Bagaimanakah Ketahanan Hakisan-Ketahanan Kakisan 70-30 Cupronickel Berbanding PTFE dalam Air Laut Berkelajuan Tinggi?

Air masin yang bergerak, terutamanya apabila ia membawa pasir terampai atau serpihan cangkerang, berfungsi sebagai penyembur pasir cecair di dalam tiub penukar haba. Dua bahan yang biasanya digunakan dalam perkhidmatan air laut--70-30 kuprum-nikel dan PTFE--bertindak secara berbeza terhadap penyalahgunaan mekanikal ini. Cabarannya lebih daripada sekadar rintangan kakisan. Perjuangan sebenar adalah menentang kemerosotan akibat kesan zarah berkelajuan tinggi.

Hasilnya mungkin kelihatan bercanggah dalam perbandingan air laut kakisan hakisan 70-30 berbanding PTFE. Oleh kerana PTFE adalah lengai secara kimia kepada air laut, manakala aloi tembaga masih merupakan logam aktif secara elektrokimia. Tetapi dalam keadaan aliran halaju tinggi yang melelas, aloi logam yang lebih keras kadangkala boleh bertahan lebih lama daripada polimer yang lebih lembut apabila hakisan menjadi mod kegagalan yang dominan.

Hakisan Sistem Air Laut-Hakisan
Hakisan-kakisan ialah gabungan fenomena mekanikal dan elektrokimia.

Kesan Halaju Bendalir
Apabila halaju air laut bertambah,

Pergolakan semakin teruk

Lapisan sempadan nipis

Peningkatan tenaga hentaman zarah

kehausan permukaan semakin cepat

Dengan pepejal terampai bahan dialihkan secara fizikal dari dinding tiub oleh aliran bendalir.

Pasir sebagai agen pelelas
Zarah pasir halus boleh menyebabkan:

Mencungkil permukaan

Filem jalur

Pemotongan mikro

Keletihan kesan berulang

Keterukan berbeza-beza pada:

Kepekatan zarah

Saiz zarah

Kekerasan zarah

Bentuk zarah

Halaju aliran

Zarah kuarza sangat bermusuhan kerana ketajaman, kekerasan dan geometri sudutnya.

Bagaimana 70-30 Cupronickel Melindungi Dirinya
70-30 aloi kuprum-nikel adalah lebih kurang:

70% tembaga

30% nikel

Untuk masa yang lama aloi ini telah digunakan untuk penukar haba maritim kerana pembentukan penutup oksida pelindung.

Lapisan Oksida Penyembuhan Sendiri-
Aloi berkembang apabila terdedah kepada air laut:

Salutan oksida cuprous melekat kuat

Salutan oksida ini membentuk lapisan pelindung terhadap kerosakan selanjutnya.

Logam itu ditutup dengan-kulit seramik yang menyembuhkan sendiri. Satu-satunya pertahanan polimer adalah licinnya.

Rintangan pada Halaju Aliran Tinggi
Dalam air laut bersih filem oksida boleh stabil pada halaju urutan:

3-4 m/saat

Dalam julat ini:

Pengalihan keluar filem masih terhad

Serangan Permukaan Masih Terkawal

Lapisan pelindung sentiasa diperbaharui

Jika filem oksida sedikit terganggu oleh lelasan, logam terdedah dengan cepat mengoksida semula dan mengembalikan perlindungan.

Keliatan Aloi (Mekanikal)
Bahan asas kuprum-nikel di bawahnya juga memberikan keanjalan mekanikal.

Aloi ialah

Fleksibiliti

Sukar

tahan retak

Kapasiti Penyerapan Tenaga Kesan

Kekuatan mekanikal ini membantu untuk mengelakkan kerosakan permukaan bencana walaupun dalam keadaan aliran bergelora.

Tindak balas PTFE terhadap Air Laut yang Melelas
Perbezaan dengan PTFE ialah ia bukan logam dan tidak bergantung pada perlindungan elektrokimia.

PTFE Lengai Kimia Lengkap ialah:

Ketahanan kakisan terhadap air laut

Tidak terdedah kepada serangan oleh klorida

Tahan kepada biofouling kimia

Stabil dalam air masin.

Tiada proses kakisan dan oleh itu tiada filem oksida untuk pecah.

Gosokan mekanikal tulen
Bagi PTFE, proses kegagalan hampir secara mekanikal secara eksklusif.

Permukaan polimer boleh tertakluk kepada:

goresan

Hakisan permukaan

Hakisan zarah

Kehilangan bahan secara progresif

PTFE adalah sekeras kuku manusia, oleh itu pada halaju aliran tinggi ia boleh rosak oleh hentaman berulang dengan pasir.

Had Halaju PTFE
PTFE tidak mempunyai kekerasan aloi logam, dan halaju operasinya yang selamat dalam perkhidmatan melelas adalah kurang.

Aliran Air Bersih lwn Aliran Sarat Pasir
PTFE berfungsi dengan baik dalam air laut bersih dengan keadaan aliran sederhana.

Walau bagaimanapun, untuk perkhidmatan buburan berpasir:

Had halaju praktikal mungkin berkurangan kepada kira-kira 1-2 m/s

Di luar julat ini:

Kadar pemakaian boleh meningkat dengan cepat

Permukaan mungkin menipis.

Kemerosotan integriti struktur-jangka panjang

Had yang dibenarkan adalah sangat bergantung kepada kepekatan dan keagresifan pepejal terampai.

Kepentingan Ciri Zarah
Hakisan PTFE adalah jauh lebih besar jika zarah adalah:

Bulat bukan bersudut

Besar, tidak baik

Tegar tidak lembut

Walaupun kelodak licin pada kepekatan rendah boleh menyebabkan kerosakan yang sangat kecil, zarah silika yang tajam boleh melarutkan polimer dengan lebih ganas.

Mengapa 70-30 Cupronickel kadangkala lebih tahan lama daripada PTFE
Apabila mempertimbangkan media kakisan kimia tulen, PTFE umumnya adalah lebih baik.

Walau bagaimanapun, perbandingan adalah berbeza dalam kes keadaan air laut yang kasar.

Kelalaian dan kekerasan
70-30 kelebihan Cu-Ni daripada

Peningkatan kekerasan permukaan

Penyembuhan sendiri-perlindungan oksida

Ketahanan yang lebih baik terhadap pemotongan zarah

PTFE menyediakan:

Jumlah imuniti kimia

Kelakuan permukaan geseran rendah

Tiada degradasi-elektrokimia

Tetapi kecacatan yang melanda dalam perkhidmatan yang menghakis adalah kelembutan.

Perlindungan Tunggal PTFE ialah Geseran
Faedahnya ialah PTFE mempunyai pekali geseran yang rendah.

Permukaan licin boleh:

Kurangkan lekatan zarah

Mengurangkan geseran gelongsor

Hapuskan beberapa pemindahan tenaga impak

Walau bagaimanapun, kelebihan ini mungkin tidak mencukupi untuk mengimbangi kekerasan bahan yang berkurangan di bawah aliran kasar yang kuat.

Aplikasi Biasa Setiap Bahan
Pilihan bahan yang optimum bergantung kepada sama ada kakisan atau hakisan adalah faktor utama dalam aplikasi.

Di mana 70-30 Cupronickel Bersinar
Cupronickel terus menunjukkan prestasi yang sangat baik dalam:

kondenser untuk kegunaan marin

Peralatan penyejukan, tentera laut

Paip Air Masin aliran tinggi

Perkhidmatan penukar tahan pasir

terutamanya apabila halaju aliran besar tetapi kimianya agak tipikal.

Di mana PTFE Bersinar
PTFE cemerlang dalam bidang berikut:

Campuran Air Laut Bahan Kimia Sangat Menghakis

Sistem pengklorinan

Pengasidan perairan laut

Sistem Kawalan Biofouling

dengan syarat pepejal pelelas terampai adalah terhad.

Kesan Reka Bentuk Sistem
Prestasi bahan juga sangat bergantung pada bentuk penukar dan reka bentuk hidraulik.

Kawalan Aliran
Mengurangkan hakisan boleh termasuk:

Menurunkan kelajuan aliran

Dengan siku yang lebih licin

Menghapuskan pergeseran arah yang mendadak

Pemasangan pemisah pasir

Strategi Reka Bentuk Hibrid
Sesetengah sistem mencampurkan bahan dengan cara yang disengajakan:

PTFE dalam Persekitaran Agresif Secara Kimia

Cu-Ni dalam kawasan aliran tinggi bahan pelelas

Dengan cara ini seseorang boleh secara selektif mengambil kesempatan daripada setiap bahan.

Ringkasan
Penilaian 70-30 cupronickel berbanding PTFE dalam air laut berkelajuan tinggi ialah pertukaran kejuruteraan klasik dari kelenturan kimia berbanding ketahanan mekanikal. PTFE benar-benar tahan terhadap kakisan oleh air laut, walaupun permukaannya yang agak lembut boleh sangat terhakis apabila tertakluk kepada-aliran sarat pasir yang bergerak pantas. Dalam amalan, dalam keadaan sedemikian, halaju dihadkan kepada mungkin 1-2 m s-1.

Sebaliknya, 70-30 kuprum-nikel melindungi dirinya dengan salutan kupro oksida yang teguh dan sembuh sendiri yang boleh bertolak ansur dengan halaju air masin 3-4 m/s dalam perkhidmatan bersih dan terus pulih daripada kerosakan kasar yang sederhana. Salutan pelindung ini, bersama-sama dengan keliatan dan keanjalan mekanikal aloi, boleh membolehkan hayat perkhidmatan yang lebih lama dalam tetapan maritim yang sangat menghakis.

Oleh itu, di bawah penggunaan air laut berpasir yang teruk, aloi logam yang lebih sukar mungkin lebih tahan lama secara keseluruhan daripada polimer yang unggul dari segi kimia. Akhirnya, pemilihan bahan untuk sistem terma maritim adalah pertempuran antara dua kekuatan yang berbeza: keupayaan logam untuk menyembuhkan dirinya sendiri dan untuk menerima pukulan fizikal, dan keupayaan polimer untuk mengabaikan kimia.