Cum se compară rezistența la eroziune-la coroziune a 70-30 de cupronichel cu PTFE în apa de mare de mare viteză?

Mișcarea apei sărate, în special atunci când transportă nisip suspendat sau fragmente de coajă, funcționează ca o sablă lichidă în interiorul unui tub schimbător de căldură. Două materiale utilizate în mod obișnuit în serviciul cu apă de mare--70-30 cupru-nichel și PTFE - răspund diferit la acest abuz mecanic. Provocarea este mai mult decât rezistența la coroziune. Lupta reală este împotriva degradării din cauza impactului particulelor de mare viteză.

Rezultatul poate părea contradictoriu în comparația cu 70-30 de cupronichel versus PTFE, coroziune, coroziune, apă de mare. Deoarece PTFE este inert chimic față de apa de mare, în timp ce aliajele de cupru sunt încă metale electrochimic active. Dar, în circumstanțe abrazive de curgere cu viteză mare, aliajul metalic mai dur poate rezista uneori mai mult decât polimerul mai moale atunci când eroziunea devine modul de defectare dominant.

Eroziunea sistemului de apă de mare-Coroziunea
Eroziunea-coroziunea este un fenomen combinat mecanic și electrochimic.

Efectul vitezei fluidului
Pe măsură ce viteza apei mării crește,

Turbulența se înrăutățește

Straturi limită subțiri

Creșterea energiei de impact al particulelor

uzura suprafeței se accelerează

Cu solidele în suspensie, materialul este îndepărtat fizic de peretele tubului de către fluxul de fluid.

Nisip ca agent abraziv
Particulele de nisip fin pot cauza:

Creșterea suprafeței

Bandă de film

Microtăiere

Oboseala de impact se repetă

Severitatea variază în funcție de:

Concentrația particulelor

Dimensiunile particulelor

Duritatea particulelor

Forma particulei

Viteza fluxului

Particulele de cuarț sunt extrem de ostile datorită clarității, durității și geometriei unghiulare.

Cum se protejează 70-30 Cupronickel
Aliajul cupru-nichel 70-30 este aproximativ:

70% cupru

30 % nichel

Multă vreme, acest aliaj a fost utilizat pentru schimbătoarele de căldură maritime datorită formării unui înveliș protector de oxid.

Stratul de oxid de auto{0}vindecare
Aliajul se dezvoltă la expunerea la apa de mare:

Un strat de oxid cupros care aderă ferm

Acest strat de oxid formează un strat protector împotriva deteriorării ulterioare.

Metalul este acoperit cu o piele ceramică cu auto-{0}vindecare. Singura apărare a polimerului este alunecarea acestuia.

Rezistență la viteză mare de curgere
În apa de mare curată, pelicula de oxid poate fi stabilă la viteze de ordinul:

3-4 m/sec

În acest interval:

Îndepărtarea filmului este încă restricționată

Atacul de suprafață este încă sub control

Stratul de protecție este mereu în curs de reformare

Dacă filmul de oxid este ușor deranjat de abraziune, metalul expus se reoxidează rapid și restabilește protecția.

Duritatea aliajului (mecanic)
Materialul de bază de cupru-nichel de dedesubt oferă și rezistență mecanică.

Aliajul este

Flexibilitate

Dificil

Rezistent la fisuri

Capacitatea de absorbție a energiei de impact

Această rezistență mecanică ajută la prevenirea daunelor catastrofale ale suprafeței chiar și în condiții de curgere turbulente.

Reacția PTFE la apa de mare abrazivă
Diferența cu PTFE este că nu este un metal și nu se bazează pe protecție electrochimică.

PTFE cu inerție chimică completă este:

Rezistență la coroziune la apa de mare

Nu este susceptibil la atacul cu clorură

Rezistent la biofouling chimic

Stabil în apă sărată.

Nu există proces de coroziune și, prin urmare, nu există peliculă de oxid care să se descompună.

Frecare mecanică pură
Pentru PTFE, procesul de defectare este practic exclusiv mecanic.

Suprafața polimerului poate fi supusă:

zgârieturi

Eroziunea suprafeței

Eroziunea particulelor

Pierderea progresivă a materialului

PTFE este la fel de dur ca unghia umană, prin urmare, la viteză mare de curgere, poate fi deteriorat de impacturile repetate cu nisipul.

Limite de viteză PTFE
PTFE nu are duritatea aliajelor metalice, iar viteza de funcționare sigură în serviciul abraziv este substanțial mai mică.

Debitul de apă curată vs debitul încărcat cu nisip
PTFE funcționează bine în apă de mare curată, cu condiții de curgere moderată.

Cu toate acestea, pentru serviciul de nămol nisipos:

Limitele practice de viteză se pot reduce la aproximativ 1-2 m/s

În afara acestui interval:

Ratele de uzură pot crește rapid

Suprafața poate fi subțiată.

Deteriorarea-integrității structurale pe termen lung

Limita admisă depinde foarte mult de concentrația și agresivitatea solidelor în suspensie.

Semnificația caracteristicilor particulelor
Eroziunea PTFE este mult mai mare dacă particulele sunt:

Rotund nu unghiular

Mare, nu bine

Dur nu moale

Deși nămolul neted la concentrații scăzute poate provoca daune foarte mici, particulele de silice ascuțite pot dizolva polimerul mult mai violent.

De ce 70-30 Cupronickel este uneori mai durabil decât PTFE
Atunci când se iau în considerare medii de coroziune chimică pure, PTFE este, în general, de preferat.

Cu toate acestea, comparația este diferită în cazul condițiilor abrazive ale apei de mare.

Inerție și duritate
70-30 Cu-Ni avantaje ale

Duritate crescută a suprafeței

Protecție cu oxid de auto--vindecare

Reziliență mai bună la tăierea particulelor

PTFE oferă:

Imunitatea chimică totală

Comportarea suprafețelor cu frecare scăzută

Fără degradare electro-chimică

Dar defectul său atrăgător în serviciul eroziv este moliciunea.

Talpa de protecție a PTFE este frecare
Avantajul este că PTFE are un coeficient de frecare scăzut.

Suprafața alunecoasă ar putea:

Reduce aderența particulelor

Frecare de alunecare redusă

Disipați un anumit transfer de energie de impact

Cu toate acestea, acest avantaj poate să nu fie suficient pentru a compensa duritatea redusă a materialului sub un flux puternic de abraziv.

Aplicații tipice ale fiecărui material
Alegerea optimă a materialului depinde dacă coroziunea sau eroziunea este factorul principal în aplicare.

Unde 70-30 Cupronickel Strălucește
Cupronickel continuă să funcționeze foarte bine în:

condensatoare pentru uz maritim

Echipamente frigorifice, navale

Conducte de apă sărată cu debit mare

Serviciu schimbător tolerant nisip

mai ales când viteza curgerii este mare, dar chimia este oarecum tipică.

Unde PTFE strălucește
PTFE este remarcabil în următoarele domenii:

Amestec de apă de mare de substanțe chimice foarte corozive

Sisteme de clorinare

Acidificarea apelor marine

Sisteme de control al biofouling

cu condiția ca solidele abrazive în suspensie să fie limitate.

Impactul proiectării sistemului
Performanța materialului este, de asemenea, puternic dependentă de forma schimbătorului și de designul hidraulic.

Controlul fluxului
Reducerea eroziunii poate include:

Scăderea vitezei de curgere

Cu coatele mai netede

Eliminarea schimbărilor bruște de direcție

Instalare separator de nisip

Strategii de design hibrid
Unele sisteme amestecă materiale într-un mod deliberat:

PTFE în medii agresive din punct de vedere chimic

Cu-Ni în zonele cu flux mare de abrazivi

În acest fel se poate profita selectiv de fiecare substanță.

Rezumat
Evaluarea a 70-30 de cupronicel peste PTFE în apa de mare de mare viteză este un compromis clasic de inerție chimică versus durabilitatea mecanică. PTFE este total rezistent la coroziune din cauza apei de mare, deși suprafața sa relativ moale poate fi puternic erodată atunci când este supusă curgerii-în mișcare rapidă, încărcată de nisip. În practică, în astfel de condiții, vitezele sunt limitate la poate 1-2 m s-1.

Dimpotrivă, 70-30-nichel de cupru se protejează cu un strat de oxid cupros robust, cu auto-vindecare, care poate tolera viteze ale apei sărate de 3-4 m/s în serviciu curat și continuă să se recupereze după daune abrazive moderate. Această acoperire de protecție, împreună cu duritatea și rezistența mecanică a aliajului, poate permite o durată de viață mai lungă în condiții maritime extrem de erozive.

Astfel, în cazul utilizării severe a apei de mare nisipoase, aliajul metalic mai dificil poate fi mai durabil în general decât polimerul superior din punct de vedere chimic. În cele din urmă, selecția materialului pentru sistemele termice maritime este o luptă între două puncte forte diferite: capacitatea metalului de a se vindeca singur și de a suporta o bătaie fizică și capacitatea polimerului de a ignora pur și simplu chimia.