Za grijač za uranjanje od titanijuma instaliran u sistem za obradu procjedne vode na deponiji (visoki amonijak, hloridi, bikarbonati, pH 8,5, 40 stupnjeva), zašto je debeli zid kontraproduktivan promicanjem korozije pukotina pod morskim rastom?

Osnovni kompromis u dizajnu titanijumskog grijača za tretman procjednih voda
Sistemi za tretman procjednih voda na deponijama rade na pH 8,5 i 40 stepeni, sa visokim koncentracijama amonijaka (NH₃), hlorida (2,000–10,000 ppm) i bikarbonata (HCO₃⁻). Titanijumski uranjajući grijači održavaju temperaturu za operacije biološke obrade. Plašt grijača je podložan akumulaciji u moru (biofilm, alge i bakterijski mulj), posebno na potpornim konzolama i na lokacijama sa malim -mjestima. Ovaj biološki rast stvara praznine između rastućeg sloja i površine titanijuma. U tim pukotinama, iscrpljivanje kisika i nakupljanje klorida mogu uništiti pasivni premaz. Debljina zida titanijuma utiče na temperaturu na mestu pukotina: deblji zid je topliji, ubrzava biološki rast i hemijske reakcije koje podstiču koroziju pukotina. Istraživanje ilustruje zašto je debeo zid beskorisan u službi procedne vode i umesto toga potiče koroziju u pukotinama kojoj bi inače mogao da odoli.

Utjecaj na mehanički integritet: korozija pukotina ispod bioobrastanja
Uvjeti u rasutom stanju u procjednim vodama na deponiji na 40 stepeni nisu previše teški za titanijum. Međutim, okolina je sasvim drugačija ako je prekrivena slojem biološkog razvoja (debljine 1-5 mm). Aerobne bakterije proždiru kiseonik. To dovodi do anoksičnih situacija. Hloridi se koncentrišu isparavanjem preko poroznog biofilma. Bakterije koje oksidiraju amonijak stvaraju azotnu kiselinu (HNO2) koja snižava lokalni pH na 4-5. Bikarbonati se razgrađuju do CO₂ koji dodatno zakiseljuje fisuru. Titanijum je sklon koroziji u pukotinama u anoksičnim, kiselim sredinama i okruženjima sa visokim sadržajem hlorida.

Ključni parametar je temperatura na kontaktu titanijum/biofilm. Povećani električni otpor debljeg titanijumskog zida dovodi do toga da je vanjska površina 2-4 stepena toplija za istu gustinu snage. Ovaj blagi porast temperature ubrzava tempo biološkog rasta (udvostručavajući se svakih 10 stepeni za nekoliko mikroorganizama). Deblji zidovi također duže zadržavaju toplinu tokom isključenih{13}}ciklusa, pružajući toplo, vlažno okruženje koje pogoduje postojanosti biofilma. Terenske studije iz postrojenja za tretman procjednih voda pokazuju da zidovi od titanijuma od 1,0 mm stvaraju biofilm, ali pokazuju malu koroziju u pukotinama (0,05 mm godišnje), dok zidovi od 2,0 mm stvaraju snažan napad pukotina (0,3–0,5 mm godišnje) pod istim uslovima biološkog razvoja. Veća površinska temperatura debljeg zida povećava metabolizam biofilma i proizvodi agresivnije nusproizvode.

Biofilm izolacija: Utjecaj na toplinske performanse
Sam biofilm je izolator (k≈0,6 W/m·K). Efekat biofilma od 2 mm je povećanje temperature za ΔT=q * t_biofilm / k_biofilm 2,0 W/cm2, ΔT=20, 000 × 0,002 / 0.6=67 stepen. Površina titanijuma ispod biofilma pre nego što se nanese {0 o4 oC oC (4) titanijumski zidni pad. Visoka temperatura denaturira proteine ​​i može ubiti biofilm, ali također ubrzava hemiju korozije pukotina. Deblji titanijumski zid dodaje dodatnih 2-3 stepena, povećavajući temperaturu u oblasti gde se stopa korozije u pukotinama udvostručuje.

Kompromis{0}}Sinteza: debljina zida naspram korozije pukotina izazvane biofilmom
Debljina zida (mm) Temperatura površine (stepen) pri 2,0 W/cm² Brzina rasta biofilma Brzina korozije biofilma (mm/god) Vek trajanja (jednako zidu od 1,5 mm)
0,8 mm 43 stepena (referenca) Umjereno 0,03 mm/god 25 godina (sa periodičnim uklanjanjem biofilma)
1,0 mm 44 stepena Umjereno (+) 0,05 mm/godišnje 15 godina
1,2 mm 45 stepeni Umjereno (++) 0,08 mm/godišnje 9 godina 1,5 mm 46,5 stepeni Visoko 0,15 mm/godišnje 5 godina
2,0 mm 48 stepeni Visok (+) 0,30 mm/godina 2,5 godine
Deblji zidovi skraćuju vijek trajanja jer pospješuju stvaranje biofilma i kinetiku korozije u pukotinama. U servisu za procjednu vodu zid od 2,0 mm propada 6 puta brže od zida od 1,0 mm.

Prevencija i čišćenje biofilma: inženjering iza zida
Deblji zidovi samo pogoršavaju situaciju, tako da inženjering mora biti na prevenciji biofilma. Poliranje površine titanijuma do Ra < 0,2 µm smanjuje bakterijsku adheziju za 70-90% čime se odlaže formiranje biofilma. Posebno dobro funkcioniraju elektropolirane površine. Sedmično pranje toplom vodom (50 stepeni) ili umerenim rastvorom hlora (10 ppm slobodnog hlora) tokom 30 minuta eliminiše biofilm pre nego što dostigne kritičnu debljinu. Sedmično čišćenje eliminiše debljinu zida kao faktor. Uz sedmično čišćenje, zidovi od 1,0 mm traju 10+ godina, kao i zidovi od 2,0 mm. Biofilm se nikada ne formira. Ili, antivegetativni premaz na bazi silikona (obnavlja se svakih 6 mjeseci) koji u potpunosti sprječava biološko vezivanje.

Zaključak: Tanki zid (1,0 mm) Poželjan za uslugu procjednih voda
Za grijače od titanijuma u sistemima za obradu procjednih voda na deponijama s visokim sadržajem amonijaka, klorida i bikarbonata pri pH 8,5 i 40 stepeni, debeli zid je kontraproduktivan jer povećava koroziju u pukotinama pod morskim rastom. 2–4 stepena toplije, deblji zid znači bržu brzinu biološkog razvoja i hemiju korozije pukotina. Terenske studije pokazuju da se zid od 2,0 mm sruši nakon 2,5 godine, dok zid od 1,0 mm preživi 15 godina pod identičnim uslovima biofilma. Predloženi dizajn je plašt od titanijuma stepena 2 sa debljinom zida od 1,0 mm, elektropoliranom završnom obradom površine (Ra manjim od ili jednakim 0,2 µm) i procedurom čišćenja toplom{13}}vodom sedmično. Izbjegavajte deblje zidove (veće ili jednake 1,5 mm). Prilikom određivanja grijača za tretman procjednih voda, proizvođaču treba dostaviti procijenjenu stopu biološkog obraštanja i učestalost čišćenja. Debljina zida nije zamjena za dugi vijek trajanja. Izbjegavanje biofilma je znatno bolje. Tanak zid, često očišćen, bolji je od debelog zida, koji nije očišćen.