Kuidas mõjutab pragude geomeetria (tihendi materjal ja klambri pöördemoment) titaanist küttetorude pragude korrosiooni algusaega soola aurustustiikides?

Soola aurustustiigid naatriumkloriidi, kaaliumkloriidi ja muude soolade tootmiseks soolveest töötavad temperatuuril 40-60 kraadi ja kloriidi kontsentratsioonidel alates küllastumisest (umbes 26% NaCl) kuni üleküllastumiseni koos soolakristallide sadestamisega. Titaanist küttetorusid kasutatakse aurustumistemperatuuri hoidmiseks ja soojusülekandepindade kristalliseerumise vältimiseks. Domineeriv rikkerežiim on aga pragukorrosioon torude ja toru lehtede ühenduste, tihendite all ja klambrite all. Erinevalt paljudest titaani korrosiooniprobleemidest, mis sõltuvad peamiselt sulami keemiast või seina paksusest, mõjutavad soola aurustamise teenuses pragukorrosiooni initsiatsiooniaega oluliselt mehaanilised konstruktsiooniparameetrid, nagu pragude geomeetria (pilu laius ja sügavus) ning tihendi materjal ja klambri pöördemoment. Selles artiklis hinnatakse nende muutujate mõju pragude tekkimise ajale ja pakutakse disainisoovitusi küttekeha eluea pikendamiseks soolatiikide teenindamisel.

Pragukorrosiooni mehhanism küllastunud kloriidi soolvees.
Küllastunud või peaaegu küllastunud naatriumkloriidi soolvesi temperatuuril 50 kraadi on väga agressiivne kloriidi kontsentratsiooni (umbes 5,4 M Cl-) ja puistelahuse kõrge ioontugevuse tõttu. Kuid titaan on lahtises soolvees passiivne, kuna kõrge kloriidisisaldusega ei kaasne madalat pH-d. Lõhekorrosiooni põhitingimus on hapnikupuudus praos. Titaani anoodsel lahustumisel tekib Ti4+, mis hüdrolüüsib, moodustades H+.. Selle tulemusena väheneb hapnikuvaeguse korral prao sees pH 2-3-ni. Küllastunud kloriidsoolvee puhul põhjustab pH väike langus olukorra, kus titaan ei saa uuesti passiveerida ja pragukorrosioon levib kiiresti.

Initsiatsiooniaeg, st aeg enne püsiva praorünnaku algust, on seotud hapniku ammendumiskiirusega ja pH languse kiirusega alla taaspassivatsiooniläve. Mõlemat juhib pilu geomeetria, tihendi materjali hapniku läbilaskvus ning tihendi ja titaanpinna vaheline kontaktrõhk.

Lõhe laiuse mõju
Geomeetrilistest parameetritest on kõige kriitilisem titaantoru ja vastaspinna (toru leht, tihend või klamber) vahelise pilu laius. Teatud pilu laiuse korral on hapniku difusiooni kiirus pilusse võrdeline pilu kuubiga (Ficki seadus kitsa kanali jaoks). Suuremad lüngad võimaldavad hapniku täiendamist, mis viivitab ammendumist ja pikendab initsiatsiooniaega. väiksemad vahed toovad kaasa suurema hapnikuvaeguse.

Kontrollitud pilu laiusega tehislõhedega titaanist 2. klassi proovide kontrollitud uurimine küllastunud NaCl-s temperatuuril 50 kraadi, pH 7,0, on näidanud järgmisi algusaegu (aeg nähtava rünnakuni 10-kordse suurendusega):

0,05 mm laiuse pilu korral (tüüpiline hästi-pööratud PTFE-tihendile vastu töödeldud äärikut) kaob hapnik 24–48 tunniga ja pragude rünnak algab 50–100 tunni pärast. 0,10 mm laiuse vahe korral toimub initsiatsioon 200-300 tunni pärast. 0,25 mm vahe laiuse korral ulatub algus 500 kuni 1000 tunnini. Hapniku difusioon võimaldab säilitada passiivsust ja seega ei tuvastata 5000 tunni pärast 0,50 mm laiuse pilu korral pragude rünnakut. Kui pilu laius on üle 1,0 mm, ei ole geomeetria enam pragu, vaid avatud pilu. Rünnakut ei toimu.

Praktikas tähendab see, et kõige ohtlikumad on väga kitsad praod (alla 0,1 mm). Projekteerijad peaksid tegema vahed laiemaks kui 0,5 mm (paksud tihendid või vahed) või kõrvaldama lüngad (keevisliited).

Pragude sügavuse mõjud
Prao ulatus (kaugus, mille kaudu vahe tungib tihendi alla või torulehe sisse) määrab anoodiliseks lahustamiseks saadaoleva hapniku{0}}vaese pinna hulga. Sügavamate pragude korral kiirendatakse initsiatsiooni, kuna neis on suuremad hapniku-tsoonid ja pikemad difusiooniteed antud pilu laiuse korral.

Antud pilu laiuse 0,1 mm korral lüheneb initsiatsiooniaeg 300 tunnilt 100 tunnini, kuna pilu sügavus suureneb 5 mm-lt 20 mm-le. 50 mm sügavusel toimub initsiatsioon 40{11}}50 tunni pärast. Vältige soolaaurusti hooldamisel rohkem kui 15 mm sügavusi pragusid. Toru ja toru ühenduskohad peaksid olema konstrueeritud nii, et neil oleks madal pilu (sügavus vähem kui 10 mm) või need peavad olema läbivalt keevitatud, et pragu kõrvaldada.

Tihendi materjali läbilaskvus
Tihendite materjalid erinevad oma hapniku läbilaskvuse ja soolvee imamisvõime poolest, mis mõlemad mõjutavad pragude keemiat. mitte-poorsed, mitteläbilaskvad tihendid (PTFE, PEEK, metall) tagavad tiheda tihendi ja ei võimalda hapniku difusiooni läbi tihendi enda, kiirendades seega hapniku ammendumist praos. Pehme kumm, EPDM, silikoon (poorsed, läbilaskvad tihendid): osa hapnikku võib difundeeruda läbi tihendi korpuse, et asendada pragu ja aeglustada algust.

Testiti erinevaid tihendite materjale (vahe 0,1 mm, sügavus 10 mm, küllastunud NaCl 50 kraadi juures) ja tulemused on järgmised:

PTFE tihend (läbilaskmatu) – algab 200-300 tunni pärast. EPDM-kumm (mõõdukas läbilaskvus): algab 400–600 tunni pärast. Silikoonkummi (kõrge läbilaskvusega) käivitamiseks kulub 800–1200 tundi. Tihendita (metalli{10}}kontakt, tegelikult nullvahe, poorne liides) Initsiatsioon üle 2000 tunni ja mõõduka rünnakuga.

Kompromiss-on see, et läbilaskvad tihendid neelavad soolvett ja paisuvad, mis võib aja jooksul vahe geomeetriat muuta. Silikoon ja EPDM lagunevad kuumas soolvees pika aja jooksul (2-5 aastat) ja vajavad väljavahetamist.

Kinnitusmoment ja kontaktrõhk
Tihendile ja titaani liidesele avaldatav rõhk sõltub klambri pingutamiseks kasutatavast pöördemomendist. Suurem pöördemoment tähendab tihedamaid tihendeid, mis tähendab, et tühimiku efektiivne laius väheneb ja hapnikku hajub vähem. Madalam pöördemoment (tihenduspiirangute all) annab mõnevõrra suurema efektiivse vahe, seega aeglasema pilu initsiatsiooni.

PTFE-tihendi testimine 50 mm läbimõõduga toruäärikul küllastunud NaCl-ga 50 kraadi juures annab:

Pöördemoment 20 N·m (madal) Efektiivne vahe 0,15-0,20 mm Käivitamine 400-600 tundi. Pöördemoment 40 Nm (standard) Efektiivne vahe 0,08-0,12 mm Käivitus 200-300 tundi Pöördemoment 60 N·m (kõrge) : efektiivne vahe 0,04-0,07 mm, initsiatsioon 50-100 tundi.

Parim viis soolaaurusti hooldamiseks on rakendada väikseimat pöördemomenti, mis tagab tihendi, tavaliselt 50–60 protsenti tihendi materjali soovitatud maksimumist. See tehnika suurendab tõhusat lõhet ilma lekketa.

Soolaaurustite pragude disaini rakendusmaatriks
Disainiparameetri eelistatud väärtus pikendatud eluea mehhanismi jaoks Eeldatav aeg lõhe tekkimiseni (küllastunud NaCl, 50 kraadi)
Gap width >0.5 mm (or welded)Oxygen diffusion sustained >5000 tundi (ilma rünnakuta)
Vahe laius (kui<0.5 mm unavoidable) 0.20-0.30 mmReduces oxygen depletion 500-1000 hrs
Lõhe sügavus<10 mm Anode area limited 300-500 hours
Tihendi materjal EPDM või silikoon (läbilaskev) Tihendi hapniku difusioon 400 kuni 1200 tundi.
Klambri pöördemoment Min. tihendusmoment (50-60% maksimaalsest) Maksimeerige efektiivne vahe 2-3 korda pikem kui suur pöördemoment
Vuugitoru-torukeevitused (täielik läbitung) Ei tekita pragusid (ainult süvendid) Eemaldab prao
Praktilised näpunäited soolaaurustiga küttekehade kohta
Soolaaurustustiikides on titaanist küttetorude jaoks parim konstruktsioon, kus kõik praod kõrvaldatakse täis-läbivööga keevitatud toru-to-toru lehtedega ühendustega. Kui vajatakse eemaldatavaid ühendusi, kasutage eraldumise säilitamiseks perforeeritud või ribilist tihendit ja määrake vahe laius 0,20–0,30 mm. Hapniku läbilaskvuse ärakasutamiseks kasutage PTFE asemel EPDM-i või silikoontihendeid (60-kraadise soolvee jaoks). Rakendage mullitestiga määratud minimaalset klambri pöördemomenti, mis hoiab ära lekke. Kujundage madalate süvenditega äärikud, et piirata pragude sügavust kuni 10 mm-ni. Need konstruktsioonivalikud suurendavad pragude algusaega 200–300 tunnilt (standardne PTFE tihend, suur pöördemoment) 2000–5000 tunnini, enne kui on vaja ülevaatust, või 3–6 kuud pidevat töötamist. Planeerige iga-aastane küttekeha ülevaatus ja puhastage algav pragu kerge poleerimisega, et saaksite kasutada ööpäevaringset soolatiigi tööd. 5-aastase hooldusperioodiga rakenduste jaoks on keevisliited vajalikud isegi siis, kui geomeetria on optimeeritud.