لماذا يفشل سخان الغمر المصنوع من التيتانيوم في خليط من جلايكول الإيثيلين/الماء بنسبة 50/50 مع 500 جزء في المليون من الكلوريد عند 90 درجة بشكل أسرع بسبب تآكل الشقوق مقارنة بالترقق الموحد؟
ترك رسالة
غالبًا ما يتم استخدام مجموعات جلايكول الإثيلين/الماء (50/50٪) كسوائل نقل الحرارة في الأنظمة الحرارية الشمسية، والتدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC)، وتبريد المحرك. عند درجة حرارة 90 درجة، يعتبر 500 جزء في المليون من الكلوريد الناتج من الجليكول المتدهور أو ماء التركيب معاديًا للتيتانيوم. على الرغم من أن التيتانيوم مقاوم جدًا للتآكل الموحد في هذا الخليط، بمعدلات تآكل أقل من 0.02 مم سنويًا، إلا أن الفشل يرجع في المقام الأول إلى تآكل الشقوق في دعامات الأنبوب والفلنجات والحشيات. تؤدي هندسة الشق إلى زيادة تركيز الكلوريد وانخفاض تركيز الأكسجين، في حين أن منتجات انهيار الجليكول (حمض الجليكوليك، حمض الفورميك) تقلل من الرقم الهيدروجيني المحلي. تبلغ معدلات انتشار تآكل الشقوق 0.3-1.0 مم/سنة، أي 15-50 مرة أسرع من التخفيف الموحد. يكون الفشل محدودًا للغاية ويحدث الانثقاب بينما يُترك 95% من سطح الأنبوب سليمًا.
آلية هيمنة الشقوق في مخاليط الجليكول / الماء
في المحلول السائب، يزيد جلايكول الإيثيلين من اللزوجة، مما يقلل من انتشار الأكسجين. يتم ضمان استقرار الفيلم السلبي من خلال تركيزات كافية من الأكسجين والكلوريد المعتدل. في الشق (على سبيل المثال، تحت دعامة PTFE أو عند الحشية) يتم استنفاد الأكسجين بسرعة عن طريق العمليات الكاثودية ولا يتم توفيره. تنتشر الكلوريدات في الشق للحفاظ على الحياد الكهربائي والوصول إلى مستويات تتراوح بين 2000 إلى 10000 جزء في المليون. يتحلل الجليكول حرارياً عند درجة 90 إلى أحماض عضوية (الجليكوليك، الفورميك، الأوكساليك). تعمل هذه الأحماض على خفض درجة الحموضة المحلية للشق إلى 3-4. يؤدي الكلوريد وانخفاض درجة الحموضة واستنفاد الأكسجين معًا إلى تحلل الفيلم السلبي. يكون التآكل عند أنود الشق نشطًا، مدفوعًا بالكاثود الخارجي الكبير لبقية سطح الأنبوب. إذا استمر التيار الجلفاني بين الشق (الأنود) والخارج (الكاثود)، فإن معدل الذوبان يكون كبيرًا. في نهاية المطاف، يحدث ثقب.
المقارنة الكمية لمعدلات التآكل الموحد والشقوق
كشفت الاختبارات الخاضعة للرقابة في 50/50 جلايكول إيثيلين / ماء مع 500 جزء في المليون من الكلوريد (بدءًا من الرقم الهيدروجيني 6.5) عند 90 درجة لمدة 2000 ساعة عن معدلات تآكل مختلفة جذريًا. معدل التآكل العام للأنبوب الأملس بدون شق هو فقط 0.008 إلى 0.015 مم/سنة. السطح لامع وخالي من الحفر، مما يشير إلى وجود طبقة سلبية مستقرة. وبهذا المعدل، فإن سمك الجدار الذي يبلغ 1.2 ملم سيوفر عمر خدمة يزيد عن 50 عامًا. ومع ذلك، كان معدل تآكل الشق يصل إلى 0.30-0.70 مم/سنة تحت دعم PTFE مع فجوة شق تبلغ 0.2 مم. تستمر مرحلة البدء ما بين 200 و500 ساعة، ويتطور الأخدود بعمق يتراوح بين 0.3 و0.6 ملم خلال 1000 ساعة. مع الحشية المطاطية التي بها فجوة 0.1 مم، يزيد معدل تآكل الشقوق إلى 0.50 إلى 1.00 مم/سنة، بدءًا من 100 إلى 300 ساعة وثقب جدار بسمك 1.2 مم في 1200 إلى 2400 ساعة. في الوصلة الملفوفة من أنبوب إلى صفيحة أنبوبية، يتراوح معدل تآكل الشق من 0.20 إلى 0.50 ملم سنويًا مع البدء خلال 300 إلى 800 ساعة.
تأثير تحلل الكلوريد والجليكول على شدة الشقوق
تعد شدة هجوم الشق وظيفة قوية لحالة الجليكول وتركيز الكلوريد. يعطي الجليكول الطازج (مع المثبطات) عند 100 جزء في المليون من الكلوريد درجة حموضة للشقوق تبلغ 5.5 بعد 500 ساعة مع معدل تآكل يتراوح بين 0.10-0.25 ملم سنويًا. جليكول طازج غير مقيد عند 500 جزء في المليون من الكلوريد ينخفض إلى الرقم الهيدروجيني 4.5 بمعدل 0.30-0.60 ملم سنويًا. الجليكول المتحلل حرارياً (500 ساعة عند 90 درجة) مع 500 جزء في المليون من الكلوريد يعطي الرقم الهيدروجيني 3.5. المعدل 0.60-1.00 ملم/سنة. جلايكول متدهور بشدة مع أكثر من 1000 جزء في المليون من الأحماض العضوية مع 1000 جزء في المليون من الكلوريد، درجة الحموضة 3.0، ومعدل تآكل الشقوق 1.00-1.80 ملم سنويًا. في ظل هذه الظروف، يكون معدل التآكل الموحد <0.025 مم/سنة، مما يشير إلى أن تآكل الشق هو آلية الفشل السائدة.
تدابير الوقاية من تآكل شق الجليكول/سخان الماء
يقدم الجدول أدناه إرشادات لتقليل تآكل الشقوق في مجموعات جلايكول الإيثيلين/الماء عند 90 درجة، بناءً على تكوين السخان وتقييم مخاطر الشقوق.
ترتيب سخان خطر الشقوق التغيير المقترح في التصميم معدل تآكل الشقوق المتوقع (مم / سنة)
فواصل أنبوب PTFE (مسافة 0.2-0.5 مم) ملحومة عالية من التيتانيوم تدعم الاستبدال<0.02
الشفاه ذات الحشيات المطاطية عالية جدًا استخدم موصلات ملحومة أو ملحومة<0.02
الأنابيب الموسعة بالأسطوانة في صفائح الأنابيب
إزالة تركيبات الضغط العالي؛ استخدام التجهيزات الملحومة<0.02
إعادة تصميم الشقوق الموجودة غير قادر على إعادة التصميم متوسط استخدم شريط PTFE لتصحيح الفجوة 0.15-0.30
الهندسة أكثر من إزالة الكراك
تتأثر مقاومة التآكل للشقوق بشدة بدرجة التيتانيوم. تتميز الدرجة 7 (البلاديوم المستقر) بوقت بدء أطول بمقدار 3-5 مرات ومعدل انتشار أقل بنسبة 50-70% من الدرجة 2 في شقوق الجليكول/الماء. سمك الجدار يعطي بدل مادي. الجدار الذي يبلغ سمكه 2.0 مم مع تآكل شق يبلغ 0.5 مم سنويًا يدوم 4 سنوات، لكن الجدار الذي يبلغ سمكه 1.2 مم يدوم 2.4 سنة فقط. إن حزمة مثبطات الجليكول مهمة؛ تعمل المثبطات القائمة على النتريت على تعزيز تآكل شق التيتانيوم، في حين أن المثبطات القائمة على الموليبدات أو الآزول حميدة. عينة الجليكول المنتظمة لتركيز الأس الهيدروجيني والكلوريد والأحماض العضوية تجعل الصيانة التنبؤية ممكنة. إن إضافة أحادي الإيثانول أمين للحفاظ على درجة حموضة الجليكول أعلى من 8.0 يقلل بشكل كبير من هجوم الشق.
وضع المواصفات مع البصيرة
صمم سخان غاطس من التيتانيوم يحتوي على 50/50 جلايكول إيثيلين / ماء مع 500 جزء في المليون من الكلوريد عند 90 درجة مئوية. اجعلها خالية من الشقوق-: استخدم دعامات الأنابيب الملحومة، والفلنجات الملحومة، والأنابيب الملحومة-إلى-وصلات صفائح الأنابيب. إذا لم تتم إزالة الشقوق، استخدم التيتانيوم من الدرجة 7، وافحص جميع مواقع الشقوق كل ثلاثة أشهر باستخدام المنظار أو الصبغة المخترقة. بالنسبة للسخانات الموجودة بالفعل في الخدمة والتي تعاني من تآكل الشقوق، قم بإعادة تجهيزها بشريط PTFE أو مانع التسرب السيليكوني لتغطية الفجوات وإضافة موليبدات الصوديوم إلى الجليكول عند 200 جزء في المليون كمثبط للتآكل. التحقق من الجليكول لانخفاض الرقم الهيدروجيني إلى أقل من 6.0 أثناء التشغيل؛ إذا تم العثور على انخفاض في الرقم الهيدروجيني، قم بتغيير شحنة الجليكول على الفور. يمكن أن يتسبب تآكل الشقوق في فشل السخان بمعدل 15 إلى 50 مرة أسرع من التخفيف الموحد. ومن خلال معرفة ذلك، يؤكد المهندس على تقليل الشقوق بدلاً من اختيار درجة المواد في خدمة جلايكول الإيثيلين/المياه.
