Kakva je otpornost na eroziju-koroziju od 70-30 bakronikla u poređenju sa PTFE-om u morskoj vodi velike brzine?

Pokretna slana voda, posebno kada nosi suspendirani pijesak ili fragmente školjke, funkcionira kao tekući pjeskari unutar cijevi izmjenjivača topline. Dva materijala koja se obično koriste u morskoj vodi--70-30 bakar-nikl i PTFE-----reaguju sasvim drugačije na ovu mehaničku zloupotrebu. Izazov je više od otpornosti na koroziju. Prava borba je protiv degradacije usled udara čestica velike brzine.

Rezultat može izgledati kontradiktorno u poređenju 70-30 bakronikla u odnosu na PTFE erozionu koroziju morske vode. Pošto je PTFE hemijski inertan prema morskoj vodi, dok su legure bakra još uvek elektrohemijski aktivni metali. Ali u okolnostima abrazivnog protoka velike brzine, čvršća metalna legura ponekad može nadživjeti mekši polimer kada erozija postane dominantan način kvara.

Erozija sistema morske vode-Korozija
Erozija{0}}korozija je kombinovani mehanički i elektrohemijski fenomen.

Efekat brzine fluida
Kako se brzina morske vode povećava,

Turbulencija se pogoršava

Tanki granični slojevi

Povećanje energije udara čestica

habanje površine se ubrzava

Sa suspendovanim čvrstim materijama materijal se fizički uklanja sa zida cevi strujom fluida.

Pijesak kao abrazivni agens
Čestice sitnog pijeska mogu uzrokovati:

Površinsko urezivanje

Strip film

Microcutting

Ponavlja se zamor od udara

Ozbiljnost varira od:

Koncentracija čestica

Veličine čestica

Tvrdoća čestica

Oblik čestice

Brzina strujanja

Čestice kvarca su vrlo neprijateljske zbog svoje oštrine, tvrdoće i ugaone geometrije.

Kako se 70-30 bakronikl štiti
70-30 legura bakra i nikla je otprilike:

70% bakra

30 % nikla

Dugo vremena se ova legura koristila za pomorske izmjenjivače topline zbog formiranja zaštitnog oksidnog omotača.

Sloj oksida koji se samoiscjeljuje
Legura se razvija pri izlaganju morskoj vodi:

Čvrsto prianjajući sloj od bakrovog oksida

Ovaj oksidni premaz stvara zaštitni sloj od daljnjeg oštećenja.

Metal je prekriven samozacjeljujućom keramičkom kožom. Jedina odbrana polimera je njegova klizavost.

Otpor pri velikoj brzini strujanja
U čistoj morskoj vodi oksidni film može biti stabilan pri brzinama reda:

3-4 m/sec

U ovom rasponu:

Uklanjanje filma i dalje je ograničeno

Surface Attack još uvijek pod kontrolom

Zaštitni sloj se stalno reformiše

Ako je oksidni film malo poremećen abrazijom, izloženi metal brzo reoksidira i ponovo uspostavlja zaštitu.

Čvrstoća legure (mehanička)
Materijal na bazi bakra{0}}nikla ispod takođe pruža mehaničku otpornost.

Legura je

Fleksibilnost

Tesko

Otporan na pukotine

Kapacitet apsorpcije energije udara

Ova mehanička čvrstoća pomaže da se spriječi katastrofalna površinska oštećenja čak i u uvjetima turbulentnog protoka.

PTFE reakcija na abrazivnu morsku vodu
Razlika sa PTFE-om je u tome što on nije metal i ne oslanja se na elektrohemijsku zaštitu.

Potpuna hemijska inertnost PTFE je:

Otpornost na koroziju na morsku vodu

Nije podložan napadima hlorida

Otporan na hemijsko bioobraštanje

Stabilan u slanoj vodi.

Nema procesa korozije, pa tako nema oksidnog filma koji bi se razbio.

Čisto mehaničko trljanje
Za PTFE, proces kvara je praktično isključivo mehanički.

Polimerna površina može biti izložena:

ogrebotine

Erozija površine

Erozija čestica

Progresivni gubitak materijala

PTFE je tvrd otprilike kao ljudski nokat, pa se pri velikoj brzini protoka može oštetiti ponovljenim udarima pijeskom.

PTFE ograničenja brzine
PTFE nema tvrdoću metalnih legura, a njegova sigurna radna brzina u abrazivnom radu je znatno manja.

Protok čiste vode naspram protoka opterećenog pijeskom
PTFE se dobro ponaša u čistoj morskoj vodi sa umjerenim uvjetima protoka.

Međutim, za usluge pješčanog gnojiva:

Praktična ograničenja brzine mogu se smanjiti na oko 1-2 m/s

Izvan ovog raspona:

Stope habanja mogu se brzo povećati

Površina može biti istanjena.

Dugoročno-pogoršanje strukturalnog integriteta

Dozvoljena granica u velikoj mjeri ovisi o koncentraciji i agresivnosti suspendiranih čvrstih tvari.

Značaj karakteristika čestica
Erozija PTFE je daleko veća ako su čestice:

Okrugla ne ugaona

Veliko, nije dobro

Čvrsta ne mekana

Iako glatki mulj pri niskim koncentracijama može uzrokovati vrlo mala oštećenja, oštre čestice silicijevog dioksida mogu rastopiti polimer mnogo snažnije.

Zašto je 70-30 bakronikl ponekad izdržljiviji od PTFE
Kada se razmatra čista hemijska korozija, PTFE je općenito poželjniji.

Međutim, poređenje je različito u slučaju abrazivnih uvjeta morske vode.

Inertnost i tvrdoća
70-30 Cu-Ni prednosti

Povećana površinska tvrdoća

Zaštita od oksida samo{0}}izlječenje

Bolja otpornost na rezanje čestica

PTFE pruža:

Potpuni hemijski imunitet

Ponašanje površina niskog trenja

Nema elektro{0}}hemijske degradacije

Ali njegova glavna mana u erozivnoj službi je mekoća.

PTFE-ova jedina zaštita je trenje
Prednost je što PTFE ima nizak koeficijent trenja.

Klizava površina može:

Smanjenje adhezije čestica

Smanjeno trenje klizanja

Raspršite prijenos energije udarca

Međutim, ova prednost možda neće biti dovoljna da kompenzira smanjenu tvrdoću materijala pod jakim abrazivnim strujanjem.

Tipične primjene svakog materijala
Optimalan izbor materijala ovisi o tome da li je korozija ili erozija glavni faktor u primjeni.

Gdje sija 70-30 bakronikl
Cupronickel nastavlja sa veoma dobrim performansama u:

kondenzatori za upotrebu u moru

Rashladna oprema, pomorska

Cijevi za slanu vodu visokog protoka

Servis izmenjivača otpornog na pesak

posebno kada je brzina protoka velika, ali je kemija pomalo tipična.

Gdje PTFE sija
PTFE je izvanredan u sljedećim oblastima:

Mješavine vrlo korozivne hemikalije morske vode

Sistemi za hlorisanje

Zakiseljavanje morskih voda

Sistemi kontrole bioobrastanja

pod uslovom da su suspendovane abrazivne čvrste supstance ograničene.

Uticaj dizajna sistema
Performanse materijala također snažno zavise od oblika izmjenjivača i hidrauličkog dizajna.

Kontrola toka
Smanjenje erozije može uključivati:

Smanjenje brzine protoka

Sa glatkijim laktovima

Uklanjanje naglih promjena smjera

Ugradnja separatora pijeska

Strategije hibridnog dizajna
Neki sistemi namjerno miješaju materijale:

PTFE u hemijski agresivnom okruženju

Cu{0}}Ni u područjima visokog protoka abraziva

Na ovaj način se može selektivno iskoristiti svaku supstancu.

Rezime
Procjena 70-30 bakronikla u odnosu na PTFE u morskoj vodi velike brzine je klasičan inženjerski kompromis između hemijske inertnosti u odnosu na mehaničku izdržljivost. PTFE je potpuno otporan na koroziju morskom vodom, iako se njegova relativno mekana površina može jako erodirati kada se podvrgne brzom-kretanju, pješčanom toku. U praksi, pod takvim uslovima, brzine su ograničene na možda 1-2 m s-1.

Suprotno tome, 70-30 bakar-nikl se štiti robusnim, samozacjeljivim premazom od bakrovog oksida koji može tolerirati brzine slane vode od 3-4 m/s u čistom radu i nastaviti da se oporavlja od umjerenih oštećenja abrazivnim djelovanjem. Ovaj zaštitni premaz, zajedno sa žilavošću i mehaničkom otpornošću legure, može omogućiti duži vijek trajanja u ekstremno erozivnim pomorskim okruženjima.

Stoga, pod teškim korištenjem pješčane morske vode, teža metalna legura može biti općenito izdržljivija od kemijski superiornog polimera. Na kraju, odabir materijala za pomorske termalne sisteme je bitka između dvije različite snage: sposobnosti metala da se sam izliječi i da podnese fizičke udarce, i sposobnosti polimera da jednostavno zanemari hemiju.