Zakaj prisotnost delcev rje iz ogljikovega jekla navzgor drastično pospeši galvansko korozijo končne kapice titanovega grelnika v slanici?

Potopni grelniki iz titana se običajno uporabljajo v sistemih slanice s cevmi, rezervoarji ali toplotnimi izmenjevalniki iz ogljikovega jekla navzgor. V slanici je ogljikovo jeklo podvrženo naravni koroziji, ki proizvaja delce rje, večinoma železove okside (Fe2O3, Fe3O4) in oksihidrokside. Ti delci se prenašajo s tokom slanice in se sčasoma odložijo na površine v sistemu, kot je končni pokrov titanovega grelnika. Končni pokrov je običajno privarjen zapiralo na koncu grelne cevi, ki je pogosto izdelan iz istega razreda titana, vendar z drugačno površinsko obdelavo. V elektrolitu (slanici) delci rje, ki se usedejo na titan, tvorijo galvanski člen. V kloridnih raztopinah je rja elektrokemično plemenita za titan s potencialom mirovanja za 200–400 mV bolj pozitivnim. Rezultat je hitra lokalizirana korozija titana, ki obdaja vsak delec rje, kar ima za posledico luknjičaste luknjice in morebitno perforacijo končnega pokrova.

Elektrokemijski mehanizem galvanske korozije, ki jo povzroča rja

Titan v 3–5 % slanici NaCl ima zaradi svoje plasti TiO₂ pasivni potencial približno +0.1 do +0.3 V v primerjavi z Ag/AgCl. Delci rje, zlasti magnetit (Fe3O4), so polprevodni in imajo mešani potencial od +0.5 do +0.7 V v primerjavi z Ag/AgCl. Nato elektrolit zapre tokokrog, ko delec rje zadene površino titana. Rjasti delec služi kot katoda, kjer poteka redukcija kisika: O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻ Titan tik ob delcu deluje kot anoda in se raztopi kot Ti4⁺. Anodno območje je precej omejeno, pogosto znotraj 1-2 premerov delcev od usedline rje. Da bi se titan raztopil s hitrostjo 1-5 mm na leto, je lahko gostota toka na anodi visoka do 1-5 mA/cm2. Končna kapica je še posebej občutljiva, saj je pogosto spremenljiva površinska obdelava (kot varjena ali dekapirana cev) in lahko vsebuje razpoke na konici zvara, kjer se lahko naberejo delci rje.

Kvantifikacija pospeška stopnje korozije z delci rje

Stopnje korozije končnih kuponov iz titana stopnje 2 v 5 % slanici NaCl pri 50 stopinjah pod nadzorovanimi preskusnimi nastavitvami so bile določene za naslednje pogoje rjavih delcev:

Čista slanica, brez delcev rje: gostota pasivnega toka 0,05–0,10 µA/cm2. Stopnja korozije manjša od 0,01 mm/leto. Končna kapica še vedno briljantna in po 5000 urah še vedno ne{5}}razjedena.

Delci rje, ki se nanesejo pri 10 ppm, neprekinjeno tečejo: stopnja korozije 0,08–0,15 mm na leto. lokalizirana jamica na mestih stika z delci z globino jame 20-50 µm po 1000 urah.

Delci rje so povečali stopnjo korozije toka na 0,3–0,6 mm/leto pri 50 ppm. Globine jame 100–200 µm po 1000 urah. Končni pokrovček ima očitno razbarvanje, ki obdaja usedline delcev.

Dodani delci rje pri 200 ppm, pretok: Stopnja korozije 1,0–2,0 mm/leto Globine jame po 1000 urah so v območju 300–600 µm. Perforacija končne kapice 1,0 mm stene 500 do 1000 ur.

Usedanje delcev rje na vodoravnem končnem pokrovu (zastala usedlina) Lokalna stopnja korozije > 5 mm/leto. Popolna perforacija standardne končne kapice 1,2 mm v 3–6 mesecih. Globoke luknjice prodrejo v območje toplotnega vpliva zvara.

Strategija zaščite na končni kapici za izpostavljenost delcem rje

Naslednja tabela podaja drevo odločanja za zaščito končnih pokrovov grelnikov iz titana v razmerah korozije ogljikovega jekla navzgor in toka slanice.

Stanje ogljikovega jekla v zgornjem delu verige in pretok slanice Priporočena strategija zaščite končnega pokrova Slika 2. Osnovna utemeljitev in ublažitev galvanske korozije
New carbon steel with less corrosion and high flow (>1 m/s) Standardna, gladka končna obdelava zvara, končna kapa stopnje 2. Pretok preprečuje usedanje delcev. Sprejemljivo tveganje za 3 do 5 letno življenjsko dobo
Starano ogljikovo jeklo z manjšo korozijo (50-100 ppm), prekinjen pretok Končni pokrov s PTFE prevleko (debelina 0,5 mm) Prevleka električno izolira titan pred delci rje. Premaz vsaki 2 leti.
Heavy corrosion upstream (>200 ppm), območja z nizkim pretokom/stagnacijo. Zasnova končnega pokrova s ​​samo{1}}čistilnim naklonom (najmanj 45 stopinj). Nagnjen končni pokrov preprečuje kopičenje-delcev. Nič vodoravnega. Navzgor namestite cedilo za lovljenje delcev rje.
Obstoječi grelnik s končnim pokrovom, na katerem so vidne usedline rje. Takoj obrišite s 5 % citronsko kislino in namestite žrtveno cinkovo ​​anodo. Cinkova anoda (10 g), nanešena na končni pokrov, obrne galvanski par. Letna menjava anode.
Kritična storitev, kjer ni mogoče tolerirati okvare grelnika Končni pokrov iz titana razreda 7 z elektropoliranim zaključkom Vključitev paladija izboljša potencial titana in zmanjša gonilno silo za galvansko korozijo. Največja zanesljivost.
Inženiring, ki presega zaščito končnega pokrova

Sekundarna zaščita je debelina stene končnega pokrova. Večji končni pokrov (2,0 mm proti 1,2 mm) podaljša čas do perforacije, vendar ne zmanjša stopnje korozije. Geometrija končnega pokrova je bolj pomembna, kupolasti ali stožčasti končni pokrovi oddajajo delce, ravni končni pokrovi zbirajo usedline. Zvar med cevjo in končnim pokrovčkom mora biti gladek in brez razpok, kjer bi se lahko ujeli delci. Filtriranje navzgor za odstranjevanje delcev rje, večjih od 50 µm, lahko podaljša življenjsko dobo končnega pokrova za faktor 5 do 10. Magnetit je ferimagneten. Zato bo magnetna past v liniji slanice pred grelnikom selektivno ekstrahirala delce magnetita.

Izdelava informirane specifikacije

Pri načrtovanju titanovega grelnika za slanico za komponentami iz ogljikovega jekla vključite zahtevo za filtracijo delcev navzgor (50 µm nominalno) ali magnetni separator. Izberite kupolasto ali stožčasto končno kapico namesto ravne končne kapice. Obstoječe instalacije: četrtletno preglejte končne pokrove z uporabo boroskopa. Če so prisotne rja{4}}obarvane usedline, jih hitro očistite s šibko kislino (5 % citronske ali 10 % ocetne kisline) in preverite globino lukenj z ultrazvočnim merilnikom debeline. Za nove namestitve v situacijah s hudim rjavenjem določite titan razreda 7 za celoten grelnik, vključno s končnim pokrovom, in dodajte žrtveno cinkovo ​​anodo, pritrjeno na končni pokrov s titanovo žico. Cinkova anoda polarizira titan na večji negativni potencial in odpravi galvansko pogonsko silo z delci rje. Z reševanjem problema kontaminacije z delci rje na sistemski ravni se inženir izogne ​​hitri, zelo lokalizirani koroziji, ki pogosto povzroči prezgodnjo odpoved končnega pokrova v sicer korozijsko-odpornih titanovih grelnikih.