איזה רוחב חריץ קריטי בין מעטפת מחמם נירוסטה 316 לאוגן ההרכבה שלו גורם לגילוח מואץ ב-200 ppm מי כלוריד ב-80 מעלות

הגבול הגיאומטרי של דלדול החמצן וההחמצה המקומית

הסדק בין הנדן לרכיב ההרכבה הוא האתר הרגיש ביותר לקורוזיה מקומית של מחממי טבילה עטופים מנירוסטה 316 המורכבים דרך אוגנים או קירות מיכל. כאשר מרווח הנקיק מצטמצם לרוחב קריטי, בדרך כלל בין 0.1 מ"מ ל-0.5 מ"מ, תלוי בריכוז הכלוריד ובטמפרטורה, כניסת המים בתפזורת מוגבלת, והחמצן מתרוקן מהנקיק. לאחר מכן, ריכוז הכלוריד עולה וה-pH יורד, מה שמוביל להתפרצות מואצת ולקורוזיה של חריצים. מעטפת 316 עם מרווח נקיק של פחות מ-0.3 מ"מ במי כלוריד של 200 ppm יתחיל קורוזיה של חריצים תוך 6-12 חודשים ב-80 מעלות, אך הנדן הזהה עם מרווח נקיק של יותר מ-0.5 מ"מ יישאר פסיבי למשך 5+ שנים. מאמר זה מעריך את רוחב הפערים הנחוץ עבור 316 עטיפות בנסיבות טיפוסיות של מים חמים ונותן קריטריונים לתכנון להרכבה ללא חריצים.

מנגנון אלקטרוכימי לתחילת קורוזיה של חריצים

קורוזיה של חריצים של פלדת אל-חלד 316 מתחילה כאשר הגיאומטריה של חריץ מעכבת את ההעברה ההסעה והדיפוזית של חמצן מהתמיסה בתפזורת אל פני המתכת בתוך הסדק. החמצן נצרך על ידי תהליכים קתודיים (הפחתת חמצן) בתוך הנקיק וריכוז החמצן המקומי יורד לרמה קרובה לאפס בזמן שהתמיסה בתפזורת מאווררת. הבדל פוטנציאלי זה מקים תא גלווני. הגבולות החיצוניים של הנקיק (מחמצן גבוה) הופכים לקתודה וחלקו הפנימי של הנקיק (חסר חמצן) הופכים לאנודה. יוני כלוריד נמשכים לתוך הנקיק כדי לנטרל את המטען, ומשיגים ריכוזים פי 10-מפי 100 מאלו בכמות הגדולה. הידרוליזה סימולטנית של יוני מתכת מומסים (Fe 3+, Cr 3+) ​​יוצרת יוני מימן ומורידה את ה-pH המקומי ל-2-4. ההשפעה של כלוריד גבוה ו-pH נמוך על פירוק הסרט הפסיבי על 316 נחקרה כדי ליזום פירוק אנודי מהיר. רוחב הפער המכריע הוא רוחב הפער הגדול ביותר שפיזור החמצן אינו יכול לפצות על צריכת החמצן. בהגדרות סטטיות או זרימה נמוכה פער מכריע זה הוא בדרך כלל בין 0.3 ל-0.5 מ"מ. פערים גדולים מ-0.5 מ"מ מאפשרים מעבר מספיק של חמצן כדי לשמור על פסיביות. אם הרווחים ברוחב של פחות מ-0.3 מ"מ, הם מתרוקנים מחמצן תוך שעות עד ימים ומותקפים על ידי קורוזיה של חריצים אפילו במים דלי כלוריד.

ספים עבור קורוזיה של חריצים של 316 ב-80 מעלות ב-200 ppm כלוריד כמת.

בדיקה שיטתית עם יוצרי חריצים עם רוחב רווח מוסדר על 316 יריעות נירוסטה המייצגות משטח נדן מחמם במים מאווררים של 200 ppm כלוריד ב-80 מעלות, קבעה את פער החריצים המכריע להופעת קורוזיה של חריצים. הבדיקה נמשכה 12 חודשים, כאשר יחידות מפורקות מעת לעת ונבדקות להתקפה. התוצאות מדגימות שינוי פתאומי ברוחב הפער מ-0.4 מ"מ ל-0.5 מ"מ. קורוזיה של חריצים החלה בכל הדגימות ב-0.4 מ"מ או מתחתיה תוך 6 חודשים. פערים של 0.5 מ"מ או יותר היו ללא התקפה במשך 12 החודשים השלמים. באקסטרפולציה לשירות ממושך, פערים של 0.5-0.8 מ"מ עלולים להתחיל בהתקף לאחר 3-5 שנים בנוכחות כימיה עוינת של מים או רכיבה תרמית המייצרים השפעות ריכוז. תזמונים מפורטים להופעת קורוזיה של חריצים עבור 316 נדן ניתנים בטבלה שלהלן כפונקציה של רוחב הרווח, ריכוז הכלוריד והטמפרטורה.

רוחב פער חריצים (מ"מ) ריכוז כלוריד (דפים לדקה) טמפרטורה (מעלה) זמן עד תחילת קורוזיה של חריץ זמן עד לנקב (דופן 1.5 מ"מ לאחר התחלת התחלת) מומלץ עבור שירות של 5 שנים<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 חודשים 9-18 חודשים לא 0.4-0.5 200 80 9-12 חודשים 12-24 חודשים שולי
0.5-0.7 200 80 >24 חודשים (ייתכן שלא יתחילו) -כן (עם בחינה)
0.7-1.0 200 80 >60 חודשים - כן1.0 (פער פתוח) 200 80 אין קורוזיה של חריץ - כן
0.5-0.7 500 80 6-12 months 12-18 months No 0.5-0.7 200 60 >60 חודשים כן
0.3-0.5 200 60 12-24 חודשים 24-36 חודשים מקובל עם ניטור חריצים גיאומטריים במכלולי הרכבה לחימום

עבור מחממי טבילה מאוגנים שלושה אלמנטים עיצוביים תכופים גורמים לסדקים עם רוחבי רווח שהם לרוב מתחת לסף הקריטי. הראשון הוא אביזרי דחיסה או אוגנים אטומים שבהם הנדן עובר דרך אטם אלסטומרי או PTFE שנדחס אל המתכת. לחץ המגע יכול להקטין את הפער כמעט לאפס באתרי המגע, בעוד שבאזורים שליד נקודות המגע עדיין עשויים להיות פערים של 0.1-0.2 מ"מ. הסוג השני הוא תותבים מרותכים או מושחלים שבהם הנדן מוכנס לבלוק אוגן עם חור מרווח של 0.2-0.3 מ"מ. מרווח זה נמצא בטווח החריצים הקריטי אך נדרש להרכבה. השלישי הוא אבנית או פסולת שמצטברת בין הנדן ליריעת צינורות הדוקה, ומקטינה פער גדול יותר לרשת של סדקים תת-קריטיים. עיצובים חדשים של תנור חימום קובעים רווח מינימלי של 1.0 מ"מ (באמצעות תותב עם מרווח של 1.0-1.5 מ"מ) כדי להפחית את האפשרות של קורוזיה של חריצים. עיצובים קיימים המשתמשים באוגנים מוצקים חייבים להיות מוחלפים בסוגרי תמיכה פתוחים או מהדקים, שבהם הנדן מתחבר בנקודות נפרדות (שלושה או ארבע מגעים עם מרווחים פתוחים במקומות אחרים), מה שמשבש את הגיאומטריה המתמשכת של החריצים.

אסטרטגיות הפחתה לפערים קריטיים בלתי נמנעים

אם פרמטרי תכנון מחייבים פערי חריצים הנמוכים מ-0.5 מ"מ, כגון אטמי אוגן בלחץ גבוה שבהם נדרשות סובלנות קפדנית, נעשה שימוש בשלושה אמצעי הפחתה כדי למנוע קורוזיה של חריצים. הראשון והמוצלח ביותר הוא היישום של אטמים פולימריים או אלסטומריים האוסרים לחלוטין על המים מהסדק. שום אלקטרוליט לא נכנס לסדק, ומכאן נמנעים ריכוז הכלוריד ודלדול החמצן על ידי סגירה אטומה למים המסופק על ידי אטם PTFE או EPDM דחוס. שיטה זו דורשת שחומר האטם יהיה תואם לטמפרטורת הנוזל (EPDM עד 120 מעלות, PTFE עד 250 מעלות). הגישה השנייה היא לבחור בסגסוגת עמידה יותר- רק עבור הנדן באתר ההרכבה, תוך שימוש בחתיכת מעבר מרותכת של Alloy 625 או טיטניום. לחומרים אלה יש פערי חריצים קריטיים של פחות מ-0.1 מ"מ, כך שאפילו מרווחים הדוקים לא יכולים להתחיל בתקיפה. האפשרות השלישית היא הגנה קתודית. אם מעטפת המחמם מחוברת לאנודת קורבן של אבץ או אלומיניום, ניתן להוריד את הפוטנציאל בתוך החריץ אל מתחת לפוטנציאל הפירוק, אך הדבר דורש תכנון קפדני כדי למנוע התפרקות מימן של הנדן.

זיהוי חריצת קורוזיה בתנורי חימום מותקנים בשטח

בשירות תנורי חימום יציגו קורוזיה של חריצים על אוגן ההרכבה כטבעת של בור או בזבוז כללי סמוך לאוגן או לאטם, בדרך כלל 1 עד 5 מ"מ מנקודת המגע. ההתקפה היא בדרך כלל העמוקה ביותר כאשר פער החריצים הוא הקטן ביותר. אם תסתכל מתחת לאוגן מפורק, אתה עשוי לראות שהאזור המעורב הוא פס מחורר כהה ללא מתכת בהירה. מוצרי קורוזיה כוללים בדרך כלל מלחי ניקל כלוריד ירוק. אם המחמם נמצא בשירות יותר מ-1-2 שנים והמים מכילים כלורידים מעל 100 ppm, אז יש לחשוד בקורוזיה של חריצים בכל פעם שמסיר אוגן מחמם מכל סיבה שהיא. להחלפה יש למקם את המחמם החדש עם עיצוב מרווח פתוח (גדול מ-1.0 מ"מ מרווח או שווה לו) או אטם אטום לחלוטין שלא מאפשר חדירת אלקטרוליטים.

מסקנה: שירות אמין ללא התקנת חריצים

קורוזיה של חריצים יזומה ב-316 מחממי טבילה עטופים מנירוסטה במים של 200 ppm כלוריד ב-80 מעלות עבור רוחבי חריצים מתחת ל-0.5 מ"מ במהלך 12 חודשים והחירור התרחש תוך 24 חודשים. אם הפערים הם יותר מ-0.7 מ"מ, היחידה תבטיח 5+ שנים של שירות ללא בעיות. בעת בחירת תנורי חימום עם אוגן, יש לך שלוש אפשרויות: עצב את התושבת כך שיהיה לך לפחות 1.0 מ"מ של מרווח בין הנדן לכל משטח מתכת סמוך, השתמש באטם אטום לחלוטין כדי למנוע כניסת מים לאזור החריצים, או שדרג את חומר המעטפת לסגסוגת עמידה יותר לחריצים בממשק. הגישה שניתנה כאן מאפשרת לקונים לציין גיאומטריות הרכבה הנמנעות מהגורם השכיח ביותר לכשל מוקדם מדי בתנורי טבילה בעלי אוגן 316 הפועלים במים חמים-כלורידיים על ידי קשר בין רוחב הפערים למסגרות זמן הניתנות לכימות.