Zašto grijač titanijuma u 50/50 mješavini etilen glikola/vode sa 500 ppm hlorida na 90 stepeni brže propada zbog korozije na pukotinama nego zbog ravnomjernog razrjeđivanja?

Kombinacije etilen glikol/voda (50/50 vol%) se često koriste kao fluidi za prenos toplote u solarnim termalnim sistemima, HVAC i hlađenju motora. Na 90 stepeni, 500 ppm hlorida iz pokvarenog glikola ili vode za šminkanje je neprijateljski prema titanijumu. Iako je titanijum veoma otporan na jednoličnu koroziju u ovoj mešavini, sa stopama korozije ispod 0,02 mm godišnje, kvar je prvenstveno posledica korozije u pukotinama na nosačima cevi, prirubnicama i zaptivkama. Geometrija pukotina dovodi do povećanja koncentracije klorida i smanjenja koncentracije kisika, dok proizvodi razgradnje glikola (glikolna kiselina, mravlja kiselina) smanjuju lokalni pH. Brzine širenja korozije u pukotinama su 0,3-1,0 mm/godišnje, 15-50 puta brže od ravnomjernog stanjivanja. Kvar je prilično ograničen i dolazi do perforacije dok je 95% površine cijevi ostalo netaknuto.

Mehanizam dominacije pukotina u smjesama glikol/voda

U rasutom rastvoru, etilen glikol povećava viskozitet, što smanjuje difuziju kiseonika. Stabilnost pasivnog filma je zagarantovana dovoljnom količinom kiseonika i umerenim koncentracijama hlorida. U pukotini (npr. ispod PTFE nosača ili na brtvi) kisik se brzo iscrpljuje katodnim procesima i ne dovodi se. Hloridi difundiraju u pukotinu kako bi očuvali električnu neutralnost i dostigli nivoe od 2.000 do 10.000 ppm. Glikol se termički razlaže na 90 stepeni do organskih kiselina (glikolne, mravlje, oksalne). Ove kiseline snižavaju lokalni pH pukotine na 3-4. Hlorid, nizak pH i nedostatak kiseonika zajedno razgrađuju pasivni film. Korozija na anodi pukotina je aktivna, pokretana velikom vanjskom katodom ostatka površine cijevi. Ako se galvanska struja između pukotine (anode) i spoljašnjosti (katoda) održava, brzina rastvaranja je značajna. Na kraju dolazi do perforacije.

Kvantitativno poređenje ravnomjerne i pukotine korozije

Kontrolisani testovi u 50/50 etilen glikol/voda sa 500 ppm hlorida (počevši od pH 6,5) na 90 stepeni tokom 2.000 sati otkrili su radikalno različite stope korozije. Opća stopa korozije glatke cijevi bez fisura je samo 0,008 do 0,015 mm/god. Površina je briljantna i bez udubljenja, što ukazuje na stabilan pasivni film. Uz ovu stopu, debljina zida od 1,2 mm bi omogućila vijek trajanja od više od 50 godina. Međutim, stopa korozije u pukotinama bila je do 0,30–0,70 mm/godišnje ispod PTFE nosača s razmakom od 0,2 mm. Faza inicijacije traje između 200 i 500 h, a žljeb dubine 0,3-0,6 mm se razvija unutar 1000 h. Sa gumenom zaptivkom koja ima razmak od 0,1 mm, stopa korozije u pukotini se povećava na 0,50 do 1,00 mm/godišnje, počevši od 100 do 300 sati i perforira zid od 1,2 mm za 1200 do 2400 sati. Kod valjanog spoja cijevi na lim, stopa korozije u pukotinama iznosi 0,20 do 0,50 mm godišnje sa inicijacijom za 300 do 800 sati.

Utjecaj degradacije klorida i glikola na ozbiljnost pukotina

Ozbiljnost napada pukotina je snažna funkcija stanja glikola i koncentracije klorida. Svježi glikol (sa inhibitorima) na 100 ppm hlorida daje pH pukotine od 5,5 nakon 500 h sa stopom korozije od 0,10-0,25 mm godišnje. Svježi neinhibirani glikol na 500 ppm hlorida pada na pH 4,5 brzinom od 0,30-0,60 mm godišnje. Termički razloženi glikol (500 sati na 90 stepeni) sa 500 ppm hlorida daje pH 3,5. Stopa je 0,60-1,00 mm/god. Jako pokvaren glikol sa više od 1000 ppm organskih kiselina sa 1000 ppm hlorida, pH 3,0, stopa korozije u pukotinama 1,00-1,80 mm godišnje. Pod ovim uvjetima, ujednačena stopa korozije je < 0,025 mm/godišnje, što ukazuje na koroziju u pukotinama kao dominantan mehanizam kvara.

Mjere za prevenciju korozije u procjepu glikola/grijača vode

Tabela ispod daje smjernice za smanjenje korozije pukotina u kombinacijama etilen glikol/voda na 90 stepeni, na osnovu konfiguracije grijača i procjene rizika od pukotina.

Raspored grijača za opasnost od pukotina Predložena promjena dizajna Očekivana stopa korozije pukotina (mm/god)
Odstojnici za PTFE cijevi (razmak 0,2-0,5 mm) Visoko zavareni titanijum podržava zamjenu<0.02
Prirubnice sa gumenim zaptivkama Vrlo visoko Koristite zavarene ili lemljene spojnice<0.02
Valjkom proširene cijevi u cijevnom listu Umjereno Zavariti cijev-na-lim nakon proširenja 0,05–0,10
Fitingi visoke kompresije Eliminirati; koristiti zavarene spojeve<0.02
Redizajniranje postojećih pukotina Nije moguće redizajnirati Umjereno Koristite PTFE traku da zakrpite praznine 0,15–0,30
Inženjering više od eliminacije pukotina

Otpornost na koroziju u pukotinama je pod jakim uticajem kvaliteta titana. Stupanj 7 (stabiliziran s paladijumom) ima 3-5 puta duže vrijeme početka i 50-70% nižu stopu razmnožavanja od Grade 2 u pukotinama glikol/voda. Debljina zida daje dopuštenje materijala. Zid od 2,0 mm sa korozijom u pukotinama od 0,5 mm godišnje traje 4 godine, a zid od 1,2 mm traje samo 2,4 godine. Paket inhibitora glikola je važan; Inhibitori na bazi nitrita promovišu koroziju titanijumskih pukotina, dok su inhibitori na bazi molibdata ili azola benigni. Redovni uzorak glikola za pH, koncentraciju klorida i organske kiseline omogućava prediktivno održavanje. Dodavanje monoetanolamina za održavanje pH glikola iznad 8,0 uvelike smanjuje napad pukotina.

Izrada specifikacije sa uvidom

Dizajnirajte titanijumski uranjajući grijač za 50/50 etilen glikol/vodu sa 500 ppm klorida na 90C. Neka bude-bez pukotina: koristite zavarene nosače cijevi, zavarene prirubnice i zavarene cijevi-na-spojeve. Ako nijedna fisura nije eliminisana, koristite titanijum stepena 7 i provjeravajte sva mjesta pukotina svake četvrtine boroskopom ili penetrantom za boju. Za grijače koji su već u upotrebi i koji su izloženi koroziji u pukotinama, ponovo montirajte PTFE trakom ili silikonskim zaptivačem da pokrijete praznine i dodajte natrijum molibdat u glikol pri 200 ppm kao inhibitor korozije. Provjerite glikol da li je pH pad ispod 6,0 ​​tokom rada; ako se pronađe pad pH, odmah promijenite punjenje glikola. Korozija pukotina može uzrokovati kvarove grijača 15-50 puta brže od ravnomjernog stanjivanja. Znajući to, inženjer naglašava smanjenje pukotina u odnosu na izbor kvaliteta materijala u servisu etilen glikol/voda.