Hvorfor svigter en titanium-dyppevarmer i en 50/50 ethylenglycol/vand-blanding med 500 ppm klorid ved 90 grader hurtigere ved sprækkekorrosion end ved ensartet udtynding?

Ethylenglycol/vand-kombinationer (50/50 vol%) anvendes ofte som varmeoverførselsvæsker i solvarmesystemer, HVAC og motorkøling. Ved 90 grader er 500 ppm chlorid fra forringet glykol eller makeupvand fjendtligt over for titanium. Selvom titanium er meget modstandsdygtigt over for ensartet korrosion i denne blanding, med korrosionshastigheder under 0,02 mm om året, skyldes fejl primært sprækkekorrosion ved rørunderstøtninger, flanger og pakninger. Spaltegeometrien fører til en stigning i kloridkoncentrationen og et fald i iltkoncentrationen, mens produkterne af glykolnedbrydning (glykolsyre, myresyre) sænker den lokale pH. Spaltekorrosionsudbredelseshastigheder er 0,3-1,0 mm/år, 15-50 gange hurtigere end ensartet udtynding. Fejlen er ret begrænset, og perforering sker, mens 95% af rørets overflade efterlades intakt.

Mekanisme for sprækkedominans i glycol/vandblandinger

I bulkopløsningen øger ethylenglycol viskositeten, hvilket nedsætter iltdiffusionen. Stabiliteten af ​​den passive film garanteres af tilstrækkelig ilt og moderate kloridkoncentrationer. I en spalte (f.eks. under en PTFE-understøtning eller ved en pakning) bliver oxygen hurtigt opbrugt af katodiske processer og tilføres ikke. Chlorider diffunderer ind i spalten for at bevare den elektriske neutralitet og nå niveauer på 2.000 til 10.000 ppm. Glykol nedbrydes termisk ved 90 grader til organiske syrer (glykolsyre, myresyre, oxalsyre). Disse syrer sænker spaltens lokale pH til 3-4. Klorid, lav pH og iltsvind nedbryder sammen den passive film. Korrosion ved spalteanoden er aktiv, drevet af den store ydre katode på resten af ​​røroverfladen. Hvis den galvaniske strøm mellem sprækken (anode) og ydersiden (katoden) opretholdes, er opløsningshastigheden betydelig. Til sidst opstår perforering.

Kvantitativ sammenligning af ensartede og sprækkekorrosionsrater

Kontrollerede test i 50/50 ethylenglycol/vand med 500 ppm chlorid (startende pH 6,5) ved 90 grader i 2.000 timer har afsløret radikalt forskellige korrosionshastigheder. Den generelle korrosionshastighed for et glat rør uden sprække er kun 0,008 til 0,015 mm/år. Overfladen er strålende og fri for gruber, hvilket indikerer en stabil passiv film. Med denne hastighed ville en vægtykkelse på 1,2 mm give en levetid på mere end 50 år. Spaltekorrosionshastigheden var dog op til 0,30-0,70 mm/år under en PTFE-understøtning med en 0,2 mm sprækkespalte. Startfasen varer mellem 200 og 500 timer, og en rille med en dybde på 0,3-0,6 mm udvikles inden for 1.000 timer. Med en gummipakning, der har et mellemrum på 0,1 mm, stiger spaltekorrosionshastigheden til 0,50 til 1,00 mm/år, startende efter 100 til 300 timer og perforering af en 1,2 mm væg på 1200 til 2400 timer. I en rør-til-rørplade-valset samling er spaltekorrosionshastigheden 0,20 til 0,50 mm pr. år med initiering efter 300 til 800 timer.

Indvirkning af klorid- og glycolnedbrydning på sprækkens sværhedsgrad

Sværhedsgraden af ​​sprækkeangreb er en stærk funktion af glykoltilstand og kloridkoncentration. Frisk glykol (med inhibitorer) ved 100 ppm chlorid giver en spalte-pH på 5,5 efter 500 timer med en korrosionshastighed på 0,10-0,25 mm pr. år. Frisk uhæmmet glykol ved 500 ppm chlorid falder til pH 4,5 med en hastighed på 0,30-0,60 mm pr. år. Termisk nedbrudt glykol (500 timer ved 90 grader) med 500 ppm chlorid giver pH 3,5. Raten er 0,60-1,00 mm/år. Alvorligt forringet glykol med mere end 1.000 ppm organiske syrer med 1.000 ppm chlorid, pH 3,0, spaltekorrosionshastighed 1,00-1,80 mm pr. år. Under disse forhold er den ensartede korrosionshastighed < 0,025 mm/år, hvilket indikerer spaltekorrosion som den dominerende fejlmekanisme.

Glykol/vandvarmer Foranstaltninger til forebyggelse af korrosion

Nedenstående tabel giver retningslinjer for reduktion af spaltekorrosion i ethylenglycol/vand-kombinationer ved 90 grader baseret på varmelegemekonfiguration og vurdering af spalterisiko.

Spaltefareopvarmningsarrangement Foreslået designændring Forventet spaltekorrosionshastighed (mm/år)
PTFE-rørafstandsstykker (0,2-0,5 mm afstand) Høj Titanium svejset understøtter udskiftning<0.02
Flenger med gummipakningerMeget høje Brug svejsede eller loddede konnektorer<0.02
Rulleekspanderede rør i rørplade Moderat Svejs rør-til-rørplade efter ekspansion 0,05–0,10
Høje kompressionsfittings Eliminer; brug svejsede beslag<0.02
Redesign eksisterende sprækker Kan ikke redesigne Moderat Brug PTFE-tape til at lappe hul 0,15–0,30
Engineering mere end revneeliminering

Spaltekorrosionsbestandigheden er stærkt påvirket af titaniumkvaliteten. Grad 7 (palladiumstabiliseret) har 3-5 gange længere starttid og 50-70 % lavere udbredelseshastighed end grad 2 i glykol/vandspalter. Vægtykkelsen giver et materialetillæg. En 2,0 mm væg med spaltekorrosion på 0,5 mm om året holder 4 år, men en 1,2 mm væg holder kun 2,4 år. Glykolhæmmerpakken betyder noget; nitrit-baserede inhibitorer fremmer titanium spaltekorrosion, hvorimod molybdat- eller azol-baserede inhibitorer er godartede. Regelmæssig glykolprøve for pH, klorid og organisk syrekoncentration gør forudsigelig vedligeholdelse mulig. Tilsætning af monoethanolamin for at holde glycol-pH over 8,0 mindsker kraftigt sprækkeangreb.

At lave en specifikation med indsigt

Design en titanium-dyppevarmer til 50/50 ethylenglycol/vand med 500 ppm chlorid ved 90C. Gør det fri for sprækker-: Brug svejsede rørstøtter, svejste flanger og svejsede rør-til-rørpladeforbindelser. Hvis ingen sprækker fjernes, skal du bruge Grade 7 titanium og kontrollere alle sprækkesteder hvert kvartal med et boreskop eller farvestofpenetrant. For varmeapparater, der allerede er i drift, og som oplever sprækkekorrosion, skal du genmontere med PTFE-tape eller silikoneforsegling for at dække hullerne og tilsætte natriummolybdat til glykolen ved 200 ppm som en korrosionsinhibitor. Kontroller glykol for pH-fald under 6,0 under drift; hvis der konstateres pH-fald, skal glykolladningen omgående ændres. Spaltekorrosion kan forårsage varmefejl 15-50 gange hurtigere end ensartet udtynding. Ved at vide dette, lægger ingeniøren vægt på reduktion af sprækker i forhold til valg af materialekvalitet i ethylenglycol/vand-service.