Miért megy tönkre egy titán merülőfűtő 50/50 etilén-glikol/víz keverékben 500 ppm kloriddal 90 fokon a réskorrózió miatt, mint az egyenletes hígítás miatt?

Az etilénglikol/víz kombinációkat (50/50 térfogat%) gyakran alkalmazzák hőátadó folyadékként napkollektoros rendszerekben, HVAC-ban és motorhűtésben. 90 fokon 500 ppm romlott glikolból vagy pótvízből származó klorid ellenséges a titánnal szemben. Bár a titán nagyon ellenáll az egyenletes korróziónak ebben a keverékben, a korróziós sebesség 0,02 mm/év alatt van, a meghibásodás elsősorban a csőtartók, karimák és tömítések réskorróziójának köszönhető. A résgeometria a kloridkoncentráció növekedéséhez és az oxigénkoncentráció csökkenéséhez vezet, míg a glikol bomlástermékei (glikolsav, hangyasav) csökkentik a helyi pH-t. A réskorrózió terjedési sebessége 0,3-1,0 mm/év, 15-50-szer gyorsabb, mint az egyenletes ritkítás. A meghibásodás meglehetősen korlátozott, és perforáció következik be, miközben a cső felületének 95%-a érintetlen marad.

A résdominancia mechanizmusa glikol/víz keverékekben

Az ömlesztett oldatban az etilénglikol növeli a viszkozitást, ami csökkenti az oxigén diffúzióját. A passzív film stabilitását elegendő oxigén és mérsékelt kloridkoncentráció garantálja. Egy résben (pl. PTFE alátámasztás alatt vagy egy tömítésnél) az oxigén gyorsan kiürül a katódos folyamatok következtében, és nem jut hozzá. A kloridok bediffundálnak a hasadékba, hogy megőrizzék az elektromos semlegességet, és elérjék a 2000-10 000 ppm szintet. A glikol termikusan 90 fokon bomlik szerves savakra (glikolsav, hangyasav, oxálsav). Ezek a savak a rés helyi pH-ját 3-4-re csökkentik. A klorid, az alacsony pH és az oxigénhiány együttesen lebontja a passzív filmet. A rés-anód korróziója aktív, amelyet a cső többi felületének nagy külső katódja hajt. Ha a galvanikus áram a rés (anód) és a külső (katód) között fennmarad, az oldódási sebesség jelentős. Végül perforáció lép fel.

Az egységes és réskorróziós arányok mennyiségi összehasonlítása

Ellenőrzött tesztek 50/50 etilénglikol/víz 500 ppm kloriddal (kiindulási pH 6,5) 90 fokon 2000 órán keresztül radikálisan eltérő korróziós sebességet mutattak ki. A repedés nélküli sima cső általános korróziós sebessége mindössze 0,008-0,015 mm/év. A felület ragyogó és lyukmentes, ami stabil passzív filmréteget jelez. Ezzel a sebességgel az 1,2 mm-es falvastagság több mint 50 év élettartamot biztosítana. Azonban a réskorrózió sebessége 0,30–0,70 mm/év volt PTFE támaszték alatt, 0,2 mm-es résrés mellett. Az iniciációs szakasz 200 és 500 óra között tart, és 1000 órán belül 0,3-0,6 mm mélységű horony alakul ki. A 0,1 mm-es hézaggal rendelkező gumitömítéssel a réskorrózió sebessége 0,50-1,00 mm/évre nő, 100-300 óra alatt, és 1,2 mm-es fal perforálása 1200-2400 óra alatt. Egy cső-cső hengerelt kötésben a réskorrózió mértéke 0,20-0,50 mm évente, 300-800 óra alatt kezdődik.

A klorid és a glikol lebomlásának hatása a hasadékok súlyosságára

A réstámadás súlyossága erősen függ a glikol állapotától és a klorid koncentrációjától. Friss glikol (inhibitorokkal) 100 ppm kloridnál 500 óra elteltével 5,5 pH-értéket ad, évi 0,10-0,25 mm korróziós sebesség mellett. A friss, gátlatlan glikol 500 ppm klorid koncentrációnál évi 0,30-0,60 mm sebességgel esik 4,5-re. Termikusan lebontott glikol (500 óra 90 °C-on) 500 ppm kloriddal pH 3,5-et eredményez. Az arány 0,60-1,00 mm/év. Erősen leromlott glikol több mint 1000 ppm szerves savakkal 1000 ppm kloriddal, pH 3,0, réskorróziós sebesség 1,00-1,80 mm évente. Ilyen körülmények között az egyenletes korróziós sebesség < 0,025 mm/év, ami azt jelzi, hogy a réskorrózió a domináns meghibásodási mechanizmus.

Glikol/vízmelegítő réskorrózió-megelőzési intézkedések

Az alábbi táblázat iránymutatásokat ad az etilénglikol/víz kombinációk réskorróziójának csökkentésére 90 fokban, a fűtőberendezés konfigurációja és a réskockázat értékelése alapján.

A résveszélyes fűtőberendezés elrendezése A tervezés javasolt módosítása Várható réskorróziós sebesség (mm/év)
PTFE csőtávtartók (0,2-0,5 mm távolság) Magas titánból készült hegesztett támasztékok cseréje<0.02
Karimák gumi tömítésekkelNagyon magas Használjon hegesztett vagy keményforrasztott csatlakozókat<0.02
Hengerrel tágított csövek csőlemezben Mérsékelt hegesztési cső-to-cső tágulás után 0,05–0,10
<0.02
Meglévő rések újratervezése Nem lehet újratervezni Mérsékelt Használjon PTFE szalagot a 0,15–0,30 hézag befoltozásához
Tervezés több, mint repedéselhárítás

A réskorrózióállóságot erősen befolyásolja a titán minősége. A 7. fokozat (palládium stabilizált) 3-5-ször hosszabb kezdési idővel és 50-70%-kal alacsonyabb terjedési sebességgel rendelkezik, mint a 2. fokozatú glikol/víz hasadékokban. A falvastagság anyagráhagyást ad. Egy 2,0 mm-es fal évente 0,5 mm-es réskorrózióval 4 évig bírja, de egy 1,2 mm-es fal mindössze 2,4 évig. A glikol inhibitor csomag számít; A nitrit alapú inhibitorok elősegítik a titán réskorrózióját, míg a molibdát vagy az azol alapú inhibitorok jóindulatúak. A pH, klorid és szerves sav koncentráció rendszeres glikolmintája lehetővé teszi a prediktív karbantartást. Ha monoetanol-amint adunk hozzá, hogy a glikol pH-ját 8,0 felett tartsuk, az nagymértékben csökkenti a repedéseket.

Specifikáció készítése betekintéssel

Tervezzen titán merülő fűtőtestet 50/50 etilénglikol/víz 500 ppm kloriddal 90 C-on. Legyen rés-mentes: használjon hegesztett csőtartókat, hegesztett karimákat és hegesztett cső-a-csőlemez csatlakozásokat. Ha nem szűnik meg a repedés, használjon 7-es fokozatú titánt, és negyedévente ellenőrizze az összes réshelyet boreszkóppal vagy festék behatolóval. A már használatban lévő fűtőtesteknél, amelyeknél réskorrózió tapasztalható, szerelje fel újra PTFE szalaggal vagy szilikon tömítőanyaggal a hézagok fedésére, és adjon nátrium-molibdátot a glikolhoz 200 ppm-ben korróziógátlóként. Ellenőrizze, hogy a glikol pH-ja nem esik-e 6,0 alá működés közben; ha pH-csökkenést észlel, azonnal változtassa meg a glikol töltést. A réskorrózió a fűtőberendezés meghibásodását 15-50-szer gyorsabban okozhatja, mint az egyenletes elvékonyodás. Ennek ismeretében a mérnök az etilénglikol/víz szolgáltatásnál a hasadékcsökkentést helyezi előtérbe az anyagminőség kiválasztásával szemben.