Zakaj titanov potopni grelnik v mešanici 50/50 etilen glikola/vode s 500 ppm klorida pri 90 stopinjah hitreje odpove zaradi korozije v razpokah kot zaradi enakomernega redčenja?

Kombinacije etilen glikola/vode (50/50 vol%) se pogosto uporabljajo kot tekočine za prenos toplote v solarnih toplotnih sistemih, HVAC in hlajenju motorja. Pri 90 stopinjah je 500 ppm klorida iz pokvarjenega glikola ali ličilne vode sovražnih do titana. Čeprav je titan zelo odporen proti enakomerni koroziji v tej mešanici, s stopnjami korozije pod 0,02 mm na leto, je okvara predvsem posledica korozije v špranjah na nosilcih cevi, prirobnicah in tesnilih. Geometrija reže povzroči povečanje koncentracije klorida in zmanjšanje koncentracije kisika, medtem ko produkti razgradnje glikola (glikolna kislina, mravljinčna kislina) znižajo lokalni pH. Hitrost širjenja špranjske korozije je 0,3–1,0 mm/leto, kar je 15–50-krat hitreje kot enakomerno redčenje. Okvara je precej omejena in pride do perforacije, medtem ko 95 % površine cevi ostane nedotaknjene.

Mehanizem prevlade rež v mešanicah glikola in vode

V raztopini v masi etilen glikol poveča viskoznost, kar zmanjša difuzijo kisika. Stabilnost pasivnega filma je zagotovljena z zadostnimi koncentracijami kisika in zmernimi kloridi. V špranji (npr. pod PTFE nosilcem ali na tesnilu) kisik zaradi katodnih procesov hitro zmanjka in se ne dovaja. Kloridi difundirajo v špranjo, da ohranijo električno nevtralnost in dosežejo ravni od 2.000 do 10.000 ppm. Glikol pri 90 stopinjah termično razpade na organske kisline (glikolno, mravljično, oksalno). Te kisline znižajo lokalni pH špranje na 3-4. Klorid, nizek pH in pomanjkanje kisika skupaj poslabšajo pasivni film. Korozija na režni anodi je aktivna, poganja pa jo velika zunanja katoda na preostali površini cevi. Če se galvanski tok med režo (anodo) in zunanjostjo (katodo) vzdržuje, je stopnja raztapljanja pomembna. Sčasoma pride do perforacije.

Kvantitativna primerjava stopenj enotne in špranjske korozije

Kontrolirani testi v razmerju 50/50 etilen glikol/voda s 500 ppm klorida (začetni pH 6,5) pri 90 stopinjah 2000 ur so pokazali radikalno različne stopnje korozije. Splošna stopnja korozije gladke cevi brez razpok je le 0,008 do 0,015 mm/leto. Površina je briljantna in brez lukenj, kar kaže na stabilen pasivni film. Pri tej stopnji bi debelina stene 1,2 mm zagotavljala življenjsko dobo več kot 50 let. Vendar je bila stopnja režne korozije do 0,30–0,70 mm/leto pod PTFE nosilcem z 0,2 mm reže. Iniciacijska faza traja med 200 in 500 h, žleb z globino 0,3–0,6 mm pa se razvije v 1000 h. Z gumijastim tesnilom z razmikom 0,1 mm se stopnja režne korozije poveča na 0,50 do 1,00 mm/leto, začne se v 100 do 300 urah in preluknja steno debeline 1,2 mm v 1200 do 2400 urah. V valjanem spoju cevi in ​​cevne plošče je stopnja režne korozije 0,20 do 0,50 mm na leto z začetkom v 300 do 800 urah.

Vpliv razgradnje klorida in glikola na resnost razpok

Resnost napada špranj je močno odvisna od stanja glikola in koncentracije klorida. Svež glikol (z inhibitorji) pri 100 ppm klorida daje pH v razpoki 5,5 po 500 urah s stopnjo korozije 0,10-0,25 mm na leto. Svež neinhibiran glikol pri 500 ppm klorida pade na pH 4,5 s hitrostjo 0,30-0,60 mm na leto. Toplotno razkrojen glikol (500 ur pri 90 stopinjah) s 500 ppm klorida daje pH 3,5. Hitrost je 0,60-1,00 mm/leto. Močno pokvarjen glikol z več kot 1000 ppm organskih kislin s 1000 ppm klorida, pH 3,0, stopnja korozije 1,00–1,80 mm na leto. Pod temi pogoji je enakomerna stopnja korozije < 0,025 mm/leto, kar kaže na razpokano korozijo kot prevladujoč mehanizem odpovedi.

Ukrepi za preprečevanje korozije v špranji grelnika glikola/vode

Spodnja tabela podaja smernice za zmanjšanje korozije v špranjah v kombinacijah etilen glikol/voda pri 90 stopinjah na podlagi konfiguracije grelnika in ocene tveganja za reže.

Razporeditev grelnika za nevarnost špranj Predlagana sprememba konstrukcije Pričakovana stopnja korozije špranj (mm/leto)
PTFE cevni distančniki (razmik 0,2–0,5 mm) Zamenjava nosilcev, varjenih iz visokega titana<0.02
Prirobnice z gumijastimi tesnili Zelo visoko Uporabite varjene ali spajkane konektorje<0.02
Valjčno ekspandirane cevi v cevni plošči Zmerno varjenje cevi-na-cevno ploščo po ekspanziji 0,05–0,10
Visoko kompresijski priključki Odpravite; uporabite varjene armature<0.02
Preoblikovanje obstoječih rež Ni mogoče preoblikovati Zmerno Uporabite PTFE trak za zakrpanje vrzeli 0,15–0,30
Inženiring več kot odprava razpok

Na odpornost proti šprani koroziji močno vpliva kakovost titana. Razred 7 (stabiliziran s paladijem) ima 3-5-krat daljši začetni čas in 50-70 % nižjo stopnjo razmnoževanja kot razred 2 v razpokah glikol/voda. Debelina stene daje materialni dodatek. Stena debeline 2,0 mm z razpokano korozijo 0,5 mm na leto zdrži 4 leta, stena debeline 1,2 mm pa samo 2,4 leta. Paket inhibitorjev glikola je pomemben; inhibitorji na osnovi nitritov pospešujejo korozijo titanovih rež, medtem ko so inhibitorji na osnovi molibdata ali azolov benigni. Redni vzorec glikola za pH, koncentracijo klorida in organske kisline omogoča predvideno vzdrževanje. Dodajanje monoetanolamina za ohranjanje pH glikola nad 8,0 močno zmanjša napad špranje.

Izdelava specifikacije z vpogledom

Oblikujte potopni grelnik iz titana za 50/50 etilen glikol/voda s 500 ppm klorida pri 90C. Poskrbite, da bo-brez rež: uporabite varjene cevne nosilce, varjene prirobnice in varjene spoje-cev-cevne pločevine. Če nobena razpoka ni odpravljena, uporabite titan razreda 7 in vsako četrtletje preverite vsa mesta razpok z boroskopom ali penetrantom za barvo. Za grelnike, ki so že v uporabi in se soočajo s korozijo špranj, ponovno pritrdite s PTFE trakom ali silikonsko tesnilno maso, da pokrijete reže, in dodajte natrijev molibdat v glikol pri 200 ppm kot zaviralec korozije. Preverite glikol za padec pH pod 6,0 ​​med delovanjem; če ugotovite padec pH, takoj spremenite polnjenje glikola. Korozija v razpokah lahko povzroči okvare grelnika 15-50-krat hitreje kot enakomerno tanjšanje. Ker se zaveda tega, inženir poudarja zmanjšanje rež pred izbiro kakovosti materiala pri storitvah etilen glikol/voda.