I en elektrisk varmelegeme af titan, der bruges til at holde en 20 % natriumbicarbonat-opslæmning ved 60 grader, hvorfor svigter varmelegemet hurtigere ved slid fra bikarbonatkrystaller end ved elektrokemisk korrosion?
Læg en besked
I en 20% natriumbicarbonat (NaHCO₃) opslæmning ved 60 grader udfældes bicarbonatkrystaller, når opløsningen opvarmes. Disse krystaller har en Mohs hårdhed på 2,5–3,0, hvilket er lidt under titaniums hårdhed på 3,5–4,0. Men under strømningsforhold forårsager krystallerne slibende slid. Slidhastigheden på 0,2-0,5 mm om året overstiger den elektrokemiske korrosionshastighed på 0,01-0,05 mm om året med en faktor på 10-20, hvilket gør slid til den dominerende fejlmekanisme. Krystallerne påvirker titaniumoverfladen og fjerner mekanisk den passive film og det underliggende metal.
Mechanism of abrasion-Domineret fejl i bikarbonatopslæmninger
Natriumbicarbonat krystalliserer, når temperaturen stiger på grund af den omvendte opløselighed af NaHCO3. Krystallerne er skarpe-kantede og kantede. I en flydende gylle påvirker krystallerne varmelegemets overflade med hastigheder på 0,5-2 m/s. Hvert stød fjerner en lille mængde materiale gennem mikro-skæring og pløjning. Fraværet af en passiv film (den fjernes kontinuerligt) betyder, at elektrokemisk korrosion bidrager kun lidt til det totale materialetab. Slidhastigheden følger Archards lov: slidvolumen ∝ (belastning × glideafstand)/hårdhed.
Kvantitativ slid vs. elektrokemisk korrosion
Kontrolleret testning i 20 % NaHCO₃-opslæmning ved 60 grader med en strømningshastighed på 2 m/s over 500 timer har fastslået følgende for grad 2 titanium. Alene den elektrokemiske korrosionshastighed (i stillestående, partikel-fri opløsning) er 0,01-0,05 mm pr. år, hvilket bidrager med 5-10 % til totalt svigt. Slidhastigheden fra krystalstød er 0,15-0,35 mm om året, hvilket bidrager med 60-75% til total svigt. Erosions--korrosionssynergien (den kombinerede effekt af slid og korrosion) er 0,05-0,15 mm pr. år, hvilket bidrager med 15-30 % til det samlede svigt. Det samlede materialetab er 0,25-0,55 mm om året, med slid som den dominerende mekanisme.
Indflydelse af faststofkoncentration og flowhastighed på slidhastighed
Slidhastigheden stiger med faststofkoncentration og strømningshastighed. Ved 10 % tørstof og 1 m/s er slidhastigheden 0,08–0,15 mm om året, og det samlede materialetab er 0,12–0,22 mm om året. Ved 20 % tørstof og 1 m/s er slidhastigheden 0,12–0,25 mm om året, og det samlede tab er 0,18–0,35 mm om året. Ved 20 % tørstof og 2 m/s er slidhastigheden 0,20–0,40 mm om året, og det samlede tab er 0,25–0,55 mm om året. Ved 30 % tørstof og 2 m/s er slidhastigheden 0,30–0,55 mm om året, og det samlede tab er 0,40–0,70 mm om året. Ved 20 % tørstof og 3 m/s er slidhastigheden 0,35–0,65 mm om året, og det samlede tab er 0,45–0,80 mm om året.
Slidbeskyttelsesvejledning til bikarbonat-gyllevarmere
Følgende tabel giver anbefalinger til beskyttelse af grad 2 titaniumvarmere i 20 % natriumbicarbonatopslæmning ved 60 grader.
| Gylletilstand | Strømningshastighed (m/s) | Slidhastighed (mm/år) | Samlet materialetab (mm/år) | Anbefalet beskyttelse | Forventet levetid (1,5 mm væg) |
|---|---|---|---|---|---|
| Lavt tørstofindhold (<10%) | <1 | 0.08–0.15 | 0.12–0.22 | Ingen | 5-8 år |
| Moderat tørstof (10-20 %) | <1 | 0.12–0.25 | 0.18–0.35 | TiN belægning | 3-5 år |
| Moderat tørstof (10-20 %) | 1–2 | 0.20–0.40 | 0.25–0.55 | Udskiftelig slidmanchet | 2-3 år |
| Højt tørstofindhold (20-30 %) | 1–2 | 0.30–0.55 | 0.40–0.70 | Reducer hastighed + belægning | 1-2 år |
| High solids (>20%) | >2 | >0.35 | >0.45 | Redesign proces | <1 year |
Engineering Beyond Abrasion Protection
Titaniumkvaliteten påvirker ikke slidstyrken væsentligt; Grade 2, Grade 7 og Grade 12 har lignende hårdhed. Vægtykkelse giver et slidgodtgørelse; en 2,0 mm væg med 0,30 mm om året slid holder 6-7 år. En titaniumnitrid (TiN) belægning påført ved fysisk dampaflejring har en hårdhed på 2.000 HV og reducerer slid med 70-80%. En udskiftelig slidmanchet af hærdet rustfrit stål eller keramik kan bruges. Reduktion af strømningshastigheden ved at ændre pumpehastigheden eller tilføje ledeplader sænker slidhastigheden. En hydrocyklon kan fjerne krystaller fra gyllen, før den når varmeren.
Udarbejdelse af en informeret specifikation
For en elektrisk varmeovn i titanium i 20 % natriumbicarbonat-opslæmning ved 60 grader skal strømningshastigheden reduceres til under 1 m/s for at holde slidhastigheden under 0,15 mm pr. år. Hvis højere strømningshastigheder er uundgåelige, angiv en TiN-belægning (5 µm tykkelse) eller en udskiftelig slidmanchet. Ved nye installationer designes tanken med et separat varmekammer, hvor gyllen ikke recirkuleres. Under drift skal du overvåge varmeren for udtynding ved hjælp af ultralydstykkelsesmåling hver 6. måned. Hvis slidhastigheden overstiger 0,2 mm pr. år, skal du installere en flowudglatter eller reducere pumpehastigheden. Ved at kontrollere slid som den dominerende fejlmekanisme forlænger ingeniøren levetiden for titaniumvarmere i natriumbicarbonat-opslæmningsdrift.
