U električnom grijaču od titana koji se koristi za održavanje 20% kaše natrijevog bikarbonata na 60 stupnjeva, zašto grijač kvari brže zbog abrazije od kristala bikarbonata nego zbog elektrokemijske korozije?

Zagrijavanjem otopine talože se kristali bikarbonata. Ovo je kaša od 20% natrijevog bikarbonata (NaHCO3) na 60 C. Mohsova tvrdoća ovih kristala je 2,5-3,0, što je nešto niže od tvrdoće titana, 3,5-4,0. Ali kristali uzrokuju abrazivno trošenje u uvjetima strujanja. Ova stopa abrazije je 0,2–0,5 mm god^-1, što je red veličine više od brzine elektrokemijske korozije od 0,01–0,05 mm god^-1, a mehanizmom kvara dominira abrazija. Udar kristala na površinu titana mehanički uklanja pasivni film i metal ispod njega.

Mehanizmi loma bikarbonatnih kaša abrazijom

Opadajuća topljivost NaHCO₃ uzrokuje kristalizaciju natrijevog bikarbonata s povećanjem temperature. Kristali su oštri-i uglati. Brzina protoka kaše koja sadrži kristale na površini grijača bila je 0,5–2 m/s. "Svaki udarac uklanja mali volumen materijala mikro-rezanjem i oranjem. Budući da nema pasivnog premaza (kontinuirano se uklanja), elektrokemijska korozija igra manji udio u ukupnom gubitku materijala. Stopa trošenja slijedi Archardov zakon: volumen trošenja ∝ (opterećenje × klizna udaljenost)/tvrdoća.

Elektrokemijska korozija vs kvantitativna abrazija

U kontroliranom testiranju tijekom 500 sati u 20% NaHCO3 suspenziji na 60 stupnjeva pri brzini protoka od 2 m/s titan je pokazao sljedeće. Sama stopa elektrokemijske korozije (u stacionarnoj tekućini-bez čestica) iznosi 0,01–0,05 mm godišnje, što predstavlja 5–10% ukupnog kvara. Kvar je posljedica 60–75% udarca kristala sa stopom abrazije od 0,15–0,35 mm/god. Sinergija erozije i korozije (kombinacija abrazije i korozije) je 0,05-0,15 mm/godišnje i predstavlja 15-30% ukupnog kvara. Ukupni gubitak materijala iznosi 0,25–0,55 mm godišnje-1, a abrazija je primarni proces.

Učinci koncentracije krutih tvari i brzine protoka na brzinu abrazije

Koncentracija krutih tvari i brzina protoka povećavaju stopu abrazije. Brzina abrazije pri 10% čvrstih tvari i 1 m/s 0,08-0,15 mm godišnje Ukupni gubitak materijala 0,12-0,22 mm godišnje Stopa abrazije je 0,12-0,25 mm/godišnje pri 20% čvrstih tvari i 1 m/s, dok je ukupni gubitak 0,18-0,35 mm/godišnje. Pri 20% čvrste tvari i 2 m/s, stopa abrazije je 0,20-0,40 mm/godišnje, a ukupni gubitak je 0,25-0,55 mm/godišnje. Pri 30% čvrste tvari i 2 m/s stopa abrazije je 0,30-0,55 mm/godišnje, a ukupni gubitak je 0,40-0,70 mm/godišnje. Pri 20% čvrste tvari i 3 m/s stopa abrazije je 0,35-0,65 mm/godišnje, a ukupni gubitak je 0,45-0,80 mm/godišnje.

Zaštita od habanja za grijače gnojnice bikarbonata: Vodič

Preporuke za zaštitu titanskih grijača 2. stupnja u 20% otopini natrijevog bikarbonata na 60 stupnjeva dane su u tablici u nastavku.

Uvjeti gnojnice Brzina protoka (m/s) Stopa abrazije (mm/godina) Ukupni gubitak materijala, mm/god Preporučeni vijek trajanja zaštite (stjenka od 1,5 mm)
Nizak sadržaj čvrste tvari (<10%) <1 0.08–0.15 0.12–0.22None 5-8 Years
Umjerena krutina (10-20%)<1 0.12–0.25 0.18–0.35 Coated with TiN 3–5 years
Umjerene čvrste tvari (10-20%)1–2 0.20–0.40 0.25–0,55 Nosivi rukavac, zamjenjiv. 2-3 godina
Visok udio krutine (20–30%) 1–2 0.30–0.55 0.40–0,70 Smanjite brzinu + premaz 1–2 godine
High solids (>20%) > 2 > 0,35 > 0,45 Proces redizajna < 1 godine
Inženjering više od zaštite od abrazije

Vrsta titana malo utječe na njegovu otpornost na abraziju. Stupanj 2, stupanj 7 i stupanj 12 jednaki su u tvrdoći. Debljina stijenke omogućuje dopušteno trošenje. Zid od 2,0 mm s abrazijom od 0,30 mm godišnje trajat će 6-7 godina. Sloj titanijevog nitrida (TiN) nanesen fizičkim taloženjem iz pare ima tvrdoću od 2000 HV i smanjuje abraziju za 70 do 80 posto. To može biti zamjenska habajuća čahura i biti od kaljenog nehrđajućeg čelika ili keramike. Promjenom brzine pumpe ili dodavanjem pregrada, brzina protoka se može smanjiti, što smanjuje stopu abrazije. Hidrociklon može ukloniti kristale iz kaše prije nego što se dovede do grijača.

Pružanje informirane specifikacije

Za električni grijač od titana u 20% suspenziji natrijevog bikarbonata na 60 stupnjeva, brzina protoka treba biti ograničena na manje od 1 m/s kako bi se održala stopa abrazije ispod 0,15 mm/godišnje. Tamo gdje se veće brzine protoka ne mogu izbjeći, navedite TiN premaz (5 µm debljine) ili zamjenjivu habajuću čahuru. Za nove instalacije, spremnik bi trebao imati odvojenu komoru za grijanje bez recirkulacije gnojnice. Kontrolirajte grijač za stanjivanje ultrazvučnim mjerenjem debljine svakih 6 mjeseci rada. Ako je stopa erozije veća od 0,2 mm godišnje, dodajte ispravljač protoka ili smanjite brzinu pumpe. Inženjer kontrolira abraziju kao glavni mehanizam kvara za produljenje životnog vijeka grijača od titana u upotrebi gnojnice natrijevog bikarbonata.