Защо титанов потопяем нагревател в смес етилен гликол/вода 50/50 с 500 ppm хлорид при 90 градуса се поврежда по-бързо от корозия в пукнатини, отколкото от равномерно разреждане?

Комбинациите етилен гликол/вода (50/50 обемни %) често се използват като топлопреносни течности в слънчеви топлинни системи, HVAC и охлаждане на двигателя. При 90 градуса, 500 ppm хлорид от влошен гликол или подхранваща вода е враждебен за титана. Въпреки че титанът е много устойчив на равномерна корозия в тази смес, със скорост на корозия под 0,02 mm на година, повредата се дължи основно на корозия в пукнатините на тръбните опори, фланците и уплътненията. Геометрията на пукнатината води до повишаване на концентрацията на хлорид и намаляване на концентрацията на кислород, докато продуктите от разграждането на гликола (гликолова киселина, мравчена киселина) намаляват локалното pH. Скоростите на разпространение на корозията в пукнатините са 0,3-1,0 mm/година, 15-50 пъти по-бързо от равномерното изтъняване. Повредата е доста ограничена и възниква перфорация, докато 95% от повърхността на тръбата остава непокътната.

Механизъм на доминиране на пукнатини в смеси гликол/вода

В насипния разтвор етиленгликолът повишава вискозитета, което намалява дифузията на кислород. Стабилността на пасивния филм се гарантира от достатъчно кислород и умерени концентрации на хлорид. В пукнатина (напр. под PTFE опора или при уплътнение) кислородът бързо се изчерпва от катодни процеси и не се доставя. Хлоридите дифундират в пукнатината, за да запазят електрическата неутралност и достигат нива от 2000 до 10 000 ppm. Гликолът се разлага термично при 90 градуса до органични киселини (гликолова, мравчена, оксалова). Тези киселини понижават локалното pH на пукнатината до 3-4. Хлоридът, ниското pH и изчерпването на кислорода заедно разграждат пасивния филм. Корозията на анодната цепка е активна, задвижвана от големия външен катод на останалата част от повърхността на тръбата. Ако галваничният ток между цепнатината (анод) и външната част (катод) се поддържа, скоростта на разтваряне е значителна. В крайна сметка се получава перфорация.

Количествено сравнение на скоростите на равномерна и цепнатина на корозия

Контролирани тестове в 50/50 етилен гликол/вода с 500 ppm хлорид (начално рН 6,5) при 90 градуса за 2000 часа разкриха коренно различни скорости на корозия. Общата скорост на корозия на гладка тръба без пукнатини е само 0,008 до 0,015 mm/година. Повърхността е брилянтна и без вдлъбнатини, което показва стабилен пасивен филм. При тази скорост дебелина на стената от 1,2 mm би осигурила експлоатационен живот над 50 години. Въпреки това, скоростта на корозия на процепа беше до 0,30–0,70 mm/година под PTFE опора с 0,2 mm празнина. Етапът на иницииране продължава между 200 и 500 часа, а бразда с дълбочина 0,3–0,6 mm се развива в рамките на 1000 часа. С гумено уплътнение, което има празнина от 0,1 mm, скоростта на корозия на пукнатината се увеличава до 0,50 до 1,00 mm/година, като започва след 100 до 300 часа и перфорира стена от 1,2 mm за 1200 до 2400 часа. В валцуваната връзка от тръба към тръбна ламарина скоростта на корозия на пукнатини е 0,20 до 0,50 mm на година с начало след 300 до 800 часа.

Влияние на разграждането на хлорид и гликол върху тежестта на пукнатината

Тежестта на атаката на пукнатината е силна функция на състоянието на гликола и концентрацията на хлорид. Пресен гликол (с инхибитори) при 100 ppm хлорид дава pH на пукнатината 5,5 след 500 часа със скорост на корозия 0,10-0,25 mm на година. Свежият неинхибиран гликол при 500 ppm хлорид пада до pH 4,5 със скорост 0,30-0,60 mm на година. Термично разграден гликол (500 часа при 90 градуса) с 500 ppm хлорид дава pH 3,5. Скоростта е 0,60-1,00 mm/година. Силно влошен гликол с повече от 1000 ppm органични киселини с 1000 ppm хлорид, рН 3,0, скорост на корозия на пукнатини 1,00-1,80 mm на година. При тези условия равномерната скорост на корозия е < 0,025 mm/година, което показва корозията в пукнатини като доминиращ механизъм на повреда.

Мерки за предотвратяване на корозия на гликол/водогревател

Таблицата по-долу дава насоки за намаляване на корозията в пукнатини в комбинации етиленгликол/вода при 90 градуса, въз основа на конфигурацията на нагревателя и оценка на риска от пукнатини.

Разположение на нагревателя за опасност от цепнатини Предложена промяна в дизайна Очаквана скорост на корозия в цепнатини (mm/год)
PTFE тръбни дистанционери (разстояние 0,2-0,5 mm) Замяна на заварени опори от висок титан<0.02
Фланци с гумени уплътнения Много високи Използвайте заварени или споени съединители<0.02
Разширени тръби с валяк в тръбен лист Умерено заваряване на тръба-към-тръбен лист след разширение 0,05–0,10
Фитинги с висока компресия Елиминирайте; използвайте заварени фитинги<0.02
Редизайн на съществуващи пукнатини Невъзможност за редизайн Умерен Използвайте PTFE лента за закърпване на празнина 0,15–0,30
Инженерство Повече от отстраняване на пукнатини

Устойчивостта на корозия в пукнатините е силно повлияна от класа титан. Степен 7 (стабилизиран с паладий) има 3-5 пъти по-дълго време за започване и 50-70% по-ниска скорост на разпространение от степен 2 в пукнатини от гликол/вода. Дебелината на стената дава надбавка за материал. Стена от 2,0 mm с корозия на пукнатини от 0,5 mm на година издържа 4 години, но стена от 1,2 mm издържа само 2,4 години. Пакетът гликол инхибитор има значение; базираните на нитрити инхибитори насърчават титанова корозия, докато инхибиторите на базата на молибдат или азол са доброкачествени. Редовната проба от гликол за pH, концентрация на хлорид и органична киселина прави възможна предсказуема поддръжка. Добавянето на моноетаноламин за поддържане на рН на гликол над 8,0 значително намалява атаката на пукнатини.

Изготвяне на спецификация с проницателност

Проектирайте титанов потопяем нагревател за 50/50 етиленгликол/вода с 500 ppm хлорид при 90°C. Направете го без-пукнатини: използвайте заварени тръбни опори, заварени фланци и заварени връзки между-тръбни-тръбни решетки. Ако няма елиминирани фисури, използвайте титан клас 7 и проверявайте всички места на пукнатини на всяко тримесечие с бороскоп или пенетрант с багрило. За нагреватели, които вече са в експлоатация и които изпитват корозия в пукнатини, монтирайте отново с PTFE лента или силиконов уплътнител, за да покриете празнините и добавете натриев молибдат към гликола при 200 ppm като инхибитор на корозията. Проверете гликола за спад на pH под 6,0 по време на работа; ако се установи спад на pH, незабавно сменете заряда с гликол. Корозията в пукнатините може да причини повреда на нагревателя 15-50 пъти по-бързо от равномерното изтъняване. Знаейки това, инженерът набляга на намаляването на пукнатините пред избора на качество на материала при услугата етилен гликол/вода.