Zašto potopni grijač od titana u smjesi 50/50 etilen glikola/vode s 500 ppm klorida na 90 stupnjeva brže kvari zbog korozije pukotina nego zbog ravnomjernog razrjeđivanja?

Kombinacije etilen glikola i vode (50/50 vol%) često se koriste kao tekućine za prijenos topline u solarnim toplinskim sustavima, HVAC i hlađenju motora. Na 90 stupnjeva, 500 ppm klorida iz pokvarenog glikola ili vode za pripremu je neprijateljski prema titanu. Iako je titan vrlo otporan na ravnomjernu koroziju u ovoj smjesi, sa stopama korozije ispod 0,02 mm godišnje, kvar je prvenstveno posljedica korozije u pukotinama na nosačima cijevi, prirubnicama i brtvama. Geometrija pukotina dovodi do povećanja koncentracije klorida i smanjenja koncentracije kisika, dok proizvodi razgradnje glikola (glikolna kiselina, mravlja kiselina) smanjuju lokalni pH. Brzine širenja pukotinske korozije su 0,3-1,0 mm/godišnje, 15-50 puta brže od ravnomjernog stanjivanja. Kvar je prilično ograničen i dolazi do perforacije dok 95% površine cijevi ostaje netaknuto.

Mehanizam dominacije pukotina u smjesama glikol/voda

U masovnoj otopini etilen glikol povećava viskoznost, što smanjuje difuziju kisika. Stabilnost pasivnog filma zajamčena je dovoljnom količinom kisika i umjerenim koncentracijama klorida. U pukotini (npr. ispod PTFE nosača ili na brtvi) kisik se brzo iscrpljuje katodnim procesima i ne dovodi se. Kloridi difundiraju u pukotinu kako bi očuvali električnu neutralnost i dosegnuli razine od 2.000 do 10.000 ppm. Glikol se termički razgrađuje na 90 stupnjeva do organskih kiselina (glikolna, mravlja, oksalna). Ove kiseline snižavaju lokalni pH pukotine na 3-4. Klorid, nizak pH i smanjenje kisika zajedno razgrađuju pasivni film. Aktivna je korozija na anodi s pukotinom, koju pokreće velika vanjska katoda na ostatku površine cijevi. Ako se galvanska struja između pukotine (anode) i vanjske strane (katoda) održava, brzina otapanja je značajna. Na kraju dolazi do perforacije.

Kvantitativna usporedba ravnomjerne i pukotinske korozije

Kontrolirani testovi u omjeru 50/50 etilen glikol/voda s 500 ppm klorida (početni pH 6,5) na 90 stupnjeva tijekom 2000 sati otkrili su radikalno različite stope korozije. Opća stopa korozije glatke cijevi bez pukotina je samo 0,008 do 0,015 mm/godišnje. Površina je sjajna i bez rupa, što ukazuje na stabilan pasivni film. Uz ovu brzinu, debljina stijenke od 1,2 mm osigurala bi radni vijek od više od 50 godina. Međutim, stopa korozije u pukotinama iznosila je do 0,30–0,70 mm/godišnje ispod PTFE nosača s razmakom u pukotinama od 0,2 mm. Inicijacijski stadij traje između 200 i 500 h, a unutar 1000 h nastaje žlijeb dubine 0,3-0,6 mm. S gumenom brtvom koja ima razmak od 0,1 mm, stopa korozije u pukotinama se povećava na 0,50 do 1,00 mm/godišnje, počevši za 100 do 300 sati i probušivši stijenku od 1,2 mm za 1200 do 2400 sati. U valjanom spoju cijevi i cijevne ploče brzina pukotinske korozije je 0,20 do 0,50 mm godišnje s početkom za 300 do 800 sati.

Utjecaj razgradnje klorida i glikola na ozbiljnost pukotina

Ozbiljnost napada pukotine je jaka funkcija stanja glikola i koncentracije klorida. Svježi glikol (s inhibitorima) pri 100 ppm klorida daje pH pukotine od 5,5 nakon 500 h uz stopu korozije od 0,10-0,25 mm godišnje. Svježi neinhibirani glikol pri 500 ppm klorida pada na pH 4,5 brzinom od 0,30-0,60 mm godišnje. Termički razgrađeni glikol (500 sati na 90 stupnjeva) s 500 ppm klorida daje pH 3,5. Brzina je 0,60-1,00 mm/god. Jako pokvareni glikol s više od 1000 ppm organskih kiselina s 1000 ppm klorida, pH 3,0, stopa korozije pukotina 1,00-1,80 mm godišnje. Pod ovim uvjetima, ujednačena stopa korozije je < 0,025 mm/godina, što ukazuje na pukotinsku koroziju kao dominantni mehanizam kvara.

Mjere za sprječavanje korozije glikola/grijača vode

Tablica u nastavku daje smjernice za smanjenje korozije u pukotinama u kombinacijama etilen glikol/voda na 90 stupnjeva, na temelju konfiguracije grijača i procjene rizika od pukotina.

Raspored grijača za opasnost od pukotina Predložena promjena dizajna Očekivana stopa korozije u pukotinama (mm/god)
Odstojnici cijevi od PTFE (razmak 0,2-0,5 mm) Zamjena nosača zavarenih od visokog titana<0.02
Prirubnice s gumenim brtvama Vrlo visoko Upotrijebite zavarene ili lemljene spojnice<0.02
Cijevi ekspandirane valjkom u cijevnoj ploči Umjereno zavarene cijevi-na-cijevnu ploču nakon ekspanzije 0,05–0,10
Priključci visoke kompresije Eliminirajte; koristiti zavarene armature<0.02
Redizajnirajte postojeće pukotine Nije moguće redizajnirati Umjereno Upotrijebite PTFE traku za krpanje razmaka 0,15–0,30
Inženjering više od uklanjanja pukotina

Na otpornost na koroziju u pukotinama snažno utječe vrsta titana. Stupanj 7 (stabiliziran paladijem) ima 3-5 puta dulje vrijeme početka i 50-70% nižu stopu širenja nego stupanj 2 u pukotinama glikol/voda. Debljina stijenke daje dopuštenje za materijal. Stjenka od 2,0 mm s korozijom pukotina od 0,5 mm godišnje traje 4 godine, ali stjenka od 1,2 mm traje samo 2,4 godine. Paket inhibitora glikola je važan; inhibitori na bazi nitrita potiču koroziju pukotina titana, dok su inhibitori na bazi molibdata ili azola benigni. Redoviti uzorak glikola za pH, koncentraciju klorida i organske kiseline omogućuje prediktivno održavanje. Dodavanje monoetanolamina za održavanje pH glikola iznad 8,0 uvelike smanjuje napad pukotina.

Izrada specifikacije s uvidom

Dizajnirajte titanski uronjeni grijač za 50/50 etilen glikol/voda s 500 ppm klorida na 90C. Omogućite-bez pukotina: koristite zavarene nosače cijevi, zavarene prirubnice i zavarene spojeve cijevi-na{-cijevni lim. Ako nijedna pukotina nije uklonjena, upotrijebite titan Grade 7 i provjeravajte sva mjesta pukotina svako tromjesečje pomoću boroskopa ili penetranta za boju. Za grijače koji su već u uporabi i koji se susreću s korozijom u pukotinama, ponovno ih postavite PTFE trakom ili silikonskim brtvilom da pokrijete praznine i dodajte natrijev molibdat u glikol u količini od 200 ppm kao inhibitor korozije. Provjerite glikol za pad pH ispod 6,0 ​​tijekom rada; ako se utvrdi pad pH, odmah promijenite punjenje glikola. Korozija u pukotinama može uzrokovati kvarove grijača 15-50 puta brže od ravnomjernog stanjivanja. Znajući to, inženjer naglašava smanjenje pukotina umjesto odabira kvalitete materijala u uslugama etilen glikol/voda.