Hình dạng kẽ hở (Loại đệm và mô-men xoắn bu-lông) thay đổi nhiệt độ tới hạn đối với sự ăn mòn kẽ hở của mối nối mặt bích lò sưởi bằng titan như thế nào?
Để lại lời nhắn
Các khớp nối mặt bích trên bộ gia nhiệt ngâm titan là cần thiết để lắp xuyên qua thành bể hoặc xuyên qua bình chịu áp lực. Khe hở giữa mặt mặt bích titan và miếng đệm-hoặc giữa miếng đệm và mặt bích đối xứng-tạo ra một hình dạng hạn chế nơi các loài hung hãn tập trung. Ăn mòn kẽ hở xảy ra khi vượt quá nhiệt độ tới hạn đối với nồng độ clorua nhất định. Nhiệt độ tới hạn này không cố định mà phụ thuộc trực tiếp vào các thông số hình học kẽ hở: độ nén của vật liệu đệm, độ hoàn thiện bề mặt đệm và mô-men xoắn bu lông (xác định độ rộng khe hở). Các kẽ hở chặt chẽ hơn (các khe hở nhỏ hơn) đạt đến điều kiện tới hạn ở nhiệt độ thấp hơn vì quá trình khuếch tán oxy vào kẽ hở bị hạn chế hơn và quá trình axit hóa diễn ra nhanh hơn.
Cơ chế ăn mòn kẽ hở trong các mối nối mặt bích
Trong một kẽ hở, oxy được tiêu thụ bởi các phản ứng catốt trên các bề mặt bên trong khe hở. Oxy không thể được bổ sung bằng cách khuếch tán nếu khoảng cách đủ hẹp. Phản ứng anốt (sự hòa tan kim loại) tiếp tục diễn ra bên trong kẽ hở, trong khi phản ứng catốt xảy ra tốt hơn ở bên ngoài. Các ion clorua di chuyển vào kẽ hở để duy trì sự cân bằng điện tích và các ion kim loại thủy phân để tạo ra H⁺, làm giảm độ pH xuống 2–3. Khi độ pH giảm xuống dưới giới hạn ổn định của màng thụ động titan (khoảng 1,5–2,0 trong dung dịch clorua), quá trình ăn mòn chủ động sẽ bắt đầu nhanh chóng. Khoảng cách hẹp hơn đạt được điều kiện quan trọng này ở nhiệt độ thấp hơn. Hình dạng kẽ hở cũng ảnh hưởng đến mức độ dễ dàng thoát ra của các sản phẩm ăn mòn tích tụ; sản phẩm bị mắc kẹt tăng tốc độ tấn công.
Mối quan hệ định lượng giữa khoảng cách kẽ hở và nhiệt độ tới hạn
Thử nghiệm có kiểm soát trong 3,5% NaCl (chất mô phỏng nước biển) với máy tạo kẽ hở được tiêu chuẩn hóa (hai tấm titan được nén lại với nhau) đã thiết lập các nhiệt độ tới hạn sau cho titan Loại 2:
Gap width >0,5 mm (kẽ hở): Nhiệt độ tới hạn trên 95 độ. Khuếch tán oxy đủ để duy trì tính thụ động cho đến khi sôi. Ăn mòn kẽ hở không được quan sát dưới 95 độ.
Chiều rộng khe hở 0,25–0,5 mm (miếng đệm nén thông thường): Nhiệt độ tới hạn 75–85 độ . Có thể chấp nhận được đối với hầu hết các ứng dụng sử dụng nước ấm nhưng có rủi ro đối với nước muối nóng.
Chiều rộng khe hở 0,10–0,25 mm (kẽ hở chặt do mô-men xoắn bu-lông cao): Nhiệt độ tới hạn giảm xuống 50–70 độ . Phạm vi hư hỏng thường gặp của mặt bích lò sưởi trong nước biển có nhiệt độ vừa phải.
Chiều rộng khe hở 0,05–0,10 mm (kim loại-tiếp xúc-kim loại với miếng đệm mỏng): Nhiệt độ tới hạn 30–50 độ . Sự ăn mòn kẽ hở xảy ra ngay cả trong nước máy ấm.
Chiều rộng khoảng cách<0.05 mm (near-contact, polymer gasket fully compressed): Nhiệt độ tới hạn dưới 30 độ. Có thể ăn mòn kẽ hở ở nhiệt độ phòng-trong nước chứa clorua-.
Ảnh hưởng của vật liệu đệm và mô-men xoắn bu lông
Loại đệm xác định khe hở kẽ hở hiệu quả và khả năng nén:
| Vật liệu đệm | Độ dày nén điển hình | Mô-men xoắn khuyến nghị của bu lông (Nm đối với bu lông mặt bích M10) | Khoảng cách kẽ hở hiệu quả (mm) | Nhiệt độ tới hạn trong NaCl 3,5% |
|---|---|---|---|---|
| PTFE (nguyên chất, 1,5 mm không nén) | 0,8–1,0 mm | 15–20 | 0.4–0.6 | 80–90 độ |
| PTFE mở rộng (ePTFE) | 0,5–0,7 mm | 10–15 | 0.3–0.5 | 75–85 độ |
| Sợi không amiăng được nén (1,5 mm) | 0,4–0,6 mm | 25–35 | 0.2–0.4 | 65–80 độ |
| Tấm than chì (1,5 mm) | 0,3–0,5 mm | 20–30 | 0.15–0.35 | 55–70 độ |
| Titan (kim loại-đến-kim loại, không có miếng đệm) | 0,00 mm (tiếp xúc bề mặt) | 40–50 | <0.05 | <30°C |
Mức độ nghiêm trọng của mô-men xoắn và kẽ hở
Mô-men xoắn bu lông cao hơn làm giảm độ dày của miếng đệm, thu hẹp khe hở. Đối với miếng đệm PTFE, việc tăng mô-men xoắn từ 10 Nm lên 30 Nm giúp giảm chiều rộng khe hở từ 0,6 mm xuống 0,3 mm, giảm nhiệt độ tới hạn xuống 15–20 độ. Lực xoắn quá-có thể làm đùn các miếng đệm mềm, tạo ra sự tiếp xúc giữa kim loại-với-kim loại tại các khu vực cục bộ. Dưới tác động mô-men xoắn để lại một khe hở rộng nhưng có nguy cơ rò rỉ, tạo ra các vấn đề ăn mòn{13}}ăn mòn.
Hướng dẫn thiết kế để ngăn ngừa ăn mòn kẽ hở
Bảng sau đây cung cấp các khuyến nghị về thiết kế mối nối mặt bích dựa trên nhiệt độ sử dụng và nồng độ clorua:
| Nhiệt độ dịch vụ và mức clorua | Vật liệu đệm được đề xuất | Mô-men xoắn bu lông tối đa (Nm cho M10) | Giảm thiểu kẽ hở bổ sung |
|---|---|---|---|
| <50°C, any Cl⁻ | PTFE, mô-men xoắn tiêu chuẩn | 15–20 | Không cần thiết |
| 50–70 độ,<1,000 ppm Cl⁻ | ePTFE với chất độn TiO₂ | 10–15 | Bôi mỡ silicon vào mặt bích |
| 50–70 độ , 1.000–5.000 ppm Cl⁻ | PTFE có mặt bích rộng (tối thiểu 50 mm) | 20–25 | Sử dụng thiết kế không có kẽ hở (mặt bích hàn) |
| 70–90 độ,<500 ppm Cl⁻ | PTFE hoặc ePTFE | 15–20 | Theo dõi hàng quý các dấu hiệu rò rỉ |
| >90°C or >5.000 phần triệu Cl⁻ | Không có miếng đệm-sử dụng mặt bích hàn hoặc hàn đồng thau | N/A | Loại bỏ hoàn toàn kẽ hở |
Thực hiện một đặc điểm kỹ thuật có hiểu biết
Khi chỉ định khớp nối mặt bích của bộ gia nhiệt bằng titan để sử dụng ở nhiệt độ trên 50 độ trong chất lỏng có chứa clorua-, cần phải có thiết kế không có kẽ hở-trong đó ống titan được hàn trực tiếp vào mặt bích titan và mặt bích được hàn hoặc hàn đồng vào vòi bể. Nếu không thể tránh khỏi mối nối có đệm, hãy chỉ định PTFE mở rộng (ePTFE) duy trì khe hở lớn hơn khi nén so với PTFE đặc. Chỉ định mô-men xoắn bu lông tối đa là 15 Nm cho ốc vít M10 và yêu cầu sử dụng cờ lê mô-men xoắn trong quá trình lắp đặt. Bôi một lớp mỏng silicon hoặc mỡ có chứa flo lên các mặt bích để lấp đầy các-kẽ hở vi mô. Đối với hệ thống lắp đặt hiện có, hãy kiểm tra các kẽ hở của mặt bích bằng kính soi hoặc chất thẩm thấu thuốc nhuộm. Nếu phát hiện thấy sự ăn mòn ở kẽ hở, hãy thay thế mối nối đệm bằng mối nối hàn. Bằng cách kiểm soát hình dạng kẽ hở thông qua việc lựa chọn miếng đệm và giới hạn mô-men xoắn bu lông, kỹ sư đã tăng nhiệt độ tới hạn cho sự ăn mòn kẽ hở lên 20–40 độ, đảm bảo hiệu suất khớp mặt bích đáng tin cậy trong dịch vụ clorua nóng.
