מדוע מחמם טבילה טיטניום בתערובת 50/50 אתילן גליקול/מים עם 500 ppm כלוריד ב-90 מעלות נכשל מהר יותר על ידי קורוזיה של חריצים מאשר על ידי דילול אחיד?

שילובי אתילן גליקול/מים (50/50 כרך%) משמשים לעתים קרובות כנוזלים להעברת חום במערכות תרמיות סולאריות, HVAC וקירור מנוע. ב-90 מעלות, 500 עמודים לדקה כלוריד מגליקול או מי איפור שהושחתו עוינים לטיטניום. למרות שטיטניום עמיד מאוד בפני קורוזיה אחידה בתערובת זו, עם שיעורי קורוזיה מתחת ל-0.02 מ"מ בשנה, הכשל נובע בעיקר מקורוזיה של חריצים בתומכי צינורות, אוגנים ואטמים. גיאומטריית הסדקים מביאה לעלייה בריכוז הכלוריד ולירידה בריכוז החמצן, בעוד שתוצרי פירוק הגליקול (חומצה גליקולית, חומצה פורמית) מורידים את ה-pH המקומי. שיעורי התפשטות קורוזיה של חריצים הם 0.3-1.0 מ"מ לשנה, מהיר פי 15-50 מדילול אחיד. הכשל הוא די מוגבל והניקוב מתרחש בעוד 95% משטח הצינור נותר שלם.

מנגנון של דומיננטיות חריצים בתערובות גליקול/מים

בתמיסה בתפזורת, אתילן גליקול מגביר את הצמיגות, מה שמפחית את פיזור החמצן. יציבות הסרט הפסיבי מובטחת על ידי מספיק חמצן וריכוזי כלוריד מתונים. בנקיק (למשל מתחת לתמיכת PTFE או באטם) החמצן מתרוקן במהירות על ידי תהליכים קתודיים ואינו מסופק. כלורידים מתפזרים לתוך הנקיק כדי לשמר נייטרליות חשמלית ולהגיע לרמות של 2,000 עד 10,000 ppm. גליקול מתפרק תרמית ב-90 מעלות לחומצות אורגניות (גליקולית, פורמית, אוקסלית). חומצות אלו מורידות את ה-pH המקומי של הנקיק ל-3-4. כלוריד, pH נמוך ודלדול חמצן מפרקים יחד את הסרט הפסיבי. קורוזיה באנודת החריצים פעילה, מונעת על ידי הקתודה החיצונית הגדולה של שאר משטח הצינור. אם הזרם הגלווני בין החריץ (אנודה) והחוץ (קתודה) נשמר, קצב ההמסה משמעותי. בסופו של דבר, מתרחש ניקוב.

השוואה כמותית של שיעורי קורוזיה אחידים וחריצים

בדיקות מבוקרות ב-50/50 אתילן גליקול/מים עם 500 ppm כלוריד (מתחיל pH 6.5) ב-90 מעלות למשך 2,000 שעות גילו שיעורי קורוזיה שונים בתכלית. קצב הקורוזיה הכללי של צינור חלק ללא סדק הוא רק 0.008 עד 0.015 מ"מ לשנה. המשטח מבריק וללא שקעים, מה שמעיד על סרט פסיבי יציב. עם שיעור זה, עובי דופן של 1.2 מ"מ יספק חיי שירות של יותר מ-50 שנה. עם זאת, שיעור קורוזיה של החריצים היה עד 0.30-0.70 מ"מ לשנה תחת תומך PTFE עם מרווח של 0.2 מ"מ. שלב הפתיחה נמשך בין 200 ל-500 שעות, תוך 1,000 שעות מתפתח חריץ בעומק של 0.3-0.6 מ"מ. עם אטם גומי בעל מרווח של 0.1 מ"מ, קצב קורוזיה של החריצים עולה ל-0.50 עד 1.00 מ"מ לשנה, החל מ-100 עד 300 שעות ומחורר דופן של 1.2 מ"מ תוך 1200 עד 2400 שעות. במפרק מגולגל בין צינור ל- tubesheet קצב קורוזיה של חריצים הוא 0.20 עד 0.50 מ"מ בשנה עם התחלה תוך 300 עד 800 שעות.

השפעת פירוק הכלוריד והגליקול על חומרת הסדקים

חומרת התקף הסדקים היא פונקציה חזקה של מצב הגליקול וריכוז הכלוריד. גליקול טרי (עם מעכבים) ב-100 ppm כלוריד נותן pH של חריץ של 5.5 לאחר 500 שעות עם קצב קורוזיה של 0.10-0.25 מ"מ בשנה. גליקול טרי ללא עכבות ב-500 ppm כלוריד יורד ל-pH 4.5 בקצב של 0.30-0.60 מ"מ בשנה. גליקול מפורק תרמי (500 שעות ב-90 מעלות) עם 500 ppm כלוריד נותן pH 3.5. התעריף הוא 0.60-1.00 מ"מ לשנה. גליקול שהתדרדר בצורה חמורה עם יותר מ-1,000 ppm חומצות אורגניות עם 1,000 ppm כלוריד, pH 3.0, קצב קורוזיה של חריצים 1.00-1.80 מ"מ בשנה. בתנאים אלה, שיעור הקורוזיה האחיד הוא < 0.025 מ"מ לשנה, מה שמצביע על קורוזיה של חריצים כמנגנון הכשל הדומיננטי.

אמצעים למניעת קורוזיה של גליקול/מחמם מים

הטבלה שלהלן נותנת הנחיות להפחתת קורוזיה של חריצים בשילובי אתילן גליקול/מים ב-90 מעלות, בהתבסס על תצורת מחמם והערכת סיכוני חריצים.

סידור מחמם סכנת חריצים שינוי עיצובי צפוי קצב קורוזיה של חרקים (מ"מ/שנה)
מרווחי צינורות PTFE (מרווח 0.2-0.5 מ"מ) מרותך טיטניום גבוה תומך בהחלפה<0.02
אוגנים עם אטמי גומי גבוהים מאוד השתמש במחברים מרותכים או מולחמים<0.02
רולר צינורות מורחבים ב- tubesheet צינור ריתוך בינוני -ל- tubesheet לאחר הרחבה 0.05–0.10
אביזרי דחיסה גבוהים לחסל; להשתמש באביזרים מרותכים<0.02
עיצוב מחדש של חריצים קיימים לא מצליח לעצב מחדש מתון השתמש בקלטת PTFE לתיקון פער 0.15–0.30
הנדסה יותר מביטול סדקים

עמידות בפני קורוזיה של חריצים מושפעת מאוד מדרגת הטיטניום. לדרגה 7 (מיוצב פלדיום) יש זמן התחלה ארוך פי 3-פי 5 וקצב התפשטות נמוך ב-50-70% בהשוואה לדרגה 2 בסדקים של גליקול/מים. עובי הדופן נותן קצבה חומרית. קיר בגודל 2.0 מ"מ עם קורוזיה של חריצים של 0.5 מ"מ בשנה מחזיק מעמד 4 שנים, אך קיר של 1.2 מ"מ מחזיק מעמד רק 2.4 שנים. חבילת מעכבי הגליקול חשובה; מעכבים מבוססי ניטריט מקדמים קורוזיה של חריצי טיטניום, בעוד שמעכבים מבוססי מוליבדאט או אזול הם שפירים. דגימת גליקול רגילה לריכוז pH, כלוריד וחומצה אורגנית מאפשרת תחזוקה חזויה. הוספת מונואתנולמין כדי לשמור על pH של גליקול מעל 8.0 מפחיתה מאוד את התקפת הסדקים.

ביצוע מפרט עם תובנה

תכנן תנור טבילה טיטניום עבור 50/50 אתילן גליקול / מים עם 500 ppm כלוריד ב-90C. הפוך אותו ללא חריצים-: השתמש בתומכי צינור מרותכים, אוגנים מרותכים וחיבורי צינור מרותך-ל- צינורות. אם לא בוטלו סדקים, השתמשו בטיטניום דרגה 7, ובדקו את כל אתרי החריצים בכל רבעון עם בורסקופ או חודר צבע. עבור תנורי חימום שכבר נמצאים בשירות שחווים קורוזיה של חריצים, התקן מחדש עם סרט PTFE או איטום סיליקון כדי לכסות את הרווחים ולהוסיף נתרן מוליבדאט לגליקול ב-200 ppm כמעכב קורוזיה. בדוק את ירידת ה-pH מתחת ל-6.0 בגליקול במהלך הפעולה; אם נמצאה ירידה ב-pH, שנה מיד את מטען הגליקול. קורוזיה של חריצים עלולה לגרום לתקלות בחימום פי 15-50 מהר יותר מאשר דילול אחיד. ביודעו זאת, המהנדס מדגיש הפחתת חריצים על פני בחירת דרגת חומר בשירות אתילן גליקול/מים.