Miten 70-30 kupronikkelin eroosionkestävyys-korroosionkestävyys verrataan PTFE:hen korkeanopeuksisessa merivedessä?

Liikkuva suolavesi, erityisesti silloin, kun se kantaa suspendoitunutta hiekkaa tai kuorikappaleita, toimii nestemäisenä hiekkapuhalluksena lämmönvaihdinputken sisällä. Kaksi merivesipalveluissa tyypillisesti käytettyä materiaalia --70-30 kupari-nikkeli ja PTFE - reagoivat tähän mekaaniseen väärinkäyttöön aivan eri tavalla. Haasteena on enemmän kuin vain korroosionkestävyys. Varsinainen taistelu on nopean hiukkasiskun aiheuttamaa hajoamista vastaan.

Tulos voi näyttää ristiriitaiselta 70-30 kupronikkelin ja PTFE:n eroosiokorroosion meriveden vertailussa. Koska PTFE on kemiallisesti inertti merivedelle, kun taas kuparilejeeringit ovat edelleen sähkökemiallisesti aktiivisia metalleja. Mutta hankaavissa suuren nopeuden virtausolosuhteissa sitkeämpi metalliseos voi joskus kestää kauemmin kuin pehmeämpi polymeeri, kun eroosiosta tulee hallitseva vikatila.

Merivesijärjestelmän eroosio-korroosio
Eroosio{0}}korroosio on yhdistetty mekaaninen ja sähkökemiallinen ilmiö.

Fluid Velocityn vaikutus
Kun meriveden nopeus kasvaa,

Turbulenssi pahenee

Ohuet rajakerrokset

Hiukkasten törmäysenergian kasvu

pinnan kuluminen nopeutuu

Suspendoituneiden kiintoaineiden tapauksessa materiaali poistetaan fyysisesti putken seinämästä nestevirran vaikutuksesta.

Hiekka hioma-aineena
Hienot hiekkahiukkaset voivat aiheuttaa:

Pinnan talttaus

Nauhakalvo

Mikroleikkaus

Iskuväsymys toistui

Vakavuus vaihtelee:

Hiukkasten pitoisuus

Partikkelikoot

Hiukkaskovuus

Partikkelin muoto

Virran nopeus

Kvartsihiukkaset ovat erittäin vihamielisiä niiden terävyyden, kovuuden ja kulmageometrian vuoksi.

Kuinka 70-30 Cupronickel suojaa itseään
70-30 kupari-nikkeliseos on noin:

70 % kuparia

30 % nikkeliä

Tätä metalliseosta on käytetty pitkään merenkulun lämmönvaihtimissa suojaavan oksidipäällysteen muodostumisen vuoksi.

Itse{0}}parantava oksidikerros
Seos kehittyy altistuessaan merivedelle:

Lujasti kiinnittyvä kuparioksidipinnoite

Tämä oksidipinnoite muodostaa suojaavan kerroksen lisävaurioita vastaan.

Metalli on peitetty itsestään-paranevalla keraamisella kuorella. Polymeerin ainoa puolustus on sen liukas.

Vastus suurella virtausnopeudella
Puhtaassa merivedessä oksidikalvo voi olla stabiili suuruusluokkaa olevilla nopeuksilla:

3-4 m/s

Tällä alueella:

Filmin poisto edelleen rajoitettu

Pintahyökkäys edelleen hallinnassa

Suojakerrosta uudistetaan jatkuvasti

Jos kuluminen häiritsee oksidikalvoa hieman, paljastunut metalli hapettuu nopeasti uudelleen ja palauttaa suojan.

Seoksen sitkeys (mekaaninen)
Alla oleva kupari-nikkelipohjamateriaali tarjoaa myös mekaanista joustavuutta.

Seos on

Joustavuus

Vaikea

Halkeamankestävä

Iskuenergian absorptiokapasiteetti

Tämä mekaaninen lujuus auttaa estämään katastrofaalisia pintavaurioita jopa turbulenttisissa virtausolosuhteissa.

PTFE:n reaktio hankaavaan meriveteen
Erona PTFE:hen on se, että se ei ole metalli eikä se ole riippuvainen sähkökemiallisesta suojauksesta.

Täydellinen kemiallinen inertisyys PTFE on:

Korroosionkestävyys merivedelle

Ei altis kloridin hyökkäykselle

Kestää kemiallista biologista likaantumista

Vakaa suolaisessa vedessä.

Korroosioprosessia ei tapahdu eikä oksidikalvoa hajoa.

Puhdasta mekaanista hankausta
PTFE:n vikaprosessi on käytännössä yksinomaan mekaaninen.

Polymeeripinta voidaan altistaa:

naarmuja

Pinnan eroosio

Hiukkasten eroosio

Progressiivinen materiaalin menetys

PTFE on suunnilleen yhtä kovaa kuin ihmisen kynsi, joten suurella virtausnopeudella se voi vaurioitua toistuvista hiekan iskuista.

PTFE:n nopeusrajoitukset
PTFE:llä ei ole metalliseosten kovuutta, ja sen turvallinen toimintanopeus hiomakäytössä on huomattavasti pienempi.

Clean Water Flow vs Sand Laden Flow
PTFE toimii hyvin puhtaassa merivedessä kohtuullisessa virtausolosuhteissa.

Kuitenkin hiekkalietepalvelussa:

Käytännön nopeusrajat voivat laskea noin 1-2 m/s

Tämän alueen ulkopuolella:

Kulutusaste voi kasvaa nopeasti

Pinta voidaan ohentaa.

Pitkäaikainen{0}}rakenteen eheyden heikkeneminen

Sallittu raja on hyvin riippuvainen suspendoituneiden kiintoaineiden pitoisuudesta ja aggressiivisuudesta.

Hiukkasten ominaisuuksien merkitys
PTFE:n eroosio on paljon suurempi, jos hiukkaset ovat:

Pyöreä ei kulmikas

Iso, ei hyvä

Kova ei pehmeä

Vaikka sileä liete pieninä pitoisuuksina voi aiheuttaa hyvin vähän vahinkoa, terävät piidioksidihiukkaset voivat liuottaa polymeeriä paljon voimakkaammin.

Miksi 70-30 Cupronickel on joskus kestävämpi kuin PTFE?
Puhtaita kemiallisia korroosioaineita harkittaessa PTFE on yleensä parempi.

Vertailu on kuitenkin erilainen hankaavien merivesiolosuhteiden tapauksessa.

Inertiteetti ja kovuus
70-30 Cu-Ni:n etuja

Lisääntynyt pinnan kovuus

Oksidisuojaus itse{0}}korjaava

Parempi vastustuskyky hiukkasten leikkaamiseen

PTFE tarjoaa:

Täydellinen kemiallinen immuniteetti

Matalakitkaisten pintojen käyttäytyminen

Ei sähkö{0}}kemiallista hajoamista

Mutta sen häiritsevä puute erosiivisessa palvelussa on pehmeys.

PTFE:n ainoa suoja on kitka
Etuna on, että PTFE:llä on alhainen kitkakerroin.

Liukas pinta voi:

Vähentää hiukkasten tarttumista

Vähentynyt liukukitka

Hävittää jonkin verran vaikutusenergian siirtoa

Tämä etu ei kuitenkaan välttämättä riitä kompensoimaan materiaalin heikentynyttä kovuutta voimakkaassa hankaavassa virtauksessa.

Jokaisen materiaalin tyypilliset sovellukset
Optimaalinen materiaalivalinta riippuu siitä, onko korroosio vai eroosio pääasiallinen tekijä sovelluksessa.

Missä 70-30 kupronikkeliä loistaa
Cupronickel menestyy edelleen erittäin hyvin:

lauhduttimet merikäyttöön

Jäähdytyslaitteet, laivasto

Suuren virtauksen suolavesiputkisto

Hiekankestävä vaihdinhuolto

varsinkin kun virtausnopeus on suuri, mutta kemia on jokseenkin tyypillistä.

Missä PTFE loistaa
PTFE on erinomainen seuraavilla alueilla:

Erittäin syövyttävän kemikaalin merivesisekoituksia

Kloorausjärjestelmät

Merivesien happamoittaminen

Biofouling Control Systems

edellyttäen, että suspendoituneita hankaavia kiintoaineita on rajoitetusti.

Järjestelmäsuunnittelun vaikutus
Materiaalin suorituskyky riippuu myös voimakkaasti vaihtimen muodosta ja hydrauliikan rakenteesta.

Virtauksen hallinta
Eroosion vähentäminen voi sisältää:

Virtausnopeuden vähentäminen

Tasaisemmat kyynärpäät

Eliminoi äkilliset suunnanmuutokset

Hiekanerottimen asennus

Hybridisuunnittelustrategiat
Jotkut järjestelmät sekoittavat materiaaleja tarkoituksella:

PTFE kemiallisesti aggressiivisissa ympäristöissä

Cu-Ni hioma-aineiden virtausalueilla

Tällä tavalla jokaista ainetta voidaan hyödyntää valikoivasti.

Yhteenveto
Arvio 70-30 kupronikkelistä PTFE:hen verrattuna nopeassa merivedessä on klassinen tekninen kompromissi kemiallisen inertin ja mekaanisen kestävyyden välillä. PTFE kestää täysin meriveden aiheuttamaa korroosiota, vaikka sen suhteellisen pehmeä pinta voi kulua voimakkaasti, kun se altistuu nopeasti-liikuvalle, hiekkaa sisältävälle virtaukselle. Käytännössä tällaisissa olosuhteissa nopeudet rajoittuvat ehkä 1-2 m s-1:een.

Sitä vastoin 70-30 kupari-nikkeli suojaa itseään kestävällä, itsestään paranevalla kuparioksidipinnoitteella, joka kestää suolaveden nopeuksia 3–4 m/s puhtaassa käytössä ja jatkaa toipumistaan ​​kohtalaisista hankausvaurioista. Tämä suojaava pinnoite yhdessä lejeeringin sitkeyden ja mekaanisen kimmoisuuden kanssa voi mahdollistaa pidemmän käyttöiän äärimmäisen syövyttävässä meriympäristössä.

Siten kovassa hiekkaisessa merivedessä vaikeampi metalliseos voi olla yleisesti kestävämpi kuin kemiallisesti ylivoimainen polymeeri. Loppujen lopuksi merenkulun lämpöjärjestelmien materiaalin valinta on taistelu kahden eri vahvuuden välillä: metallin kyky parantaa itseään ja kestää fyysistä iskua sekä polymeerin kyky jättää kemiat huomioimatta.