Γιατί ένας θερμαντήρας εμβάπτισης τιτανίου σε μείγμα 50/50 αιθυλενογλυκόλης/νερού με 500 ppm χλωριούχου στους 90 βαθμούς αποτυγχάνει ταχύτερα από διάβρωση ρωγμών παρά από ομοιόμορφη αραίωση;

Οι συνδυασμοί αιθυλενογλυκόλης/νερού (50/50 vol%) χρησιμοποιούνται συχνά ως ρευστά μεταφοράς θερμότητας σε ηλιακά θερμικά συστήματα, HVAC και ψύξη κινητήρα. Στους 90 βαθμούς, 500 ppm χλωριούχο από αλλοιωμένη γλυκόλη ή νερό μακιγιάζ είναι εχθρικό προς το τιτάνιο. Αν και το τιτάνιο είναι πολύ ανθεκτικό στην ομοιόμορφη διάβρωση σε αυτό το μείγμα, με ρυθμούς διάβρωσης κάτω από 0,02 mm ετησίως, η αστοχία οφείλεται κυρίως στη διάβρωση των σχισμών στα στηρίγματα των σωλήνων, στις φλάντζες και στις φλάντζες. Η γεωμετρία της ρωγμής οδηγεί σε αύξηση της συγκέντρωσης χλωρίου και μείωση της συγκέντρωσης οξυγόνου, ενώ τα προϊόντα της διάσπασης της γλυκόλης (γλυκολικό οξύ, μυρμηκικό οξύ) μειώνουν το τοπικό pH. Οι ρυθμοί διάδοσης της διάβρωσης στις ρωγμές είναι 0,3-1,0 mm/έτος, 15-50 φορές ταχύτεροι από την ομοιόμορφη αραίωση. Η αστοχία είναι αρκετά περιορισμένη και εμφανίζεται διάτρηση ενώ το 95% της επιφάνειας του σωλήνα παραμένει ανέπαφο.

Μηχανισμός Κυριαρχίας Σχισμών σε Μείγματα Γλυκόλης/Νερού

Στο χύμα διάλυμα, η αιθυλενογλυκόλη αυξάνει το ιξώδες, το οποίο μειώνει τη διάχυση οξυγόνου. Η σταθερότητα της παθητικής μεμβράνης είναι εγγυημένη από επαρκές οξυγόνο και μέτριες συγκεντρώσεις χλωρίου. Σε μια σχισμή (π.χ. κάτω από ένα στήριγμα PTFE ή σε μια φλάντζα) το οξυγόνο εξαντλείται γρήγορα από καθοδικές διεργασίες και δεν παρέχεται. Τα χλωρίδια διαχέονται στη σχισμή για να διατηρήσουν την ηλεκτρική ουδετερότητα και να φτάσουν σε επίπεδα από 2.000 έως 10.000 ppm. Η γλυκόλη διασπάται θερμικά στους 90 βαθμούς σε οργανικά οξέα (γλυκολικό, μυρμηκικό, οξαλικό). Αυτά τα οξέα μειώνουν το τοπικό pH της σχισμής στο 3-4. Χλώριο, χαμηλό pH και εξάντληση οξυγόνου μαζί υποβαθμίζουν το παθητικό φιλμ. Η διάβρωση στην άνοδο της ρωγμής είναι ενεργή, που προκαλείται από τη μεγάλη εξωτερική κάθοδο της υπόλοιπης επιφάνειας του σωλήνα. Εάν το γαλβανικό ρεύμα μεταξύ της σχισμής (άνοδος) και του εξωτερικού (κάθοδος) διατηρείται, ο ρυθμός διάλυσης είναι σημαντικός. Τελικά, εμφανίζεται διάτρηση.

Ποσοτική Σύγκριση Ομοιόμορφων Ρυθμών Διάβρωσης και Διάβρωσης

Ελεγχόμενες δοκιμές σε 50/50 αιθυλενογλυκόλη/νερό με 500 ppm χλωριούχο (αρχικό pH 6,5) στους 90 βαθμούς για 2.000 ώρες έχουν αποκαλύψει ριζικά διαφορετικούς ρυθμούς διάβρωσης. Ο γενικός ρυθμός διάβρωσης ενός λείου σωλήνα χωρίς σχισμή είναι μόνο 0,008 έως 0,015 mm/έτος. Η επιφάνεια είναι λαμπερή και χωρίς τρύπες, υποδηλώνοντας ένα σταθερό παθητικό φιλμ. Με αυτόν τον ρυθμό, ένα πάχος τοιχώματος 1,2 mm θα παρείχε διάρκεια ζωής άνω των 50 ετών. Ωστόσο, ο ρυθμός διάβρωσης της ρωγμής ήταν μέχρι 0,30-0,70 mm/έτος κάτω από υποστήριξη PTFE με διάκενο ρωγμής 0,2 mm. Το στάδιο έναρξης διαρκεί μεταξύ 200 και 500 ωρών και μια αυλάκωση με βάθος 0,3–0,6 mm αναπτύσσεται μέσα σε 1.000 ώρες. Με ένα ελαστικό παρέμβυσμα που έχει διάκενο 0,1 mm, ο ρυθμός διάβρωσης της ρωγμής αυξάνεται σε 0,50 έως 1,00 mm/έτος, ξεκινώντας από 100 έως 300 ώρες και διατρυπώντας έναν τοίχο 1,2 mm σε 1200 έως 2400 ώρες. Σε έναν ελασματοποιημένο σύνδεσμο σωλήνα προς φύλλο σωλήνα ο ρυθμός διάβρωσης από σχισμή είναι 0,20 έως 0,50 mm ετησίως με έναρξη σε 300 έως 800 ώρες.

Επίδραση της αποικοδόμησης χλωρίου και γλυκόλης στη σοβαρότητα της ρωγμής

Η σοβαρότητα της προσβολής της σχισμής είναι μια ισχυρή συνάρτηση της κατάστασης της γλυκόλης και της συγκέντρωσης χλωρίου. Η φρέσκια γλυκόλη (με αναστολείς) στα 100 ppm χλωριούχου δίνει pH ρωγμής 5,5 μετά από 500 ώρες με ρυθμό διάβρωσης 0,10-0,25 mm ετησίως. Η φρέσκια μη ανασταλμένη γλυκόλη σε 500 ppm χλωριούχου πέφτει σε pH 4,5 με ρυθμό 0,30-0,60 mm ετησίως. Η θερμικά αποσυντιθέμενη γλυκόλη (500 ώρες στους 90 βαθμούς) με 500 ppm χλωριούχο δίνει ρΗ 3,5. Ο ρυθμός είναι 0,60-1,00 mm/έτος. Σοβαρά αλλοιωμένη γλυκόλη με περισσότερα από 1.000 ppm οργανικά οξέα με 1.000 ppm χλωριούχο, pH 3,0, ρυθμός διάβρωσης ρωγμών 1,00-1,80 mm ετησίως. Υπό αυτές τις συνθήκες, ο ομοιόμορφος ρυθμός διάβρωσης είναι < 0,025 mm/έτος, υποδεικνύοντας τη διάβρωση των ρωγμών ως τον κυρίαρχο μηχανισμό αστοχίας.

Μέτρα πρόληψης διάβρωσης ρωγμών γλυκόλης/θερμοσίφωνα

Ο παρακάτω πίνακας παρέχει οδηγίες για τη μείωση της διάβρωσης των ρωγμών σε συνδυασμούς αιθυλενογλυκόλης/νερού στους 90 βαθμούς, με βάση τη διαμόρφωση του θερμαντήρα και την αξιολόγηση κινδύνου ρωγμών.

Διάταξη θερμαντήρα κινδύνου ρωγμής Προτεινόμενη αλλαγή σχεδίασης Αναμενόμενος ρυθμός διάβρωσης ρωγμών (mm/έτος)
Αποστάτες σωλήνων PTFE (απόσταση 0,2-0,5 mm) Αντικατάσταση στηριγμάτων με συγκόλληση υψηλής τιτανίου<0.02
Φλάντζες με ελαστικά παρεμβύσματα Πολύ ψηλά Χρησιμοποιήστε συγκολλημένους ή μπραζέ συνδέσμους<0.02
Διευρυμένοι σωλήνες με κύλινδρο σε φύλλο σωλήνα Μέτρια συγκόλληση σωλήνα-σε-σωλήνα μετά την επέκταση 0,05–0,10
Εξαρτήματα υψηλής συμπίεσης Εξάλειψη? χρησιμοποιήστε συγκολλημένα εξαρτήματα<0.02
Επανασχεδιασμός υπαρχουσών ρωγμών Δεν είναι δυνατός ο επανασχεδιασμός Μέτρια Χρήση ταινίας PTFE για επιδιόρθωση του κενού 0,15–0,30
Μηχανική περισσότερο από την εξάλειψη ρωγμών

Η αντοχή στη διάβρωση της ρωγμής επηρεάζεται έντονα από την ποιότητα τιτανίου. Ο βαθμός 7 (σταθεροποιημένο παλλάδιο) έχει 3-5 φορές μεγαλύτερο χρόνο έναρξης και 50-70% χαμηλότερο ρυθμό διάδοσης από τον βαθμό 2 σε ρωγμές γλυκόλης/νερού. Το πάχος του τοίχου δίνει ένα περιθώριο υλικού. Ένας τοίχος 2,0 mm με διάβρωση σχισμών 0,5 mm ετησίως διαρκεί 4 χρόνια, αλλά ένας τοίχος 1,2 mm διαρκεί μόλις 2,4 χρόνια. Το πακέτο αναστολέων γλυκόλης έχει σημασία. Οι αναστολείς με βάση τα νιτρώδη προάγουν τη διάβρωση των ρωγμών τιτανίου, ενώ οι αναστολείς με βάση το μολυβδαινικό ή την αζόλη είναι καλοήθεις. Το κανονικό δείγμα γλυκόλης για συγκέντρωση pH, χλωρίου και οργανικού οξέος καθιστά δυνατή την προγνωστική συντήρηση. Η προσθήκη μονοαιθανολαμίνης για να διατηρηθεί το pH της γλυκόλης πάνω από 8,0 μειώνει σημαντικά την προσβολή της ρωγμής.

Κάνοντας μια προδιαγραφή με διορατικότητα

Σχεδιάστε έναν θερμαντήρα εμβάπτισης τιτανίου για 50/50 αιθυλενογλυκόλη / νερό με 500 ppm χλωριούχο στους 90 C. Κάντε το χωρίς ρωγμές-: χρησιμοποιήστε συγκολλημένα στηρίγματα σωλήνων, συγκολλημένες φλάντζες και συγκολλημένες συνδέσεις σωλήνων-σε-σωλήνες. Εάν δεν εξαλειφθούν ρωγμές, χρησιμοποιήστε τιτάνιο βαθμού 7 και ελέγχετε όλα τα σημεία ρωγμών κάθε τέταρτο με ένα βοθροσκόπιο ή διεισδυτικό χρώμα. Για θερμαντήρες που βρίσκονται ήδη σε λειτουργία και αντιμετωπίζουν διάβρωση με ρωγμές, τοποθετήστε ξανά με ταινία PTFE ή στεγανωτικό σιλικόνης για να καλύψετε τα κενά και προσθέστε μολυβδαινικό νάτριο στη γλυκόλη στα 200 ppm ως αναστολέας διάβρωσης. Ελέγξτε τη γλυκόλη για πτώση pH κάτω από 6,0 κατά τη λειτουργία. Εάν διαπιστωθεί πτώση του pH, αλλάξτε αμέσως τη φόρτιση της γλυκόλης. Η διάβρωση της ρωγμής μπορεί να προκαλέσει αστοχίες του θερμαντήρα 15-50 φορές πιο γρήγορα από την ομοιόμορφη αραίωση. Γνωρίζοντας αυτό, ο μηχανικός δίνει έμφαση στη μείωση της ρωγμής έναντι της επιλογής ποιότητας υλικού στην υπηρεσία αιθυλενογλυκόλης/νερού.