U električnom grijaču od titanijuma koji se koristi za održavanje kaše od 20% natrijum bikarbonata na 60 stepeni, zašto grijač brže propada zbog abrazije od kristala bikarbonata nego zbog elektrohemijske korozije?

Zagrevanjem rastvora talože se kristali bikarbonata. Ovo je kaša od 20% natrijum bikarbonata (NaHCO3) na 60 C. Mohsova tvrdoća ovih kristala je 2,5–3,0, što je nešto niže od tvrdoće titanijuma, 3,5–4,0. Ali kristali uzrokuju abrazivno habanje u uslovima protoka. Ova brzina abrazije je 0,2–0,5 mm godišnje^-1, što je red veličine više od brzine elektrohemijske korozije od 0,01–0,05 mm godišnje^-1, a mehanizmom kvara dominira abrazija. Udar kristala na površinu titana mehanički uklanja pasivni film i metal ispod.

Mehanizmi kvara bikarbonatnih suspenzija abrazijom

Pad rastvorljivosti NaHCO₃ uzrokuje kristalizaciju natrijum bikarbonata sa povećanjem temperature. Kristali su oštri-i ugaoni. Brzina toka suspenzije koja sadrži kristale na površini grijača bila je 0,5–2 m/s. "Svaki pogodak uklanja malu količinu materijala mikro-rezanjem i oranjem. Pošto nema pasivnog premaza (kontinuirano se uklanja), elektrohemijska korozija igra manju ulogu u ukupnom gubitku materijala. Stopa habanja slijedi Archardov zakon: zapremina habanja ∝ (opterećenje × klizna udaljenost)/tvrdoća.

Elektrohemijska korozija naspram kvantitativne abrazije

Titanijum stepena 2 je prikazan u kontrolisanom testiranju tokom 500 sati u 20% NaHCO3 suspenziji na 60 stepeni pri brzini protoka od 2 m/s da bi se pokazalo sledeće. Sama stopa elektrohemijske korozije (u stacionarnoj-tečnosti bez čestica) je 0,01–0,05 mm godišnje, što predstavlja 5–10% ukupnog kvara. Otkazivanje je uzrokovano 60-75% udara kristala sa stopom abrazije od 0,15-0,35 mm/god. Sinergija korozije erozije (kombinovana abrazija i korozija) je 0,05-0,15 mm/godišnje i predstavlja 15-30% ukupnog kvara. Ukupni gubitak materijala je 0,25–0,55 mm yr−1, pri čemu je abrazija primarni proces.

Utjecaj koncentracije čvrstih tvari i brzine protoka na brzinu abrazije

Koncentracija čvrstih materija i brzina protoka povećavaju brzinu abrazije. Stopa abrazije pri 10% čvrstih materija i 1 m/s 0,08-0,15 mm godišnje Ukupni gubitak materijala 0,12-0,22 mm godišnje Stopa abrazije je 0,12-0,25 mm/godišnje pri 20% čvrstih materija i 1 m/s, dok je ukupni gubitak 0,18-0,3 mm/god. Pri 20% čvrste materije i 2 m/s, stopa abrazije je 0,20-0,40 mm/god, a ukupni gubitak je 0,25-0,55 mm/god. Pri 30% čvrstih materija i 2 m/s stopa abrazije je 0,30-0,55 mm/god, a ukupni gubitak je 0,40-0,70 mm/god. Pri 20% krutih tvari i 3 m/s stopa abrazije je 0,35–0,65 mm/god, a ukupni gubitak je 0,45–0,80 mm/god.

Zaštita od abrazije za grijače bikarbonatnog gnojiva: Vodič

Preporuke za zaštitu titanijumskih grejača 2. stepena u 20% rastvoru natrijum bikarbonata na 60 stepeni date su u tabeli ispod.

Stanje gnojnice Brzina protoka (m/s) Brzina abrazije (mm/godina) Ukupni gubitak materijala, mm/god. Preporučeni vijek trajanja zaštite (1,5 mm zid)
Niska količina čvrste tvari (<10%) <1 0.08–0.15 0.12–0.22None 5-8 Years
Umjerena količina čvrste tvari (10–20%)<1 0.12–0.25 0.18–0.35 Coated with TiN 3–5 years
Umjerene čvrste tvari (10-20%)1–2 0.20–0.40 0.25–0,55 Habajući rukav, zamjenjiv . 2-3 godina
Visoka krutina (20–30%) 1–2 0.30–0.55 0.40–0,70 Smanjenje brzine + premaz 1–2 godine
High solids (>20%) > 2 > 0,35 > 0,45 Proces redizajna < 1 godine
Inženjering više od zaštite od abrazije

Kvalitet titanijuma ima mali uticaj na njegovu otpornost na abraziju. Stepen 2, Grade 7 i Grade 12 su ekvivalentni po tvrdoći. Debljina zida omogućava habanje. Zid od 2,0 mm sa abrazijom od 0,30 mm godišnje će trajati 6-7 godina. Sloj titanijum nitrida (TiN) deponovan fizičkim taloženjem pare ima tvrdoću od 2.000 HV i smanjuje abraziju za 70 do 80 procenata. Može biti zamjenski habajući rukav, i biti od kaljenog nehrđajućeg čelika ili keramike. Promjenom brzine pumpe ili dodavanjem pregrada, brzina protoka se može smanjiti, što smanjuje stopu abrazije. Hidrociklon može ukloniti kristale iz suspenzije prije nego što se unese u grijač.

Pružanje informirane specifikacije

Za električni grijač od titanijuma u 20% rastvoru natrijum bikarbonata na 60 stepeni, brzina protoka treba da bude ograničena na manje od 1 m/s kako bi se održala stopa abrazije ispod 0,15 mm/godišnje. Tamo gdje se ne mogu izbjeći veće brzine protoka, navedite TiN premaz (debljine 5 µm) ili zamjenjivu habajuću čauru. Za nove instalacije, rezervoar bi trebao imati zasebnu komoru za grijanje bez recirkulacije gnojiva. Pratiti grijač za stanjivanje ultrazvučnim mjerenjem debljine svakih 6 mjeseci u radu. Ako je stopa erozije veća od 0,2 mm godišnje, dodajte ispravljač protoka ili smanjite brzinu pumpe. Abraziju kontroliše inženjer kao glavni mehanizam kvara za produžavanje radnog veka titanijumskih grejača u radu sa natrijum bikarbonatom.