Zakaj v titanovem električnem grelniku, ki se uporablja za vzdrževanje 20-odstotne brozge natrijevega bikarbonata pri 60 stopinjah, grelnik hitreje odpove zaradi obrabe kristalov bikarbonata kot zaradi elektrokemične korozije?

S segrevanjem raztopine se oborijo bikarbonatni kristali. To je gošča 20 % natrijevega bikarbonata (NaHCO3) pri 60 C. Mohsova trdota teh kristalov je 2,5–3,0, kar je nekoliko nižje od trdote titana, 3,5–4,0. Toda kristali povzročajo abrazivno obrabo v pogojih toka. Ta stopnja odrgnjenja je 0,2–0,5 mm yr^-1, kar je za red velikosti več kot stopnja elektrokemične korozije 0,01–0,05 mm yr^-1, v mehanizmu odpovedi pa prevladuje abrazija. Udar kristalov na površino titana mehansko odstrani pasivni film in kovino pod njim.

Mehanizmi razgradnje bikarbonatnih gošč zaradi abrazije

Padajoča topnost NaHCO₃ povzroči kristalizacijo natrijevega bikarbonata z naraščajočo temperaturo. Kristali so ostri-robovi in ​​oglati. Hitrost toka gošče, ki vsebuje kristale na površini grelnika, je bila 0,5–2 m/s. »Vsak udarec odstrani majhno količino materiala z mikro-rezanjem in oranjem. Ker ni pasivne prevleke (odstranjuje se nenehno), ima elektrokemična korozija manjšo vlogo pri skupni izgubi materiala. Stopnja obrabe sledi Archardovemu zakonu: prostornina obrabe ∝ (obremenitev × drsna razdalja)/trdota.

Elektrokemična korozija proti kvantitativni abraziji

Pri kontroliranem testiranju v 500 urah v 20-odstotni raztopini NaHCO3 pri 60 stopinjah pri hitrosti pretoka 2 m/s je bilo dokazano, da titan kaže naslednje. Sama stopnja elektrokemične korozije (v stacionarni tekočini-brez delcev) je 0,01–0,05 mm na leto, kar predstavlja 5–10 % celotne okvare. Okvara je posledica 60–75 % udarca kristala s stopnjo abrazije 0,15–0,35 mm/leto. Sinergija erozije in korozije (abrazija in korozija skupaj) je 0,05-0,15 mm/leto in predstavlja 15-30 % celotne okvare. Celotna izguba materiala je 0,25–0,55 mm letno-1, pri čemer je primarni proces abrazija.

Učinki koncentracije trdnih delcev in hitrosti toka na stopnjo abrazije

Koncentracija trdnih snovi in ​​hitrost pretoka povečata stopnjo abrazije. Stopnja obrabe pri 10 % trdnih snovi in ​​1 m/s 0,08–0,15 mm na leto Skupna izguba materiala 0,12–0,22 mm na leto Stopnja obrabe je 0,12–0,25 mm/leto pri 20 % trdnih snovi in ​​1 m/s, medtem ko je skupna izguba 0,18–0,35 mm/leto. Pri 20 % trdnih snovi in ​​2 m/s je stopnja obrabe 0,20–0,40 mm/leto, skupna izguba pa 0,25–0,55 mm/leto. Pri 30 % trdnih delcev in 2 m/s je stopnja obrabe 0,30–0,55 mm/leto, skupna izguba pa 0,40–0,70 mm/leto. Pri 20 % trdnih delcev in 3 m/s je stopnja obrabe 0,35–0,65 mm/leto, skupna izguba pa 0,45–0,80 mm/leto.

Zaščita pred obrabo za grelnike gnojevke bikarbonata: vodnik

Priporočila za zaščito titanovih grelnikov stopnje 2 v 20-odstotni raztopini natrijevega bikarbonata pri 60 stopinjah so podana v spodnji tabeli.

Stanje gnojevke Hitrost pretoka (m/s) Stopnja abrazije (mm/leto) Skupna izguba materiala, mm/leto Priporočena pričakovana življenjska doba zaščite (stena 1,5 mm)
Nizka vsebnost trdnih snovi (<10%) <1 0.08–0.15 0.12–0.22None 5-8 Years
Zmerne trdne snovi (10–20 %)<1 0.12–0.25 0.18–0.35 Coated with TiN 3–5 years
Zmerne trdne snovi (10-20 %)1–2 0.20–0.40 0.25–0,55 obrabni rokav, zamenljiv. 2-3 let
Visoka trdnost (20–30 %) 1–2 0.30–0.55 0.40–0,70 Zmanjšajte hitrost + premaz 1–2 leti
High solids (>20%) > 2 > 0,35 > 0,45 Postopek preoblikovanja < 1 leto
Inženiring več kot zaščita pred obrabo

Stopnja titana malo vpliva na njegovo odpornost proti obrabi. Razred 2, razred 7 in razred 12 so enakovredni po trdoti. Debelina stene omogoča obrabo. Stena debeline 2,0 mm z obrabo 0,30 mm na leto bo trajala 6-7 let. Plast titanovega nitrida (TiN), nanešena s fizičnim naparjevanjem, ima trdoto 2000 HV in zmanjša obrabo za 70 do 80 odstotkov. Lahko je nadomestni obrabni tulec in je iz kaljenega nerjavečega jekla ali keramike. S spreminjanjem hitrosti črpalke ali dodajanjem pregrad lahko zmanjšate hitrost pretoka, kar zmanjša stopnjo abrazije. Hidrociklon lahko odstrani kristale iz gošče, preden se dovede do grelnika.

Zagotavljanje informirane specifikacije

Pri titanovem električnem grelniku v 20-odstotni raztopini natrijevega bikarbonata pri 60 stopinjah mora biti hitrost pretoka omejena na manj kot 1 m/s, da se ohrani stopnja obrabe pod 0,15 mm/leto. Kjer se večjim hitrostim pretoka ni mogoče izogniti, določite prevleko TiN (debelina 5 µm) ali zamenljivo obrabno pušo. Za nove instalacije mora imeti rezervoar ločeno grelno komoro brez recirkulacije gnojevke. Nadzor grelnika za redčenje z ultrazvočnim merjenjem debeline vsakih 6 mesecev med delovanjem. Če je stopnja erozije večja od 0,2 mm na leto, dodajte usmerjevalnik toka ali zmanjšajte hitrost črpalke. Inženir nadzoruje abrazijo kot glavni mehanizem okvare za podaljšanje življenjske dobe titanovih grelnikov pri uporabi gnojevke natrijevega bikarbonata.