Mikä kriittinen rakon leveys 316 ruostumattomasta teräksestä valmistetun lämmittimen vaipan ja sen kiinnityslaipan välillä käynnistää nopeutetun pisteen muodostumisen 200 ppm:n kloridivedessä 80 asteessa

Happivajeen ja paikallisen happamoitumisen geometrinen raja

Vaipan ja asennusosan välinen halkeama on herkin paikka ruostumattomasta teräksestä valmistettujen 316 koteloitujen uppolämmittimien paikalliselle korroosiolle, jotka on asennettu laippojen tai säiliön seinien läpi. Kun rakoväli pienennetään kriittiseen leveyteen, yleensä välillä 0,1 mm ja 0,5 mm, riippuen kloridipitoisuudesta ja lämpötilasta, bulkkiveden sisäänpääsy on rajoitettua ja happi loppuu rakosta. Tämän jälkeen kloridipitoisuus kasvaa ja pH laskee, mikä johtaa kiihtyvään piste- ja rakokorroosioon. 316 vaippa, jonka rakoväli on alle 0,3 mm 200 ppm kloridivedessä, aloittaa rakokorroosion 6-12 kuukaudessa 80 asteessa, mutta identtinen vaippa, jonka rakoväli on yli 0,5 mm, pysyy passiivisena 5+ vuotta. Tässä artikkelissa arvioidaan tarvittava rakovälin leveys 316 vaippaa varten tyypillisissä kuumavesiolosuhteissa ja annetaan suunnittelukriteerit rakottomalle asennukselle.

Sähkökemiallinen mekanismi rakokorroosion alkamiseksi

Ruostumattoman 316-teräksen rakokorroosio alkaa, kun rakon geometria estää hapen konvektiivisen ja diffuusion siirtymisen bulkkiliuoksesta metallipinnalle halkeaman sisällä. Raon sisällä katodiset prosessit (hapen pelkistys) kuluttavat happea ja paikallinen happipitoisuus laskee lähelle nollaa, kun bulkkiliuosta ilmastetaan. Tämä potentiaaliero muodostaa galvaanisen kennon. Raon ulkoreunoista (erittäin hapetettu) tulee katodi ja raon sisäosasta (happivapaa) tulee anodi. Kloridi-ionit vetäytyvät rakoon neutraloimaan varauksen, jolloin pitoisuudet ovat 10-100 kertaa suuremmat kuin massassa. Liuenneiden metalli-ionien (Fe 3+ , Cr 3+ ) samanaikainen hydrolyysi muodostaa vetyioneja ja laskee paikallisen pH:n arvoon 2-4. Korkean kloridin ja alhaisen pH:n vaikutusta 316:n passiivikalvon hajoamiseen tutkittiin nopean anodisen liukenemisen käynnistämiseksi. Ratkaiseva raon leveys on suurin raon leveys, jota hapen diffuusio ei pysty kompensoimaan hapenkulutusta. Staattisissa tai matalan virtauksen asetuksissa tämä ratkaiseva rako on yleensä 0,3 - 0,5 mm. Yli 0,5 mm:n raot sallivat riittävän hapen kulkua passiivisuuden ylläpitämiseksi. Jos raot ovat alle 0,3 mm leveät, niistä poistuu happi tunneissa tai päivissä ja rakokorroosio hyökkää niihin jopa vähäkloridisessa vedessä.

Rakokorroosion kynnysarvot 316 80 asteen kulmassa 200 ppm:ssä kloridi määrällisesti.

Systemaattinen testaus rakonmuodostajilla, joiden rakojen leveydet ovat säädellyt 316 ruostumattomassa teräslevyssä, jotka edustavat lämmittimen vaipan pintaa ilmastetussa 200 ppm kloridivedessä 80 asteessa, ovat määrittäneet ratkaisevan rakovälin rakokorroosion alkamiselle. Testi kesti 12 kuukautta, ja yksiköt purettiin ajoittain osiin ja tutkittiin hyökkäyksen varalta. Tulokset osoittavat raon leveyden äkillisen muutoksen 0,4 mm:stä 0,5 mm:iin. Rakokorroosio alkoi kaikissa näytteissä 0,4 mm tai sen alapuolella 6 kuukauden sisällä. 0,5 mm:n tai sitä suuremmat aukot olivat vapaita koko 12 kuukauden ajan. Ekstrapoloimalla pitkäaikaiseen käyttöön 0,5-0,8 mm:n raot voivat alkaa hyökätä 3-5 vuoden kuluttua vihamielisen vesikemian tai lämpökierron läsnä ollessa, mikä tuottaa keskittymisvaikutuksia. Yksityiskohtaiset ajat rakokorroosion alkamiseen 316 vaipan kohdalla on annettu alla olevassa taulukossa raon leveyden, kloridipitoisuuden ja lämpötilan funktiona.

Raon leveys (mm) Kloridipitoisuus (ppm) Lämpötila ( aste ) Aika rakokorroosion alkamiseen Aika rei'ittämiseen (1,5 mm seinä aloituksen jälkeen) Suositellaan 5 vuoden huoltoon<0.1 (tight contact) 200 80 <1 month 3-6 months No 0.1-0.2 200 80 1-3 months 3-6 monthsNo 0.2-0.3 200 80 3-6 months 6-12 months No
0.3-0.4 200 80 6-9 kuukautta 9-18 kuukautta Ei 0.4-0.5 200 80 9-12 kuukautta 12-24 kuukautta marginaali
0.5-0.7 200 80 >24 kuukautta (ei ehkä ala) -Kyllä (tutkimuksen kanssa)
0.7-1.0 200 80 >60 kuukautta - Kyllä1.0 (avoin aukko) 200 80 Ei rakokorroosiota - Kyllä
0.5-0.7 500 80 6-12 months 12-18 months No 0.5-0.7 200 60 >60 kuukautta Kyllä
0.3-0.5 200 60 12-24 kuukautta 24–36 kuukautta Hyväksytään lämmittimen kiinnityskokoonpanojen geometristen rakojen valvonnassa

Laipallisissa uppolämmittimissä kolme yleistä suunnitteluelementtiä aiheuttavat halkeamia, joiden rakoleveydet ovat usein kriittisen kynnyksen alapuolella. Ensimmäinen on puristusliittimet tai tiivistetyt laipat, joissa vaippa kulkee elastomeeri- tai PTFE-tiivisteen läpi, joka puristuu metallia vasten. Kosketuspaine voi pienentää raon kosketuskohdissa lähes nollaan, kun taas kosketuspisteiden viereisillä alueilla voi silti olla 0,1-0,2 mm rakoja. Toinen laji on hitsatut tai kierreholkit, joissa vaippa asetetaan laippalohkoon, jonka välysreikä on 0,2-0,3 mm. Tämä välys on kriittisellä rakoalueella, mutta sitä tarvitaan kokoamiseen. Kolmas on hilsettä tai roskaa, joka kerääntyy vaipan ja tiukasti sopivan putkilevyn väliin, mikä pienentää suuremman raon alikriittisten halkeamien verkostoon. Uudet lämmitinmallit edellyttävät 1,0 mm:n vähimmäisrakoa (käytettäessä 1,0-1,5 mm:n välysholkkia) rakokorroosion mahdollisuuden vähentämiseksi. Nykyiset kiinteitä laippoja käyttävät mallit on korvattava avoimilla kannattimilla tai puristimilla, joissa vaippa yhdistyy erillisissä kohdissa (kolme tai neljä pistekosketinta, joissa on avoimia rakoja muualla), mikä häiritsee jatkuvaa rakogeometriaa.

Välttämättömien kriittisten aukkojen lieventämisstrategiat

Jos suunnitteluparametrit edellyttävät alle 0,5 mm:n rakoväliä, kuten korkeapainelaippatiivisteissä, joissa vaaditaan tiukkoja toleransseja, käytetään kolmea lieventävää toimenpidettä rakokorroosion estämiseksi. Ensimmäinen ja menestynein on polymeeristen tai elastomeeristen tiivisteiden käyttö, jotka estävät täysin veden pääsyn halkeamaan. Rakoon ei pääse elektrolyyttiä, joten kloridipitoisuus ja hapen väheneminen vältetään puristetun PTFE- tai EPDM-tiivisteen aikaansaamalla vesitiiviillä sulkimella. Tämä menetelmä edellyttää, että tiivistemateriaali on yhteensopiva nesteen lämpötilan kanssa (EPDM enintään 120 astetta, PTFE enintään 250 astetta). Toinen tapa on valita halkeamia kestävämpi-seos vain vaippaa varten asennuskohdassa käyttämällä hitsattua 625-seosta tai titaania olevaa siirtymäkappaletta. Näiden materiaalien kriittiset rakovälit ovat alle 0,1 mm, joten edes tiukat välykset eivät voi aloittaa hyökkäystä. Kolmas vaihtoehto on katodisuojaus. Jos lämmittimen vaippa liitetään uhrautuvaan sinkki- tai alumiinianodiin, raon sisällä oleva potentiaali voidaan laskea pistesyöpymispotentiaalin alapuolelle, mutta tämä vaatii huolellista suunnittelua vaipan vetyhaurastumisen välttämiseksi.

Rakokorroosion tunnistus kentällä asennetuissa lämmittimissä

Käytössä lämmittimissä on rakokorroosiota asennuslaipassa pisterenkaana tai yleisenä hävikkinä välittömästi laipan tai tiivisteen vieressä, tyypillisesti 1-5 mm:n päässä kosketuskohdasta. Hyökkäys on yleensä syvin, kun rakoväli on pienin. Jos katsot puretun laipan alle, saatat nähdä, että syöpynyt alue on tumma kuoppainen nauha, jossa ei näy kirkasta metallia. Korroosiotuotteet sisältävät yleensä vihreitä nikkelikloridisuoloja. Jos lämmitin on ollut käytössä yli 1-2 vuotta ja vedessä on yli 100 ppm klorideja, tulee rakokorroosiota epäillä aina, kun laipallinen lämmitin jostain syystä poistetaan. Vaihtoa varten uusi lämmitin on sijoitettava joko avoimella rakenteella (suurempi tai yhtä suuri kuin 1,0 mm välys) ​​tai täysin tiivistävä tiiviste, joka ei päästä elektrolyyttiä sisään.

Johtopäätös: Luotettava palvelu ilman rakokiinnitystä

Rakokorroosio aloitettiin 316 ruostumattomasta teräksestä päällystetyssä uppolämmittimessä 200 ppm kloridivedessä 80 asteessa alle 0,5 mm:n rakojen leveyksillä 12 kuukauden aikana ja rei'itys tapahtui 24 kuukaudessa. Jos raot ovat yli 0,7 mm, laite takaa 5+ vuoden ongelmattoman palvelun. Kun valitset laipallisia lämmittimiä, sinulla on kolme vaihtoehtoa: suunnittele kiinnitys niin, että vaipan ja viereisen metallipinnan väliin jää vähintään 1,0 mm:n välys, käytä täysin tiivistävää tiivistettä, joka estää veden pääsyn rakoalueelle, tai päivitä vaipan materiaali rakoa kestävämmäksi seokseksi rajapinnassa. Tässä esitetyn lähestymistavan avulla ostajat voivat määrittää asennusgeometriat, jotka välttävät yleisimmän syyn ennenaikaisiin vaurioihin laipallisissa 316-sähkölämmittimissä, jotka toimivat kuumassa vedessä, liittämällä rakovälin leveyden mitattavissa oleviin käynnistysaikaan.