Miks kiirendab ülesvoolu süsinikterasest pärit roosteosakeste esinemine soolvees titaanküttekeha otsakatte galvaanilist korrosiooni drastiliselt?

Titaanist sukelküttekehasid kasutatakse tavaliselt soolveesüsteemides, millel on ülesvoolu süsinikterasest torud, mahutid või soojusvahetid. Soolvees on süsinikteras allutatud looduslikule korrosioonile, mis tekitab roosteosakesi, enamasti raudoksiide (Fe2O3, Fe3O4) ja oksühüdroksiide. Need osakesed transporditakse koos soolvee vooluga ja sadestuvad lõpuks süsteemi pindadele, näiteks titaansoojendi otsakorgile. Otsakork on tavaliselt keevitatud sulgur kuumutustoru otsas, mis on sageli valmistatud samast klassist titaanist, kuid erineva pinnaviimistlusega. Elektrolüüdis (soolvees) moodustavad titaanile ladestuvad roosteosakesed galvaanilise elemendi. Kloriidilahustes on rooste elektrokeemiliselt üllas kuni titaan, mille puhkepotentsiaal on 200–400 mV positiivsem. Tulemuseks on iga roosteosakest ümbritseva titaani kiire lokaalne korrosioon, mille tulemuseks on täppide moodustumine ja võimaliku otsakatte perforatsioon.

Rooste põhjustatud galvaanilise korrosiooni elektrokeemiline mehhanism

Titaanil 3–5% NaCl soolvees on selle TiO₂ kihi tõttu passiivne potentsiaal ligikaudu +0.1 kuni +0.3 V vs. Ag/AgCl. Roosteosakesed, eriti magnetiit (Fe3O4), on pooljuhtivad ja nende segapotentsiaal on +0.5 kuni +0.7 V vs. Ag/AgCl. Seejärel suletakse vooluring elektrolüüdi poolt, kui roosteosake tabab titaani pinda. Roosteosake toimib katoodina, kus toimub hapniku redutseerimine: O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻ Osakese kõrval olev titaan toimib anoodina ja lahustub Ti⁴⁺-na. Anoodne piirkond on üsna piiratud, sageli rooste ladestumisest 1-2 osakese läbimõõduga. Titaani lahustamiseks kiirusega 1-5 mm aastas võib voolutihedus anoodil olla kuni 1-5 mA/cm2. Otsakork on eriti tundlik, kuna see on sageli muutuva pinnaviimistlusega (nagu keevitatud või marineeritud toru) ja võib sisaldada keevisõmbluses pragusid, kuhu võivad koguneda roosteosakesed.

Roosteosakeste korrosioonikiiruse kiirenemise kvantifitseerimine

2. klassi titaanist otsakatte kupongide korrosioonikiirused 5% NaCl soolvees temperatuuril 50 kraadi kontrollitud katseseadetes on määratud järgmiste roosteosakeste tingimuste jaoks:

Puhas soolvesi, roosteosakesed puuduvad: Passiivvoolutihedus 0,05–0,10 µA/cm2. Korrosioonikiirus alla 0,01 mm/aastas. Otsakate on endiselt hiilgav ja -roosteta ka pärast 5000 tundi.

Roosteosakesed, mida kasutatakse 10 ppm, pidevalt voolavad: korrosioonikiirus 0,08-0,15 mm aastas. lokaliseeritud süvendid osakeste kokkupuutekohtades süvendite sügavusega 20–50 µm 1000 tunni pärast.

Roosteosakesed suurendasid voolu korrosioonikiirust 0,3-0,6 mm/aastas 50 ppm juures. Kaevu sügavus 100–200 µm 1000 tunni pärast. Otsakorgil on osakeste ladestusi ümbritsev ilmselge värvimuutus.

Lisatud roosteosakesed 200 ppm, voolamine: Korrosioonikiirus 1,0-2,0 mm/aastas Kaevu sügavused 1000 h järel jäävad vahemikku 300-600 µm. Otsakorgi perforatsioon 1,0 mm seinale 500 kuni 1000 tundi.

Roosteosakeste settimine horisontaalsele otsakattele (seisev sade) Kohalik korrosioonikiirus > 5 mm/a. 1,2 mm standardse otsakorgi täielik perforatsioon 3–6 kuuga. Sügav auk tungib keevisõmbluse kuumuse mõjutatud tsooni.

Kaitsestrateegia otsakorgis roosteosakestega kokkupuute eest

Järgmises tabelis on esitatud otsustuspuu titaanist küttekehade otsakatete kaitsmiseks süsinikterasest ülesvoolu korrosiooni ja soolvee voolu korral.

Ülesvoolu süsinikterase seisukord ja soolvee voolu soovitatav otsakorgi kaitsestrateegiaJoonis 2. Põhimõte ja galvaanilise korrosiooni leevendamine
New carbon steel with less corrosion and high flow (>1 m/s)Standardne sile keevisõmblus, 2. klassi otsakorkFlow takistab osakeste settimist. Vastuvõetav risk 3–5-aastase kasutusea jaoks
Vähese korrosiooniga vananenud süsinikteras (50-100 ppm), katkendlik voolamine PTFE-kattega otsakate (0,5 mm paksune) Kate isoleerib elektriliselt titaani roosteosakeste eest. Katmine iga 2 aasta tagant.
Heavy corrosion upstream (>200 ppm), väikese voolu/seiskumise tsoonid Otsakorgi disain isepuhastuva kaldega (min 45 kraadi). Kaldus otsakate peatab osakeste moodustumise-üles. Mitte midagi horisontaalset. Roosteosakeste püüdmiseks paigaldage ülesvoolu kurn.
Olemasolev küttekeha otsakorgiga, millel on roostejäägid Pühkige kohe 5% sidrunhappega puhtaks ja paigaldage kaitsetsinki anood. Otsakorgile kantud tsinkanood (10 g) pöörab galvaanipaari ümber. Iga-aastane anoodi vahetus.
Kriitiline teenus, mille puhul küttekeha riket ei taluta 7. klassi titaanist otsakate elektropoleeritud viimistlusega Pallaadiumi lisamine parandab titaani potentsiaali ja vähendab galvaanilise korrosiooni käivitavat jõudu. Maksimaalne töökindlus.
Tehnoloogia väljaspool otsakorgi kaitset

Teisene kaitse on otsakatte seina paksus. Suurem otsakate (2,0 mm vs 1,2 mm) pikendab perforatsiooni aega, kuid ei vähenda korrosioonikiirust. Otsakorgi geomeetria on olulisem, kuplikujulised või koonilised otsakatted heidavad osakesi, lamedad otsakatted koguvad sadestusi. Toru ja otsakorgi vaheline keevisõmblus peab olema sile ja ilma pragudeta, kuhu võivad osakesed kinni jääda. Üle 50 µm suuremate roosteosakeste eemaldamiseks ülesvoolu filtreerimine võib pikendada otsakatte eluiga 5–10 korda. Magnetiit on ferrimagnetiline. Seetõttu eraldab kütteseadmest ülesvoolu soolveetorus asuv magnetpüünis selektiivselt magnetiidiosakesi.

Teadliku spetsifikatsiooni koostamine

Titaansoojendi projekteerimisel soolvees kasutamiseks süsinikterasest komponentidest allavoolu, lisage nõue ülesvoolu osakeste filtreerimise (nimiväärtus 50 µm) või magnetseparaatori järele. Valige lameda otsakorgi asemel kuplikujuline või kooniline otsakork. Olemasolevad paigaldised: kontrollige otsakorke kord kvartalis boreskoobiga. Kui esineb roostevärvi-jääke, puhastage kiiresti nõrga happega (5% sidrunhape või 10% äädikhape) ja kontrollige ultraheli paksusmõõturiga aukude sügavust. Uute paigaldiste jaoks rasketes roostetamisolukordades määrake 7. klassi titaan kogu küttekehale, sealhulgas otsakorgile, ja lisage tsink-anood, mis on titaantraadiga otsakorgi külge kinnitatud. Tsinganood polariseerib titaani suurema negatiivse potentsiaalini ja kõrvaldab roosteosakestega galvaanilise liikumapaneva jõu. Lahendades roosteosakeste saastumise probleemi süsteemi tasandil, väldib insener kiiret ja väga lokaliseeritud korrosiooni, mis põhjustab sageli muidu korrosioonikindlate titaankuumutite otsakatte enneaegset riket.