Ποιο είναι το κρίσιμο πλάτος διάκενου ρωγμής μεταξύ μιας θήκης θερμαντήρα από ανοξείδωτο χάλυβα 316 και της φλάντζας στερέωσής της που εκκινεί την επιτάχυνση διάτρησης σε 200 ppm χλωριούχο νερό στους 80 βαθμούς

Το γεωμετρικό όριο εξάντλησης οξυγόνου και τοπικής οξίνισης

Η ρωγμή μεταξύ του περιβλήματος και του εξαρτήματος στερέωσης είναι το πιο ευαίσθητο σημείο για τοπική διάβρωση των θερμαντικών εμβαπτίσεων 316 από ανοξείδωτο χάλυβα που είναι τοποθετημένοι μέσα από φλάντζες ή τοιχώματα δεξαμενής. Όταν το διάκενο της ρωγμής μειώνεται σε ένα κρίσιμο πλάτος, γενικά μεταξύ 0,1 mm και 0,5 mm, ανάλογα με τη συγκέντρωση χλωρίου και τη θερμοκρασία, η είσοδος χύμα νερού περιορίζεται και το οξυγόνο εξαντλείται από τη σχισμή. Στη συνέχεια, η συγκέντρωση χλωρίου αυξάνεται και το pH μειώνεται, οδηγώντας σε επιτάχυνση της διάβρωσης με κοιλότητες και ρωγμές. Ένα περίβλημα 316 με διάκενο σχισμής μικρότερο από 0,3 mm σε 200 ppm χλωριούχο νερό θα αρχίσει τη διάβρωση ρωγμών σε 6-12 μήνες στις 80 μοίρες, αλλά το ίδιο περίβλημα με διάκενο σχισμής μεγαλύτερο από 0,5 mm θα παραμείνει παθητικό για 5+ χρόνια. Αυτό το άρθρο εκτιμά το απαραίτητο πλάτος διακένου ρωγμών για 316 περιβλήματα υπό τυπικές συνθήκες ζεστού νερού και παρέχει κριτήρια σχεδιασμού για τοποθέτηση χωρίς ρωγμές.

Ηλεκτροχημικός μηχανισμός για την έναρξη της διάβρωσης της ρωγμής

Η διάβρωση σχισμής του ανοξείδωτου χάλυβα 316 ξεκινά όταν η γεωμετρία μιας σχισμής εμποδίζει τη μεταφορά οξυγόνου από το χύμα στη μεταλλική επιφάνεια εντός της σχισμής. Το οξυγόνο καταναλώνεται με καθοδικές διεργασίες (μείωση οξυγόνου) μέσα στη σχισμή και η τοπική συγκέντρωση οξυγόνου μειώνεται σχεδόν στο μηδέν ενώ το χύμα διάλυμα αερίζεται. Αυτή η διαφορά δυναμικού δημιουργεί ένα γαλβανικό στοιχείο. Τα εξωτερικά όρια της χαραμάδας (υψηλά οξυγονωμένα) γίνονται η κάθοδος και τα εσωτερικά της σχισμής (αποοξυγονωμένα) γίνονται άνοδος. Τα ιόντα χλωρίου έλκονται μέσα στη σχισμή για να εξουδετερώσουν το φορτίο, επιτυγχάνοντας συγκεντρώσεις 10-100 φορές μεγαλύτερες από αυτές του όγκου. Η ταυτόχρονη υδρόλυση των διαλυμένων μεταλλικών ιόντων (Fe 3+ , Cr 3+ ) δημιουργεί ιόντα υδρογόνου και μειώνει το τοπικό pH στο 2-4. Η επίδραση υψηλού χλωρίου και χαμηλού pH στη διάσπαση της παθητικής μεμβράνης στο 316 μελετήθηκε για να ξεκινήσει η ταχεία ανοδική διάλυση. Το κρίσιμο πλάτος διακένου είναι το μεγαλύτερο πλάτος διακένου που η διάχυση οξυγόνου δεν μπορεί να αντισταθμίσει την κατανάλωση οξυγόνου. Σε ρυθμίσεις στατικής ή χαμηλής ροής, αυτό το κρίσιμο κενό είναι γενικά μεταξύ 0,3 και 0,5 mm. Τα κενά μεγαλύτερα από 0,5 mm επιτρέπουν αρκετή διέλευση οξυγόνου για να διατηρηθεί η παθητικότητα. Εάν τα διάκενα έχουν πλάτος μικρότερο από 0,3 mm, αποοξυγονώνονται εντός ωρών έως ημερών και προσβάλλονται από τη διάβρωση των σχισμών ακόμη και σε νερό με χαμηλή περιεκτικότητα σε χλωριούχο άλας.

Όρια για διάβρωση ρωγμών 316 στους 80 βαθμούς σε 200 ppm χλωριούχο ποσοτικοποιημένο.

Η συστηματική δοκιμή με διαμορφωτές ρωγμών με ρυθμισμένα πλάτη διακένου σε 316 φύλλα από ανοξείδωτο χάλυβα που αντιπροσωπεύουν την επιφάνεια του περιβλήματος του θερμαντήρα σε αεριζόμενο νερό χλωριούχου 200 ppm στους 80 μοίρες έχει καθορίσει το κρίσιμο διάκενο ρωγμών για την έναρξη της διάβρωσης στις ρωγμές. Η δοκιμή διήρκεσε 12 μήνες, με τις μονάδες να χωρίζονται περιοδικά και να εξετάζονται για επίθεση. Τα αποτελέσματα δείχνουν μια ξαφνική αλλαγή του πλάτους του διακένου από 0,4 mm σε 0,5 mm. Η διάβρωση της ρωγμής ξεκίνησε σε όλα τα δείγματα σε ή κάτω από 0,4 mm εντός 6 μηνών. Τα κενά 0,5 mm ή μεγαλύτερα ήταν χωρίς προσβολή για ολόκληρους 12 μήνες. Επεκτείνοντας σε παρατεταμένο σέρβις, τα κενά των 0,5-0,8 mm μπορεί να ξεκινήσουν επίθεση μετά από 3-5 χρόνια παρουσία εχθρικής χημείας του νερού ή θερμικού κύκλου που προκαλεί αποτελέσματα συγκέντρωσης. Λεπτομερείς χρονισμοί έως την έναρξη της διάβρωσης στις ρωγμές για 316 περιβλήματα δίνονται στον παρακάτω πίνακα ως συνάρτηση του πλάτους του διακένου, της συγκέντρωσης χλωρίου και της θερμοκρασίας.

Πλάτος διάκενου ρωγμής (mm) Συγκέντρωση χλωρίου (ppm) Θερμοκρασία (βαθμός) Χρόνος έναρξης διάβρωσης ρωγμής Χρόνος μέχρι διάτρηση (1,5 mm τοίχωμα μετά την έναρξη) Συνιστάται για 5ετή σέρβις<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 μήνες 9-18 μήνες Όχι 0.4-0.5 200 80 9-12 μήνες 12-24 μήνες Οριακό
0.5-0.7 200 80 >24 μήνες (μπορεί να μην ξεκινήσουν) -Ναι (με εξέταση)
0.7-1.0 200 80 >60 μήνες - Ναι 1.0 (ανοιχτό κενό) 200 80 Όχι διάβρωση ρωγμών - Ναι
0.5-0.7 500 80 6-12 months 12-18 months No 0.5-0.7 200 60 >60 μηνών Ναι
0.3-0.5 200 60 12-24 μήνες 24-36 μήνες Αποδεκτό με παρακολούθηση γεωμετρικών ρωγμών σε συγκροτήματα στερέωσης θερμαντήρων

Για θερμαντήρες εμβάπτισης με φλάντζα, τρία συχνά στοιχεία σχεδίασης δημιουργούν ρωγμές με πλάτη κενού που είναι συχνά κάτω από το κρίσιμο όριο. Το πρώτο είναι εξαρτήματα συμπίεσης ή φλάντζες με φλάντζες όπου το περίβλημα διέρχεται μέσω ελαστομερούς ή PTFE σφράγισης που συμπιέζεται έναντι του μετάλλου. Η πίεση επαφής μπορεί να μειώσει το κενό σχεδόν στο μηδέν στα σημεία επαφής, ενώ οι περιοχές δίπλα στα σημεία επαφής μπορεί να εξακολουθούν να έχουν κενά 0,1-0,2 mm. Το δεύτερο είδος είναι συγκολλημένοι ή κοχλιωτοί δακτύλιοι στους οποίους το περίβλημα τοποθετείται σε μπλοκ φλάντζας με οπή διάκενου 0,2-0,3 mm. Αυτό το διάκενο βρίσκεται στο κρίσιμο εύρος ρωγμών που απαιτείται ακόμη για τη συναρμολόγηση. Το τρίτο είναι τα άλατα ή τα συντρίμμια που συσσωρεύονται μεταξύ της θήκης και ενός φύλλου σωλήνα σφιχτής εφαρμογής, μειώνοντας ένα μεγαλύτερο κενό σε ένα δίκτυο υποκρίσιμων ρωγμών. Τα νέα σχέδια καλοριφέρ προβλέπουν ένα ελάχιστο διάκενο 1,0 mm (χρησιμοποιώντας δακτύλιο με διάκενο 1,0-1,5 mm) για τη μείωση της πιθανότητας διάβρωσης από ρωγμές. Τα υπάρχοντα σχέδια που χρησιμοποιούν συμπαγείς φλάντζες πρέπει να αντικατασταθούν από ανοιχτούς βραχίονες στήριξης ή σφιγκτήρες, όπου το περίβλημα συνδέεται σε διακριτά σημεία (τρεις ή τέσσερις επαφές σημείων με ανοιχτά κενά αλλού), διαταράσσοντας τη συνεχή γεωμετρία της ρωγμής.

Στρατηγικές μετριασμού για αναπόφευκτα κρίσιμα κενά

Εάν οι παράμετροι σχεδιασμού απαιτούν διάκενα ρωγμών μικρότερα από 0,5 mm, όπως σε στεγανοποιήσεις φλάντζας υψηλής πίεσης όπου απαιτούνται αυστηρές ανοχές, χρησιμοποιούνται τρία μέτρα μετριασμού για την πρόληψη της διάβρωσης των ρωγμών. Η πρώτη και πιο επιτυχημένη είναι η εφαρμογή πολυμερών ή ελαστομερών παρεμβυσμάτων που απαγορεύουν πλήρως το νερό από τη σχισμή. Κανένας ηλεκτρολύτης δεν εισέρχεται στη σχισμή και, ως εκ τούτου, η συγκέντρωση χλωρίου και η μείωση του οξυγόνου αποφεύγονται με ένα στεγανό κλείσιμο που παρέχεται από ένα συμπιεσμένο παρέμβυσμα PTFE ή EPDM. Αυτή η μέθοδος απαιτεί το υλικό φλάντζας να είναι συμβατό με τη θερμοκρασία του υγρού (EPDM έως 120 μοίρες, PTFE έως 250 μοίρες). Η δεύτερη προσέγγιση είναι να επιλέξετε ένα πιο ανθεκτικό σε ρωγμές-κράμα μόνο για το περίβλημα στο σημείο τοποθέτησης, χρησιμοποιώντας ένα συγκολλημένο τεμάχιο μετάβασης από κράμα 625 ή τιτάνιο. Αυτά τα υλικά έχουν κρίσιμα κενά ρωγμών μικρότερα από 0,1 mm, επομένως ακόμη και τα στενά διάκενα δεν μπορούν να ξεκινήσουν την επίθεση. Η τρίτη επιλογή είναι η καθοδική προστασία. Εάν το περίβλημα του θερμαντήρα είναι συνδεδεμένο με μια θυσιαστική άνοδο ψευδαργύρου ή αλουμινίου, το δυναμικό μέσα στη σχισμή μπορεί να μειωθεί κάτω από το δυναμικό διάτρησης, αλλά αυτό απαιτεί προσεκτικό σχεδιασμό για να αποφευχθεί η ευθραυστότητα του περιβλήματος από υδρογόνο.

Αναγνώριση διάβρωσης ρωγμών σε εγκατεστημένους θερμαντήρες στο χωράφι

Οι θερμαντήρες κατά τη λειτουργία θα παρουσιάσουν διάβρωση με ρωγμές στη φλάντζα στερέωσης ως δακτύλιο οπής ή γενική σπατάλη αμέσως δίπλα στη φλάντζα ή τη φλάντζα, συνήθως 1 έως 5 mm από το σημείο επαφής. Η επίθεση είναι συνήθως βαθύτερη όταν το κενό σχισμής είναι μικρότερο. Αν κοιτάξετε κάτω από μια αποσυναρμολογημένη φλάντζα, μπορεί να δείτε ότι η διαβρωμένη περιοχή είναι μια σκούρα ζώνη με κουκούτσια χωρίς να φαίνεται φωτεινό μέταλλο. Τα προϊόντα διάβρωσης συνήθως περιλαμβάνουν πράσινα άλατα χλωριούχου νικελίου. Εάν ο θερμαντήρας έχει λειτουργήσει για περισσότερα από 1-2 χρόνια και το νερό περιέχει χλωρίδια πάνω από 100 ppm, τότε θα πρέπει να υποπτευόμαστε διάβρωση ρωγμών κάθε φορά που αφαιρείται για οποιονδήποτε λόγο μια φλάντζα θέρμανσης. Για αντικατάσταση, ο νέος θερμαντήρας πρέπει να τοποθετηθεί είτε με σχέδιο ανοιχτού κενού (Μεγαλύτερο ή ίσο με διάκενο 1,0 mm) είτε με πλήρως στεγανοποιητικό παρέμβυσμα που δεν επιτρέπει την είσοδο ηλεκτρολύτη.

Συμπέρασμα: Αξιόπιστη εξυπηρέτηση χωρίς τοποθέτηση σε ρωγμή

Η διάβρωση ρωγμών ξεκίνησε σε θερμαντήρες εμβάπτισης με έγκλειστο ανοξείδωτο χάλυβα 316 σε χλωριούχο νερό 200 ppm στους 80 βαθμούς για πλάτη ρωγμών κάτω από 0,5 mm κατά τη διάρκεια 12 μηνών και η διάτρηση σημειώθηκε εντός 24 μηνών. Εάν τα κενά είναι περισσότερα από 0,7 mm, η μονάδα θα εγγυηθεί 5+ χρόνια χωρίς προβλήματα. Όταν επιλέγετε θερμαντήρες με φλάντζα, έχετε τρεις επιλογές: σχεδιάστε τη βάση έτσι ώστε να έχετε τουλάχιστον 1,0 mm διάκενο μεταξύ της θήκης και οποιασδήποτε γειτονικής μεταλλικής επιφάνειας, χρησιμοποιήστε μια πλήρως στεγανοποιητική φλάντζα για να αποτρέψετε την είσοδο νερού στην περιοχή της ρωγμής ή αναβαθμίστε το υλικό της θήκης σε ένα πιο ανθεκτικό κράμα{11}}στη διεπαφή. Η προσέγγιση που δίνεται εδώ επιτρέπει στους αγοραστές να καθορίσουν γεωμετρίες τοποθέτησης που αποφεύγουν την πιο κοινή αιτία πρόωρης βλάβης σε θερμαντήρες εμβάπτισης με φλάντζα 316 που λειτουργούν σε χλωριούχο{14}}που φέρουν ζεστό νερό, συνδέοντας το πλάτος του διακένου ρωγμής με μετρήσιμα χρονικά πλαίσια για την έναρξη.