsas maiņa ap daļiņu nogulsnēm.

Pievienotas rūsas daļiņas pie 200 ppm, plūstot: Korozijas ātrums 1,0-2,0 mm/gadā Bedres dziļums pēc 1000 h ir robežās no 300-600 µm. Gala vāciņa perforācija 1,0 mm sienai no 500 līdz 1000 stundām.

Rūsas daļiņu nosēšanās uz horizontālā gala vāciņa (stagnējoša nogulsne) Vietējās korozijas ātrums > 5 mm/gadā. 1,2 mm standarta gala vāciņa pilnīga perforācija 3–6 mēnešos. Dziļi iedobumi iekļūst metināšanas karstuma ietekmētajā zonā.

Aizsardzības stratēģija gala vāciņā pret rūsas daļiņu iedarbību

Nākamajā tabulā ir sniegts lēmumu pieņemšanas koks titāna sildītāju gala vāciņu aizsardzībai oglekļa tērauda korozijas un sālsūdens plūsmas apstākļos.

Augšējā oglekļa tērauda stāvoklis un sālsūdens plūsma, ieteicamā gala vāciņa aizsardzības stratēģija 2. attēls. Pamata pamatojums un galvaniskās korozijas mazināšana
New carbon steel with less corrosion and high flow (>1 m/s) Standarta, gluda metinājuma apdare, 2. pakāpes gala vāciņš Plūsma kavē daļiņu nogulsnēšanos. Pieņemams risks 3 līdz 5 gadu kalpošanas laikā
Novecots oglekļa tērauds ar nelielu koroziju (50-100 ppm), periodiska plūsmaGala vāciņš ar PTFE pārklājumu (0,5 mm biezs) Pārklājums elektriski izolē titānu no rūsas daļiņām. Pārklājums ik pēc 2 gadiem.
Heavy corrosion upstream (>200 ppm), zemas plūsmas/stagnējošas zonas Gala vāciņa dizains ar pašattīrīšanās-slīpi (min 45 grādi). Slīpā gala vāciņš aptur daļiņu veidošanos-augšup. Nekas horizontāls. Uzstādiet augšpus sietiņu, lai uztvertu rūsas daļiņas.
Esošais sildītājs ar gala vāciņu, kurā redzamas rūsas nogulsnes. Nekavējoties notīriet ar 5% citronskābi un uzstādiet cinka anodu. Cinka anods (10 g), kas uzlikts uz gala vāciņa, maina galvanisko pāri. Ikgadējā anoda nomaiņa.
Kritisks pakalpojums, kur nevar pieļaut sildītāja atteici. 7. pakāpes titāna gala vāciņš ar elektropulētu apdari Palādija iekļaušana uzlabo titāna potenciālu un samazina galvaniskās korozijas dzinējspēku. Maksimāla uzticamība.
Inženierzinātnes ārpus gala vāciņa aizsardzības

Sekundārā aizsardzība ir gala vāciņa sienas biezums. Lielāks gala vāciņš (2,0 mm pret 1,2 mm) palielina laiku līdz perforācijai, bet nesamazina korozijas ātrumu. Gala vāciņu ģeometrija ir svarīgāka, kupolveida vai koniski gala vāciņi izdala daļiņas, plakani gala vāciņi savāc nogulsnes. Šuvei starp cauruli un gala vāciņu jābūt gludai un bez plaisām, kurās varētu iesprūst daļiņas. Filtrēšana augšpus, lai noņemtu rūsas daļiņas, kas lielākas par 50 µm, var palielināt gala vāciņa kalpošanas laiku par 5 līdz 10. Magnetīts ir ferimagnētisks. Tāpēc magnētiskais slazds sālsūdens līnijā pirms sildītāja selektīvi ekstrahēs magnetīta daļiņas.

Apzinātas specifikācijas izveide

Projektējot titāna sildītāju sālsūdens apkalpošanai pēc oglekļa tērauda komponentiem, iekļaujiet prasību par daļiņu filtrēšanu (nomināli 50 µm) vai magnētisko separatoru. Plakanā gala vāciņa vietā izvēlieties kupolveida vai konisku gala vāciņu. Esošās iekārtas: pārbaudiet gala vāciņus reizi ceturksnī, izmantojot boreskopu. Ja ir rūsas krāsas nogulsnes, ātri notīriet ar vāju skābi (5% citronskābi vai 10% etiķskābi) un pārbaudiet urbuma dziļumu ar ultraskaņas biezuma mērītāju. Jaunām instalācijām smagās rūsēšanas situācijās norādiet 7. pakāpes titānu visam sildītājam, ieskaitot gala vāciņu, un pievienojiet cinka anodu, kas piestiprināts gala vāciņam ar titāna stiepli. Cinka anods polarizē titānu līdz lielākam negatīvam potenciālam un novērš galvanisko dzinējspēku ar rūsas daļiņām. Atrisinot rūsas daļiņu piesārņojuma problēmu sistēmas līmenī, inženieris izvairās no ātras, ļoti lokalizētas korozijas, kas bieži izraisa priekšlaicīgu gala vāciņa bojājumu citādi pret koroziju izturīgos titāna sildītājos.