כיצד לבטל קורוזיה של קיפאון בועות אוויר על צינורות חימום טיטניום במיכלי תסיסה אטומים

# מסמך: מאמר טכני מס'. 68 ## כותרת: שיטות למניעת סטגנציה של בועות אוויר וקורוזיה על צינורות חימום טיטניום בכלי תסיסה אטומים בעת חימום אוויר מומס ייפרד לבועות דקות במיכלי תסיסה אטומים לחלוטין. אזור גז-נוזל דו-פאזי נוצר כאשר טיפות אלו נצמדות לדופן החיצונית של צינורות חימום טיטניום למשך תקופה ממושכת. הסרט הנוזלי הרציף הדרוש לתיקון- העצמי של הסרט הפסיבי של טיטניום דו-חמצני נהרס על ידי מיקרו-סביבה ייחודית זו, אשר גורמת לקורוזיה מקומית מרוכזת של שקעים. קורוזיה זו מתבטאת לעתים קרובות במחצית העליונה של גוף הצינור ובחלק העליון של מכלולי חימום מאוגנים. מאמר זה מספק ניתוח מקיף של מנגנון הקורוזיה של קיפאון בועות ומספק סט מקיף של פתרונות תכנון מבני והתאמת תפעול לביטול יסודי סכנות שימור הבועות. ## 1. מנגנון של קורוזיה עבור בועות אוויר עומדות על משטחי טיטניום 1. תיקון לא שלם של סרט פסיבי הוא תוצאה של אספקת חמצן לסירוגין. החמצן המומס בשלב הנוזל מבודד מהאזור המכוסה-הבועות. הסרט הפסיבי TiO₂ המדובר אינו יכול להתחדש בחמצן על מנת לרפא שריטות ואזורים מדללים. דופן הצינור המכוסה-בנוזל הוא קתודה שלמה- עשירה בחמצן, בעוד שהאזור המכוסה-בועות הופך לאנודה פעילה-חסרת חמצן, וכתוצאה מכך קורוזיה גלוונית עצמית-על אותה צינור טיטניום. מחזור אחר מחזור, סדקי הקורוזיה ממשיכים להתרחב כלפי מטה. 2. העשרת ריכוז המומסים בשולי הבועות. גבול הגז -נוזל של בועות הוא אתר של אידוי מתמשך של נוזלים. כתוצאה מכך, חומצה אורגנית, כלוריד וסוכר משקעים ומצטברים לאורך טבעת הבועות, וכתוצאה מכך נוצר מיקרו-זון מרוכז מאוד שהוא מאכל מאוד. מיקרו-זון זה מאיץ תחריט מטריצה ​​מקומי. 3. הסרט הפסיבי חווה שברי מתח תרמי המתחלפים בין תנאים יבשים לרטובים. ההחלפה התקופתית של מגע עם גז יבש וטבילת נוזל לח על פני הצינור נגרמת על ידי התרחבות והתכווצות של בועות בתגובה לתנודות טמפרטורה. המיקרו-סדקים הצפופים נוצרים על ידי יישום חוזר ונשנה של מתח מתיחה ולחץ על הסרט הפסיבי השביר, אשר בתורו יוצר ערוצים לחדירת יונים קורוזיביים. ## 2. גורמים ראשוניים התורמים לקיפאון בועות 1. הפריסה של התקנת תעלת החימום אינה סבירה. התרחיש החמור ביותר של הצטברות בועות כולל התקנה אופקית של צינורות חימום ארוכים מטיטניום. בועות עולות ומצטברות על הקשת העליונה של הצינור, מה שהופך אותן לבלתי מסוגלות לברוח. בועות שעולות מעל המכלול נלכדות גם על ידי צינורות המותקנים קרוב מדי למכל העליון. 2. מהירות זרימת מחזור בינונית לא מספקת את המיקרובועות המיוצרות על ידי חימום לא ניתן להסיר על ידי זרימת נוזל סטטית או- במהירות נמוכה. השפעת הניקוי על פני הצינור אובדת כאשר מהירות הזרימה נמוכה מ-0.6 מ'/שניה. 3. צפיפות הספק פני השטח שהיא מוגזמת יכולת זרימת הנוזל להעביר בועות חורגת באופן משמעותי על ידי עומס החום הגבוה, אשר מייצר באופן מיידי מספר רב של בועות אדים קטנות, וכתוצאה מכך מצטבר{3} כיסוי בועות{0} נמוך{3} כלי אטום בהיעדר זרימת אוורור מתמשכת, אין אפשרות לפרוק גז מומס מהמערכת, ובועות חדשות מופרדות ללא הרף במהלך החימום. 5. אזורים עיוורים לכידת בועות נוצרים על ידי חיזוק ריתוך שקוע ומרווחים בין תומכי PTFE וקירות הצינור, שהם אזורים מתים מקומיים. אזורים אלה הם המקום שבו בועות קטנות מצטברות ומתמזגות לכיסי אוויר גדולים ומתמשכים. ## 3. אופטימיזציה של העיצוב המבני למניעת החזקה של בועות 1. שפר את הנטייה של התקנת תעלת החימום. יש להתקין צינורות חימום טיטניום עם נטייה של 10 מעלות -15 מעלות כלפי מעלה מקצה האוגן לקצה החופשי; הסדר אופקי אסור. בועות עולות אל משטח הנוזל של המיכל לצורך פריקה על ידי החלקה לאורך משטח הצינור המשופע עד לקצה החופשי. פריסת הצינור האנכי היא הבחירה האופטימלית עבור מיכלים קטנים בנפח-, מכיוון שהוא למעשה מבטל הצטברות בועות. 2. הרחב את המרחק בין הגופייה לחבילות הצינורות. המרחק האנכי בין החלק העליון של קבוצת צינורות החימום לבין מפלס נוזל ההפעלה המינימלי לא חייב להיות פחות מ-300 מ"מ, כדי להבטיח שיש מספיק מקום לבריחת בועות כלפי מעלה. 3. משטחי המגע של הריתוך והתמיכה מלוטשים לגימור חלק. טוחנים את כל תפרי הריתוך למעבר קשת חלק ללא חיזוק בולט; בחר תומכי PTFE עם צורת קשת פני השטח- רחבה כדי למנוע רווחים קעורים הלוכדים בועות. 4. התקן מובילי זרימה מסביב לצינור החימום. כדי ליצור זרימה ספירלית של נוזל לניקוי סביב דופן הצינור, התקן לוחות הסחה בצד במעלה הזרם של צרור הצינור. זה יסיר ללא הרף את המיקרו-בועות המחוברות. ## 4. בקרת פעולה סטנדרטית כדי למזער יצירת ושימור בועות 1. לווסת צפיפות הספק סבירה של פני השטח על מנת להפחית את כמות המיקרובועות המופרדות-לחימום, צפיפות ההספק של מיכלי תסיסה אטומים מופחתת ב-20% בהשוואה למיכלים פתוחים, לפי תקן עומס חום בינוני{67} נמוך מהירות זרימה במחזור של לפחות 1.0 מ"ש. לפני החימום, הפעל את משאבת הסחרור כדי להבטיח יצירת קרצוף נוזל יציב; חשוב להימנע מחימום סטטי בודד ללא זרימה. 3. אוורור קל מתמשך במהלך הטיפוח בטמפרטורה קבועה קידום של ערבוב נוזלי כולל, פריקת גז מומס על-רווי מהמיכל והפחתת משקעי בועות חדשות על דופן הצינור, כולם מקלים על ידי עקבות פעולת עליית אוויר דחוס {7} בועות מסה מיידיות כתוצאה מעליית טמפרטורה פתאומית, מומלץ שתהליך החימום יתבצע בקצב של פחות מ- או שווה ל-3 מעלות/דקה בשלב האתחול. 5. התרוקנות עקבית של המיכל במהלך תחזוקה כדי להפחית את רווית הגז המומס במדיום ולפרוק הגז המצטבר בחלק העליון של המיכל, יש לפתוח את המיכל{715 במיכל הפליטה{7}. דקות כל שלושה ימים. ## 5. טכניקת בדיקה ושיפוט של קיפאון בועות עם השלמת תחזוקת ריקון המיכל, השתמש באור בהיר כדי לבחון את פני הצינור: - מאפיין אופייני: אזור קורוזיה אפור כהה בצורת טבעת, המופץ על חצי העיגול העליון של צינורות אופקיים, בהתאם לכיסוי ארוך הטווח של הצינורות{{789} בדיקת פוטנציאל אלקטרוכימי: הפוטנציאל של אזור כיסוי הבועות נמוך ב-80-120 mV מאזור טבילת הנוזל התחתון של אותו צינור, מה שמרמז על נזק חמור לסרט פסיבי. - מדידת עובי אולטרסאונד: אובדן עובי דופן הקשת העליונה גדול משמעותית מזה של תחתית הצינור.|מקור סכנה לקיפאון בועות|אמצעי חיסול ממוקד|אפקט ליבה|| ----|----|----|| פריסת צינור אופקי לוכדת בועות|התקן צינורות עם נטייה של 10-15 מעלות כלפי מעלה או פריסה אנכית|בועות מחליקות ובורחות ללא הצמדת פני השטח לטווח ארוך|זרימת נוזלים נמוכה אינה מסוגלת להפשיט בועות מיקרו|שמור על זרימת זרימה של 1.0 מ'/שניה ומעלה והתקן מובילי זרימה.|ניקוי נוזלי מתמשך מבטל בועות זעירות חדשות שנוצרו.|משקעי בועות מסה בצפיפות הספק גבוהה.|הפחת את צפיפות הכוח של פני השטח ב-20% עבור מיכלים אטומים.|דכא הפרדת בועות מיידית בקנה מידה גדול.|מיכל אטום סטטי רווי גז מומס.|מיקרו אוורור רציף + פליטת מיכל רגילה.|הפחת את תכולת הגז המומס כדי להפחית את יצירת הבועות.|בועת פער ריתוך/תמיכה בגז נוזלי דו-פאזי מיקרו-זונים חסרי חמצן נוצרים על ידי כיסי אוויר עומדים על צינורות חימום טיטניום, מה שגורם לקורוזיה עצמית גלוונית מקומית. על מנת למנוע היצמדות ארוכת טווח של בועות לדופן הצינור, הפתרון הבסיסי כולל פריסה מבנית של צינור משופע, ניקוי זרימה במהירות גבוהה, עיצוב עומס חום נמוך ופעולת אוורור רציפה. זיהוי בזמן של פגמי קורוזיה מוקדמים של בועות ומניעת כשל בדליפה דרך הקיר של צינורות חימום טיטניום ניתן להשיג באמצעות בדיקה ויזואלית קבועה ובדיקות פוטנציאליות במהלך תחזוקה.