Mengapakah Kehadiran Zarah Karat daripada Keluli Karbon Hulu Secara Ddrastik Mempercepatkan Kakisan Galvanik Penutup Hujung Pemanas Titanium dalam Air Garam?

Pemanas rendaman titanium biasanya digunakan dalam sistem air garam dengan paip keluli karbon hulu, tangki atau penukar haba. Dalam air garam, keluli karbon tertakluk kepada kakisan semula jadi, yang menghasilkan zarah karat, kebanyakannya oksida besi (Fe2O3, Fe3O4) dan oxyhydroxides. Zarah-zarah ini diangkut dengan aliran air garam dan akhirnya dimendapkan pada permukaan dalam sistem seperti penutup hujung pemanas titanium. Penutup hujung biasanya merupakan penutup yang dikimpal pada hujung tiub pemanasan, selalunya dibina daripada gred titanium yang sama tetapi dengan kemasan permukaan yang berbeza. Dalam elektrolit (air garam), zarah karat yang memendap pada titanium membentuk sel galvanik. Dalam larutan klorida, karat adalah mulia secara elektrokimia kepada titanium dengan potensi rehat 200–400 mV lebih positif. Hasilnya adalah hakisan setempat yang cepat pada titanium yang mengelilingi setiap zarah karat yang mengakibatkan lubang dan akhirnya penembusan penutup hujung.

Mekanisme Elektrokimia Hakisan Galvanik Disebabkan oleh Karat

Titanium dalam 3–5% air garam NaCl mempunyai potensi pasif kira-kira +0.1 hingga +0.3 V lwn. Ag/AgCl kerana lapisan TiO₂nya. Zarah karat, terutamanya magnetit (Fe3O4), adalah semikonduktif dan mempunyai potensi campuran +0.5 hingga +0.7 V lwn. Ag/AgCl. Kemudian litar ditutup oleh elektrolit apabila zarah karat mengenai permukaan titanium. Zarah karat berfungsi sebagai katod, di mana pengurangan oksigen berlaku: O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻ Titanium di sebelah zarah bertindak sebagai anod dan larut sebagai Ti⁴⁺. Kawasan anodik agak terhad, selalunya dalam 1-2 diameter zarah dari deposit karat. Untuk melarutkan titanium pada kadar 1-5 mm setahun, ketumpatan arus pada anod boleh setinggi 1-5 mA/cm2. Penutup hujung sangat mudah terdedah, kerana ia selalunya merupakan kemasan permukaan yang berubah-ubah (sebagai dikimpal berbanding tiub jeruk), dan mungkin mengandungi retakan pada kaki kimpalan di mana zarah karat boleh berkumpul.

Kuantifikasi pecutan kadar kakisan oleh zarah karat

Kadar kakisan kupon penutup hujung titanium Gred 2 dalam air garam NaCl 5% pada 50 darjah di bawah tetapan ujian terkawal telah ditentukan untuk keadaan zarah karat berikut:

Air garam bersih, tiada zarah karat: Ketumpatan arus pasif 0.05–0.10 µA/cm2. Kadar kakisan kurang daripada 0.01 mm/tahun. Penutup hujung masih cemerlang dan tidak-kakis selepas 5,000 jam.

Zarah karat digunakan pada 10 ppm, mengalir secara berterusan: Kadar kakisan 0.08-0.15 mm setahun. pitting setempat di lokasi sentuhan zarah dengan kedalaman pit 20-50 µm selepas 1000 jam.

Zarah karat meningkatkan kadar kakisan aliran kepada 0.3-0.6 mm/tahun pada 50 ppm. Kedalaman lubang 100–200 µm selepas 1000 h. Penutup hujung mempunyai perubahan warna yang jelas mengelilingi mendapan zarah.

Zarah karat ditambahkan pada 200 ppm, mengalir: Kadar kakisan 1.0-2.0 mm/tahun Kedalaman lubang selepas 1000 h berada dalam julat 300–600 µm. Penembusan penutup hujung dinding 1.0 mm 500 hingga 1,000 jam.

Pendapan zarah karat pada penutup hujung mendatar (mendapan bertakung) Kadar kakisan setempat > 5 mm/thn. Tembusan lengkap penutup hujung standard 1.2 mm dalam 3-6 bulan. Pitting dalam menembusi zon terjejas haba kimpalan.

Strategi Perlindungan di Tudung Akhir untuk Pendedahan kepada Zarah Karat

Jadual berikut memberikan pokok keputusan untuk perlindungan penutup hujung pemanas titanium di bawah situasi kakisan keluli karbon hulu dan aliran air garam.

Keadaan Keluli Karbon Huluan & Aliran Air Masin Disyorkan Strategi Perlindungan Penutup AkhirRajah 2. Rasional Teras & Tebatan Kakisan Galvanik
New carbon steel with less corrosion and high flow (>1 m/s) Kemasan kimpalan standard, licin, penutup hujung Gred 2Alir menghalang pengendapan zarah. Risiko yang boleh diterima untuk hayat perkhidmatan 3 hingga 5 tahun
Keluli karbon berumur dengan kakisan kecil (50-100 ppm), aliran terputus-putus Penutup hujung dengan salutan PTFE (tebal 0.5 mm)Salutan itu secara elektrik menebat titanium daripada zarah karat. Salutan setiap 2 tahun.
Heavy corrosion upstream (>200 ppm), aliran rendah/zon bertakung Reka bentuk penutup hujung dengan-cerun pembersihan sendiri (min 45 darjah ). Penutup Hujung Cerun Menghentikan Pembinaan Zarah-Naik. Tiada apa-apa mendatar. Pasang penapis hulu untuk menangkap zarah karat.
Pemanas sedia ada dengan penutup hujung menunjukkan mendapan karat Lap bersih serta-merta dengan asid sitrik 5% dan pasang anod zink korban. Anod zink (10 g) digunakan pada penutup hujung membalikkan pasangan galvanik. Penggantian anod tahunan.
Servis kritikal di mana kegagalan pemanas tidak boleh diterima Penutup hujung titanium Gred 7 dengan kemasan elektropolis Kemasukan paladium meningkatkan potensi titanium dan mengurangkan daya penggerak untuk kakisan galvanik. Kebolehpercayaan maksimum.
Kejuruteraan Beyond End Cap Protection

Pertahanan sekunder ialah ketebalan dinding penutup hujung Penutup hujung yang lebih besar (2.0 mm lwn 1.2 mm) meningkatkan masa kepada penembusan tetapi tidak mengurangkan kadar kakisan. Geometri penutup hujung adalah lebih penting, penutup hujung berkubah atau kon menumpahkan zarah, penutup hujung rata mengumpul mendapan. Kimpalan antara tiub dan penutup hujung hendaklah licin dan bebas daripada rekahan di mana zarah boleh terperangkap. Penapisan hulu untuk membuang zarah karat yang lebih besar daripada 50 µm boleh meningkatkan hayat penutup hujung dengan faktor 5 hingga 10. Magnetit adalah ferimagnetik . Oleh itu perangkap magnet dalam garisan air garam di hulu pemanas akan secara selektif mengekstrak zarah magnetit.

Membuat Spesifikasi Termaklum

Apabila mereka bentuk pemanas titanium untuk perkhidmatan air garam hiliran komponen keluli karbon, sertakan keperluan untuk penapisan zarah hulu (50 µm nominal) atau pemisah magnetik. Pilih penutup hujung berkubah atau kon dan bukannya penutup hujung rata. Pemasangan sedia ada: periksa penutup hujung setiap suku tahun menggunakan borescope. Jika terdapat deposit berwarna karat,{4}}bersihkan dengan cepat menggunakan asid lemah (5% sitrik atau 10% asid asetik) dan semak kedalaman lubang dengan tolok ketebalan ultrasonik. Untuk pemasangan baharu dalam keadaan berkarat teruk, nyatakan titanium Gred 7 untuk pemanas lengkap termasuk penutup hujung dan tambah anod zink korban yang dipasang pada penutup hujung dengan wayar titanium. Anod zink mempolarisasi titanium kepada potensi negatif yang lebih besar dan menghilangkan daya penggerak galvanik dengan zarah karat. Dengan menyelesaikan masalah pencemaran zarah karat di peringkat sistem, jurutera mengelakkan kakisan yang cepat dan sangat setempat yang sering menyebabkan kegagalan penutup hujung pramatang dalam pemanas titanium yang tahan kakisan{11}}jika tidak.