Hvorfor svikter en titan-nedsenkningsvarmer i en 50/50 etylenglykol/vannblanding med 500 ppm klorid ved 90 grader raskere ved sprekkkorrosjon enn ved jevn tynning?

Kombinasjoner av etylenglykol/vann (50/50 vol%) brukes ofte som varmeoverføringsvæsker i solvarmesystemer, HVAC og motorkjøling. Ved 90 grader er 500 ppm klorid fra forringet glykol eller sminkevann fiendtlig mot titan. Selv om titan er svært motstandsdyktig mot jevn korrosjon i denne blandingen, med korrosjonshastigheter under 0,02 mm per år, skyldes svikt først og fremst sprekkkorrosjon ved rørstøtter, flenser og pakninger. Spalgeometrien fører til en økning i kloridkonsentrasjon og en reduksjon i oksygenkonsentrasjon, mens produktene av glykolnedbrytning (glykolsyre, maursyre) reduserer den lokale pH. Spaltkorrosjonsutbredelsen er 0,3-1,0 mm/år, 15-50 ganger raskere enn jevn tynning. Feilen er ganske begrenset og perforering oppstår mens 95 % av røroverflaten forblir intakt.

Mekanisme for sprekkdominans i glykol/vannblandinger

I bulkløsningen øker etylenglykol viskositeten, noe som reduserer oksygendiffusjonen. Stabiliteten til den passive filmen er garantert av tilstrekkelig oksygen og moderate kloridkonsentrasjoner. I en sprekk (f.eks. under en PTFE-støtte eller ved en pakning) tømmes oksygen raskt av katodiske prosesser og tilføres ikke. Klorider diffunderer inn i sprekken for å bevare elektrisk nøytralitet og nå nivåer på 2000 til 10.000 ppm. Glykol spaltes termisk ved 90 grader til organiske syrer (glykolsyre, maursyre, oksalsyre). Disse syrene senker den lokale pH i sprekken til 3-4. Klorid, lav pH og oksygenmangel bryter sammen den passive filmen. Korrosjon ved sprekkanoden er aktiv, drevet av den store ytre katoden på resten av røroverflaten. Hvis den galvaniske strømmen mellom sprekken (anode) og utsiden (katoden) opprettholdes, er oppløsningshastigheten betydelig. Til slutt oppstår perforering.

Kvantitativ sammenligning av ensartet og sprekkkorrosjonsrater

Kontrollerte tester i 50/50 etylenglykol/vann med 500 ppm klorid (startende pH 6,5) ved 90 grader i 2000 timer har avslørt radikalt forskjellige korrosjonshastigheter. Den generelle korrosjonshastigheten for et glatt rør uten sprekker er bare 0,008 til 0,015 mm/år. Overflaten er strålende og fri for groper, noe som indikerer en stabil passiv film. Med denne hastigheten vil en veggtykkelse på 1,2 mm gi en levetid på mer enn 50 år. Spaltkorrosjonshastigheten var imidlertid opptil 0,30–0,70 mm/år under en PTFE-støtte med et 0,2 mm sprekkgap. Startstadiet varer mellom 200 og 500 timer, og et spor med en dybde på 0,3–0,6 mm utvikles innen 1000 timer. Med en gummipakning som har et gap på 0,1 mm, øker spaltekorrosjonshastigheten til 0,50 til 1,00 mm/år, starter på 100 til 300 timer og perforering av en 1,2 mm vegg på 1200 til 2400 timer. I en rør-til-rørplate-valset skjøt er graden av sprekkkorrosjon 0,20 til 0,50 mm per år med initiering etter 300 til 800 timer.

Virkning av nedbrytning av klorid og glykol på alvorlighetsgraden av sprekker

Alvorligheten av spalteangrepet er en sterk funksjon av glykoltilstanden og kloridkonsentrasjonen. Fersk glykol (med inhibitorer) ved 100 ppm klorid gir en sprekk-pH på 5,5 etter 500 timer med en korrosjonshastighet på 0,10-0,25 mm per år. Frisk uhemmet glykol ved 500 ppm klorid faller til pH 4,5 med en hastighet på 0,30-0,60 mm per år. Termisk nedbrutt glykol (500 timer ved 90 grader) med 500 ppm klorid gir pH 3,5. Raten er 0,60-1,00 mm/år. Alvorlig forringet glykol med mer enn 1000 ppm organiske syrer med 1000 ppm klorid, pH 3,0, spaltekorrosjonshastighet 1,00-1,80 mm per år. Under disse forholdene er den jevne korrosjonshastigheten < 0,025 mm/år, noe som indikerer spaltekorrosjon som den dominerende feilmekanismen.

Glykol/vannvarmer Spaltekorrosjonsforebyggende tiltak

Tabellen nedenfor gir retningslinjer for å redusere sprekkkorrosjon i etylenglykol/vann-kombinasjoner ved 90 grader, basert på varmeapparatkonfigurasjon og sprekkrisikovurdering.

Spaltefareoppvarmingsarrangement Foreslått designendring Forventet sprekkkorrosjonshastighet (mm/år)
PTFE-røravstandsstykker (0,2-0,5 mm avstand) Høy Titanium sveiset støtter erstatning<0.02
Flenser med gummipakninger Meget høy Bruk sveisede eller loddede koblinger<0.02
Rulleekspanderte rør i rørplate Moderat sveiserør-til-rørark etter ekspansjon 0,05–0,10
Høy kompresjonsfittings Eliminer; bruk sveisede beslag<0.02
Redesign eksisterende sprekker Kan ikke redesigne Moderat Bruk PTFE-tape for å lappe mellomrom 0,15–0,30
Engineering mer enn sprekk eliminering

Spaltekorrosjonsmotstanden er sterkt påvirket av titankvaliteten. Grad 7 (palladiumstabilisert) har 3-5 ganger lengre oppstartstid og 50-70 % lavere forplantningshastighet enn grad 2 i glykol/vannspalter. Veggtykkelsen gir et materialtillegg. En 2,0 mm vegg med sprekkkorrosjon på 0,5 mm per år varer i 4 år, men en 1,2 mm vegg varer bare 2,4 år. Glykolhemmerpakken betyr noe; nitrittbaserte inhibitorer fremmer titan-spaltkorrosjon, mens molybdat- eller azolbaserte hemmere er godartede. Vanlig glykolprøve for pH, klorid og organisk syrekonsentrasjon gjør prediktivt vedlikehold mulig. Tilsetning av monoetanolamin for å holde glykol-pH over 8,0 reduserer sprekkerangrepet betraktelig.

Lage en spesifikasjon med innsikt

Design en el-dyppeovn i titan for 50/50 etylenglykol/vann med 500 ppm klorid ved 90C. Gjør det -fritt for sprekker: bruk sveisede rørstøtter, sveisede flenser og sveisede rør-til-rørarkforbindelser. Hvis ingen sprekker er eliminert, bruk grad 7 titan, og kontroller alle sprekker hvert kvartal med et boreskop eller fargepenetrant. For varmeovner som allerede er i bruk og som opplever sprekkkorrosjon, må du bruke PTFE-tape eller silikonforsegling for å dekke hullene og tilsette natriummolybdat til glykolen ved 200 ppm som en korrosjonsinhibitor. Sjekk glykol for pH-fall under 6,0 under drift; hvis det oppdages pH-fall, endre glykolladningen umiddelbart. Spaltekorrosjon kan forårsake feil på varmeapparatet 15-50 ganger raskere enn jevn tynning. Når han vet dette, legger ingeniøren vekt på reduksjon av sprekker i forhold til valg av materialkvalitet i etylenglykol/vannservice.