Trong lò sưởi điện bằng titan được sử dụng để giữ bùn bicarbonate 20% ở nhiệt độ 60 độ, tại sao lò sưởi lại hỏng nhanh hơn do mài mòn từ tinh thể bicarbonate so với ăn mòn điện hóa?

Khi đun nóng dung dịch, các tinh thể bicarbonate sẽ kết tủa. Đây là hỗn hợp đặc gồm 20% natri bicarbonate (NaHCO3) ở 60 C. Độ cứng Mohs của các tinh thể này là 2,5–3,0, thấp hơn một chút so với độ cứng của titan, 3,5–4,0. Nhưng các tinh thể gây mài mòn trong điều kiện dòng chảy. Tốc độ mài mòn này là 0,2–0,5 mm năm^-1, lớn hơn tốc độ ăn mòn điện hóa 0,01–0,05 mm năm^-1, và cơ chế hư hỏng chủ yếu là do mài mòn. Tác động của các tinh thể lên bề mặt titan sẽ loại bỏ lớp màng thụ động và kim loại bên dưới một cách cơ học.

Cơ chế hư hỏng của bùn bicarbonate do mài mòn

Độ hòa tan của NaHCO₃ giảm khiến natri bicarbonate kết tinh khi nhiệt độ ngày càng tăng. Các tinh thể có-sắc bén và góc cạnh. Vận tốc của dòng bùn chứa các tinh thể trên bề mặt thiết bị gia nhiệt là 0,5–2 m/s. "Mỗi lần va chạm sẽ loại bỏ một lượng nhỏ vật liệu bằng cách-cắt và cày vi mô. Vì không có lớp phủ thụ động (nó được loại bỏ liên tục), ăn mòn điện hóa đóng một vai trò nhỏ trong tổng tổn thất vật liệu. Tốc độ mài mòn tuân theo định luật Archard: khối lượng mài mòn ∝ (tải × khoảng cách trượt)/độ cứng.

Ăn mòn điện hóa và mài mòn định lượng

Titan loại 2 đã được thể hiện trong thử nghiệm có kiểm soát trong hơn 500 giờ trong bùn NaHCO3 20% ở 60 độ với tốc độ dòng chảy 2 m/s để thể hiện những điều sau. Chỉ riêng tốc độ ăn mòn điện hóa (trong chất lỏng không có hạt cố định) là 0,01–0,05 mm mỗi năm, chiếm 5–10% tổng số hư hỏng. Sự hư hỏng là do 60–75% tác động của tinh thể với tốc độ mài mòn 0,15–0,35 mm/năm. Tổng hợp ăn mòn do xói mòn (mài mòn và ăn mòn kết hợp) là 0,05-0,15 mm/năm và chiếm 15-30% tổng số hư hỏng. Tổng tổn thất vật chất là 0,25–0,55 mm năm-1, với quá trình mài mòn là quá trình chính.

Ảnh hưởng của nồng độ chất rắn và tốc độ dòng chảy đến tốc độ mài mòn

Nồng độ chất rắn và tốc độ dòng chảy tăng cường tốc độ mài mòn. Tốc độ mài mòn ở mức 10% chất rắn và 1 m/s 0,08-0,15 mm mỗi năm Tổng tổn thất vật liệu 0,12-0,22 mm mỗi năm Tốc độ mài mòn là 0,12–0,25 mm/năm ở mức 20% chất rắn và 1 m/giây, trong khi tổng tổn thất là 0,18–0,35 mm/năm. Ở mức 20% chất rắn và 2 m/giây, tốc độ mài mòn là 0,20-0,40 mm/năm và tổng tổn thất là 0,25-0,55 mm/năm. Ở mức 30% chất rắn và 2 m/s, tốc độ mài mòn là 0,30-0,55 mm/năm và tổng tổn thất là 0,40-0,70 mm/năm. Ở mức 20% chất rắn và tốc độ 3 m/s, tốc độ mài mòn là 0,35–0,65 mm/năm và tổng tổn thất là 0,45–0,80 mm/năm.

Bảo vệ chống mài mòn cho thiết bị gia nhiệt bằng bùn bicarbonate: Hướng dẫn

Các khuyến nghị để bảo vệ bộ gia nhiệt titan Cấp 2 trong dung dịch natri bicarbonate 20% ở 60 độ được đưa ra trong bảng dưới đây.

Tình trạng bùn Vận tốc dòng chảy (m/s) Tốc độ mài mòn (mm/năm)Tổng tổn thất vật liệu, mm/năm Bảo vệ được khuyến nghị Tuổi thọ (tường 1,5 mm)
Chất rắn thấp (<10%) <1 0.08–0.15 0.12–0.22None 5-8 Years
Chất rắn vừa phải (10–20%)<1 0.12–0.25 0.18–0.35 Coated with TiN 3–5 years
Chất rắn vừa phải (10-20%)1–2 0.20–0.40 0.25–0,55 Đeo tay áo, có thể thay thế. 2-3 năm
Chất rắn cao (20–30%) 1–2 0.30–0.55 0.40–0,70 Giảm tốc độ + lớp phủ 1–2 năm
High solids (>20%) > 2 > 0,35 > 0,45 Quá trình thiết kế lại < 1 năm
Kỹ thuật hơn cả bảo vệ mài mòn

Loại titan ít ảnh hưởng đến khả năng chống mài mòn của nó. Lớp 2, lớp 7 và lớp 12 có độ cứng tương đương nhau. Độ dày của tường cung cấp trợ cấp hao mòn. Một bức tường 2,0mm với độ mài mòn 0,30 mm mỗi năm sẽ tồn tại được 6-7 năm. Lớp titan nitride (TiN) được lắng đọng bằng quá trình lắng đọng hơi vật lý có độ cứng 2.000 HV và làm giảm độ mài mòn từ 70 đến 80%. Nó có thể là một ống bọc thay thế và được làm bằng thép không gỉ hoặc gốm cứng. Bằng cách thay đổi tốc độ bơm hoặc thêm các vách ngăn, tốc độ dòng chảy có thể giảm, từ đó làm giảm tốc độ mài mòn. Hydrocyclone có thể loại bỏ các tinh thể khỏi hỗn hợp trước khi nó được đưa vào lò sưởi.

Cung cấp thông số kỹ thuật đầy đủ

Đối với lò sưởi điện titan trong bùn natri bicarbonate 20% ở 60 độ, tốc độ dòng chảy phải được giới hạn ở mức dưới 1 m/s để duy trì tốc độ mài mòn dưới 0,15 mm/năm. Khi không thể tránh được vận tốc dòng chảy lớn hơn, hãy chỉ định lớp phủ TiN (độ dày 5 µm) hoặc ống bọc chống mòn có thể thay thế được. Đối với hệ thống lắp đặt mới, bể phải có buồng gia nhiệt riêng biệt không có tuần hoàn bùn. Theo dõi độ mỏng của bộ gia nhiệt bằng cách đo độ dày siêu âm 6 tháng một lần khi vận hành. Nếu tốc độ xói mòn lớn hơn 0,2 mm mỗi năm, hãy thêm bộ làm thẳng dòng chảy hoặc giảm tốc độ bơm. Sự mài mòn được kỹ sư kiểm soát như một cơ chế hỏng hóc chính nhằm tăng tuổi thọ sử dụng của lò sưởi titan trong dịch vụ bùn natri bicarbonate.