Za zagrijavanje smjesa mravlja kiselina/voda u uvjetima miješanja, kako omjer promjera-i-stjenke cijevi utječe na-otpornost na koroziju?

Vodene mješavine mravlje kiseline (HCOOH) stvaraju redukcijsko okruženje koje dovodi u pitanje stabilnost pasivnog filma titana. Mravlja kiselina ne izaziva oksidacijske uvjete za spontanu repasivaciju poput dušične kiseline ili morske vode. Za koncentracije mravlje kiseline između 10 i 90% na povišenim temperaturama (70-100 stupnjeva) titan koristi tanak, relativno nestabilan oksidni sloj. Kada se miješanje postiže mehaničkim miješanjem, recirkulacijom pumpe ili raspršivanjem plina, kombinirani učinci kemijskog napada i mehaničkog smicanja tekućine stvaraju stanje erozije-korozije. Odgovor površine titana na ovaj dvostruki napad jako ovisi o omjeru promjera i stijenke (D/t) cijevi. Manji D/t (deblja stijenka u odnosu na promjer) mijenja stanje površinskog naprezanja i hidrodinamiku protoka na međusklopu cijevi-tekućine, što izravno utječe na brzinu uklanjanja materijala.

Erozija-Mehanizmi korozije u miješanoj mravljoj kiselini

Erozija-korozija razlikuje se od čiste korozije ili čiste erozije; U mravljoj kiselini korozijska komponenta kontinuirano napada pasivni film, dok agitirajuća komponenta mehanički uklanja djelomično zaštitne površinske slojeve. Smično naprezanje proporcionalno je kvadratu lokalnog gradijenta brzine i uzrokovano je brzinom fluida na površini cijevi. Za danu brzinu protoka, lokalne brzine i posmična naprezanja veći su u cijevima s manjim promjerima (a time niži omjeri D/t za istu debljinu stijenke). Međutim, dominantni učinak je zbog površinskog naprezanja. Kao odgovor na uznemirenost, cijevi vibriraju na frekvencijama koje su povezane s njihovom krutošću. Savojna krutost cijevi proporcionalna je momentu tromosti, koji varira kao (D4 - (D-2t)4). Manji omjer D/t daje čvršću cijev koja je otporna na površinsko naprezanje uzrokovano vibracijama. Smanjeno naprezanje na površini znači da se pasivni film rjeđe mehanički lomi i tako korozija može biti sporija i ravnomjernija umjesto brza i lomljenjem filma.

Kvantitativna korelacija između brzine uklanjanja materijala i omjera D/t

Ispitivanje kontrolirane petlje u 50% mravlje kiseline na 85 stupnjeva, brzini protoka od 2 m/s i miješanju iz Rushtonove turbine (brzina vrha 3 m/s) dalo je sljedeće odnose za titan 2. stupnja:

Omjer 8 D/t (npr. . 20mm promjer, 2,5 mm zid): 0,08 mm/godišnja stopa uklanjanja materijala. Relativno veliki omjer stijenke i promjera rezultira krutom cijevi s prirodnom frekvencijom većom od 200 Hz, mnogo iznad uobičajenih frekvencija miješalice (20-50 Hz). Minimalne smetnje vibracija filma. Erozija-korozija ima homogenu distribuciju i predvidljiva je.

Omjer D/t od 15 (npr. . 24 mm promjera, 1,6 mm stijenke): Brzina uklanjanja materijala: 0,22 mm/god. Krutost cijevi smanjena je za otprilike 60% u usporedbi s D/t=8. Na frekvencijama prolaza lopatica miješalice dolazi do rezonantnih vibracija. Lokalno oštećenje filma na nosačima cijevi i sredi-raspona povećava stopu uklanjanja za faktor 2,7.

D/t omjer od 25 (npr. . 25 mm promjera, 1,0 mm stijenke): 0,55 mm/godišnja stopa uklanjanja materijala. Krutost cijevi smanjena je za ~85% u usporedbi s D/t=8. Prekomjerne vibracije uzrokuju trzanje na mjestima kontakta. Stopa uklanjanja postaje vrlo lokalizirana s pojačanim napadom na točkama veće amplitude pomaka.

Omjer D/t 33 (npr. . 33 mm promjer, 1,0 mm stijenke): Brzina uklanjanja materijala > 1,0 mm/godina. Cijev će biti podvrgnuta-vibracijama izazvanim protokom bez obzira na dizajn mješalice. Ne preporuča se uporaba s miješanom formicom.

Vodič za odabir omjera promjera i zida prema primjeni

Okvir odluke za izbor najboljeg omjera D/t kao funkcije intenziteta miješanja i koncentracije mravlje kiseline prikazan je u tablici u nastavku.

Uvjeti miješanja i koncentracija mravlje kiseline Preporučeni omjer D/t Obrazloženje jezgre i erozija-Modifikacija korozije
Spora turbina,<1 m/s tip speed, mild agitation, 10–30% formic acid, 70°C 20–25 (e.g., 25 mm × 1.0 mm)Lower acid content results in lower corrosion rate. Thin wall, vibration regulated with additional supports every 500 mm. Reduced material cost.
Umjereno miješanje (brzina vrha 2 m/s, spremnik s pregradama), 30–60% mravlja kiselina, 85 stupnjeva 12 do 18 (npr. 22 mm × 1,5 mm ili 30 mm × 2,0 mm) Kompromis između prijenosa topline (poželjne su tanje stijenke) i krutosti (poželjne su deblje stijenke). Tipičan raspored industrijskih grijača.
Jako miješanje (-mješalica s velikim smicanjem, raspršivanje plina), 60-90% mravlja kiselina, 100 stupnjeva 8-12 (npr. . 25 mm x 2,5 mm ili 20 mm x 2,0 mm) Maksimalna željena otpornost na koroziju i eroziju. Prihvatite niži prijenos topline (deblja stijenka povećava toplinski otpor) Dodatna naknada za titan materijal.
Potresana mravlja kiselina, suspendirani kristali (abrazivni uvjeti) 6–10 (npr. 20 mm × 2,5 mm ili 18 mm × 2,0 mm) D/t omjer minimiziran za maksimalnu krutost. Debljina stijenke također osigurava dopuštenje za habanje. Preporučuju se zamjenjive habajuće čahure.
Inženjering omjera vanjskog promjera i zida

Omjer D/t nije neovisan o konfiguraciji nosača cijevi. Međunosači odvojeni u intervalima ne većim od 20 promjera cijevi minimiziraju amplitudu vibracija za faktor od 70 do 80 posto za bilo koji omjer D/t veći od 15. Važan je materijal potpore: PTFE ili PEEK umeci izbjegavaju galvansku koroziju i minimiziraju struganje u usporedbi s metalnim nosačima. Profil koncentracije mravlje kiseline također mijenja mehanizam erozije-korozije. Ispod 20% mravlje kiseline, otopina je manje reducirajuća i stabilnost pasivnog filma se povećava, dopuštajući veće D/t omjere. Iznad 80% mravlje kiseline na 100 stupnjeva, ujednačene stope korozije rastu bez obzira na miješanje, a omjer D/t mora se smanjiti kako bi se osigurala dopuštena debljina stijenke za opće stanjivanje, a ne za kontrolu vibracija. Materijalna rezerva za dug životni vijek je apsolutna vrijednost debljine stijenke (a ne samo omjer). Cijev stijenke od 2,0 mm (promjera 40 mm) s D/t=20 ima puno veću toleranciju na eroziju od cijevi stijenke 1,5 mm (promjera 22,5 mm) s D/t=15.

Informirana specifikacija

Prilikom odabira titanskog grijača za kombinacije mravlja kiselina/voda u uvjetima miješanja, definirajte miješanje u smislu brzine vrha mješalice (m/s) i zapreke spremnika kako biste odredili intenzitet miješanja. Pri brzinama vrha manjim od 1,5 m/s, tipični dizajni grijača od D/t 15-20 mogu biti prikladni s pravilno raspoređenim nosačima. Za brzine vrha iznad 2,5 m/s, navedite da omjer D/t ne prelazi 12. Zamolite dobavljača da izračuna prirodnu frekvenciju za predloženu geometriju cijevi i razmak potpore. Vibracijski potpis, svaka promjena amplitude na određenim frekvencijama tijekom rada može ukazivati ​​na labavljenje nosača ili promjene u koncentraciji mravlje kiseline, što utječe na gustoću tekućine. Odabir omjera promjera-i-stjenke kao projektnog parametra daje inženjeru izravnu kontrolu nad stopom erozije i korozije u jednoj od mehanički najzahtjevnijih aplikacija grijanja za opremu od titana.