De ce un încălzitor cu imersie de titan într-un amestec de etilenglicol/apă cu 500 ppm de clorură la 90 de grade eșuează mai repede prin coroziune în crăpătură decât prin subțierea uniformă?

Combinațiile de etilenglicol/apă (50/50 vol%) sunt adesea folosite ca fluide de transfer de căldură în sistemele solare termice, HVAC și răcirea motorului. La 90 de grade, 500 ppm clorura din glicol deteriorat sau apa de machiaj este ostilă titanului. Deși titanul este foarte rezistent la coroziune uniformă în acest amestec, cu rate de coroziune sub 0,02 mm pe an, defecțiunea se datorează în primul rând coroziunii în crăpături la suporturile tuburilor, flanșe și garnituri. Geometria crevasului duce la o creștere a concentrației de clorură și la o scădere a concentrației de oxigen, în timp ce produșii de descompunere a glicolului (acid glicolic, acid formic) scad pH-ul local. Ratele de propagare a coroziunii în fisuri sunt de 0,3-1,0 mm/an, de 15-50 de ori mai rapide decât subțierea uniformă. Eșecul este destul de limitat și are loc perforarea în timp ce 95% din suprafața tubului este lăsată intactă.

Mecanismul de dominare a crăpăturilor în amestecurile de glicol/apă

În soluția în vrac, etilenglicolul crește vâscozitatea, ceea ce scade difuzia oxigenului. Stabilitatea filmului pasiv este garantată de oxigen suficient și concentrații moderate de clorură. Într-o crăpătură (de exemplu, sub un suport de PTFE sau la o garnitură) oxigenul este epuizat rapid prin procese catodice și nu este furnizat. Clorurile difuzează în crăpătură pentru a păstra neutralitatea electrică și pentru a atinge niveluri de 2.000 până la 10.000 ppm. Glicolul se descompune termic la 90 de grade în acizi organici (glicolic, formic, oxalic). Acești acizi scad pH-ul local al crăpăturii la 3-4. Clorura, pH-ul scăzut și epuizarea oxigenului degradează împreună filmul pasiv. Coroziunea la anodul crevas este activă, condusă de catodul extern mare al restului suprafeței tubului. Dacă curentul galvanic între crevașă (anod) și exterior (catod) este susținut, viteza de dizolvare este semnificativă. În cele din urmă, apare perforația.

Comparația cantitativă a ratelor de coroziune uniformă și în crăpătură

Testele controlate în etilenglicol/apă 50/50 cu 500 ppm clorură (începând cu pH 6,5) la 90 de grade timp de 2.000 de ore au evidențiat rate de coroziune radical diferite. Rata generală de coroziune a unui tub neted fără fisuri este de numai 0,008 până la 0,015 mm/an. Suprafața este strălucitoare și fără sâmburi, indicând un film pasiv stabil. Cu această rată, o grosime a peretelui de 1,2 mm ar asigura o durată de viață de peste 50 de ani. Cu toate acestea, viteza de coroziune a crăpăturilor a fost de până la 0,30–0,70 mm/an sub un suport de PTFE cu un spațiu de 0,2 mm. Etapa de inițiere durează între 200 și 500 de ore, iar în 1.000 de ore se dezvoltă un șanț cu adâncimea de 0,3–0,6 mm. Cu o garnitură de cauciuc care are un decalaj de 0,1 mm, viteza de coroziune a fisurilor crește la 0,50 până la 1,00 mm/an, începând în 100 până la 300 de ore și perforarea unui perete de 1,2 mm în 1200 până la 2400 de ore. Într-o îmbinare laminată între tub și foițe tubulare, viteza de coroziune a fisurilor este de 0,20 până la 0,50 mm pe an, cu inițierea în 300 până la 800 de ore.

Impactul degradării clorurii și glicolului asupra severității crăpăturilor

Severitatea atacului de crăpătură este o funcție puternică a stării de glicol și a concentrației de clorură. Glicolul proaspăt (cu inhibitori) la 100 ppm clorură dă un pH de 5,5 după 500 de ore cu o viteză de coroziune de 0,10-0,25 mm pe an. Glicolul proaspăt neinhibat la 500 ppm clorură scade la pH 4,5 cu o rată de 0,30-0,60 mm pe an. Glicolul descompus termic (500 ore la 90 de grade) cu 500 ppm clorură dă pH 3,5. Rata este de 0,60-1,00 mm/an. Glicol sever deteriorat cu mai mult de 1.000 ppm acizi organici cu 1.000 ppm clorură, pH 3,0, viteză de coroziune în crăpături 1,00-1,80 mm pe an. În aceste condiții, viteza de coroziune uniformă este < 0,025 mm/an, indicând coroziunea în crăpături ca mecanism dominant de defecțiune.

Măsuri de prevenire a coroziunii pentru încălzire cu glicol/apă

Tabelul de mai jos oferă linii directoare pentru reducerea coroziunii în crăpături în combinațiile de etilenglicol/apă la 90 de grade, pe baza configurației încălzitorului și a evaluării riscului de fisuri.

Aranjamentul încălzitorului cu pericol de crăpătură Schimbarea de proiectare propusăRata de coroziune a crăpăturii așteptată (mm/an)
Distanțiere pentru tuburi PTFE (distanță 0,2-0,5 mm) Înlocuire suporturi sudate cu titan înalt<0.02
Flanse cu garnituri de cauciucFoarte inalte Folositi conectori sudati sau lipiti<0.02
Tuburi expandate cu role în foaia de tuburi Moderat Tub de sudură-la-foaia de tub după extindere 0,05–0,10
Fitinguri cu compresie ridicată Eliminați; utilizați fitinguri sudate<0.02
Reproiectați crăpăturile existente Imposibil de reproiectat Moderat Folosiți bandă PTFE pentru a repara golul 0,15–0,30
Inginerie mai mult decât eliminarea fisurilor

Rezistența la coroziune în fisuri este puternic influențată de gradul de titan. Gradul 7 (stabilizat cu paladiu) are un timp de începere de 3-5 ori mai mare și o rată de propagare cu 50-70% mai mică decât gradul 2 în crăpăturile glicol/apă. Grosimea peretelui oferă o toleranță de material. Un perete de 2,0 mm cu coroziune crevată de 0,5 mm pe an durează 4 ani, dar un perete de 1,2 mm durează doar 2,4 ani. Pachetul inhibitor de glicol contează; Inhibitorii pe bază de nitriți promovează coroziunea cravei de titan, în timp ce inhibitorii pe bază de molibdat sau azoli sunt benini. Proba regulată de glicol pentru pH, clorură și concentrația de acid organic face posibilă întreținerea predictivă. Adăugarea de monoetanolamină pentru a menține pH-ul glicolului peste 8,0 scade foarte mult atacul în crăpături.

Efectuarea unei specificații cu perspicacitate

Proiectați un încălzitor de imersie cu titan pentru etilenglicol/apă 50/50 cu 500 ppm clorură la 90C. Fă-l fără fisuri-: utilizați suporturi pentru tuburi sudate, flanșe sudate și tuburi sudate-la-joncțiunile foilor de tub. Dacă nu se elimină nicio fisuri, utilizați titan de gradul 7 și verificați toate zonele crăpăturilor la fiecare trimestru cu un boroscop sau un penetrant colorant. Pentru încălzitoarele aflate deja în funcțiune și care se confruntă cu coroziune în crăpături, remontați cu bandă PTFE sau etanșant siliconic pentru a acoperi golurile și adăugați molibdat de sodiu în glicol la 200 ppm ca inhibitor de coroziune. Verificați glicolul pentru o scădere a pH-ului sub 6,0 în timpul funcționării; dacă se constată o scădere a pH-ului, schimbați imediat sarcina de glicol. Coroziunea în crăpături poate cauza defecțiuni ale încălzitorului de 15-50 de ori mai rapid decât subțierea uniformă. Știind acest lucru, inginerul pune accent pe reducerea crăpăturilor față de selecția calității materialelor în serviciul de etilenglicol/apă.