V titanovém elektrickém ohřívači používaném k udržení 20% suspenze hydrogenuhličitanu sodného na 60 stupních, proč ohřívač selže rychleji otěrem od krystalů hydrogenuhličitanu než elektrochemickou korozí?
Zanechat vzkaz
Ve 20% suspenzi hydrogenuhličitanu sodného (NaHC03) při 60 stupních se při zahřívání roztoku vysrážejí krystaly hydrogenuhličitanu. Tyto krystaly mají tvrdost podle Mohse 2,5–3,0, což je mírně pod tvrdostí titanu 3,5–4,0. Za podmínek proudění však krystaly způsobují abrazivní opotřebení. Rychlost otěru 0,2–0,5 mm za rok převyšuje rychlost elektrochemické koroze 0,01–0,05 mm za rok faktorem 10–20, čímž se abraze stává dominantním mechanismem selhání. Krystaly narážejí na povrch titanu a mechanicky odstraňují pasivní film a pod ním ležící kov.
Mechanismus oděru-Převládající selhání v bikarbonátových kalech
Hydrogenuhličitan sodný krystalizuje, když teplota stoupá v důsledku obrácené rozpustnosti NaHC03. Krystaly mají ostré-hrany a hranaté. V tekoucí kaši dopadají krystaly na povrch ohřívače rychlostí 0,5–2 m/s. Každý dopad odstraní malé množství materiálu mikro-řezáním a orbou. Absence pasivního filmu (je průběžně odstraňován) znamená, že elektrochemická koroze přispívá jen málo k celkové ztrátě materiálu. Rychlost opotřebení se řídí Archardovým zákonem: objem opotřebení ∝ (zatížení × kluzná vzdálenost)/tvrdost.
Kvantitativní abraze vs. elektrochemická koroze
Kontrolované testování v suspenzi 20% NaHC03 při 60 stupních s rychlostí proudění 2 m/s po dobu 500 hodin stanovilo pro titan 2. stupně následující. Samotná rychlost elektrochemické koroze (ve stagnujícím -roztoku bez částic) je 0,01–0,05 mm za rok, což přispívá 5–10 % k celkovému selhání. Rychlost otěru při nárazu krystalu je 0,15–0,35 mm za rok, což přispívá 60–75 % k celkovému selhání. Synergie eroze-koroze (kombinovaný účinek otěru a koroze) je 0,05–0,15 mm za rok, což přispívá 15–30 % k celkovému selhání. Celková ztráta materiálu je 0,25–0,55 mm za rok, přičemž dominantním mechanismem je abraze.
Vliv koncentrace pevných látek a rychlosti proudění na rychlost oděru
Rychlost abraze se zvyšuje s koncentrací pevných látek a rychlostí proudění. Při 10 % pevných částic a 1 m/s je rychlost otěru 0,08–0,15 mm za rok a celková ztráta materiálu je 0,12–0,22 mm za rok. Při 20 % pevných částic a 1 m/s je rychlost otěru 0,12–0,25 mm za rok a celková ztráta je 0,18–0,35 mm za rok. Při 20 % pevných částic a 2 m/s je rychlost otěru 0,20–0,40 mm za rok a celková ztráta je 0,25–0,55 mm za rok. Při 30 % pevných částic a 2 m/s je rychlost otěru 0,30–0,55 mm za rok a celková ztráta je 0,40–0,70 mm za rok. Při 20 % pevných částic a 3 m/s je rychlost otěru 0,35–0,65 mm za rok a celková ztráta je 0,45–0,80 mm za rok.
Průvodce ochranou proti oděru pro ohřívače bikarbonátové kaše
Následující tabulka poskytuje doporučení pro ochranu titanových ohřívačů stupně 2 ve 20% suspenzi hydrogenuhličitanu sodného při 60 stupních.
| Stav kaše | Rychlost proudění (m/s) | Rychlost oděru (mm/rok) | Celkové materiálové ztráty (mm/rok) | Doporučená ochrana | Očekávaná životnost (1,5 mm stěna) |
|---|---|---|---|---|---|
| Nízký obsah pevných látek (<10%) | <1 | 0.08–0.15 | 0.12–0.22 | Žádný | 5–8 let |
| Středně pevné látky (10–20 %) | <1 | 0.12–0.25 | 0.18–0.35 | TiN povlak | 3–5 let |
| Středně pevné látky (10–20 %) | 1–2 | 0.20–0.40 | 0.25–0.55 | Vyměnitelné pouzdro proti opotřebení | 2–3 roky |
| Vysoký obsah pevných látek (20–30 %) | 1–2 | 0.30–0.55 | 0.40–0.70 | Snížit rychlost + povlak | 1–2 roky |
| High solids (>20%) | >2 | >0.35 | >0.45 | Proces přepracování | <1 year |
Engineering Beyond Abrasion Protection
Třída titanu výrazně neovlivňuje odolnost proti oděru; Stupeň 2, stupeň 7 a stupeň 12 mají podobnou tvrdost. Tloušťka stěny poskytuje přídavek na opotřebení; 2,0 mm stěna s otěrem 0,30 mm za rok vydrží 6–7 let. Povlak z nitridu titanu (TiN) aplikovaný fyzikálním napařováním má tvrdost 2 000 HV a snižuje otěr o 70–80 %. Lze použít vyměnitelné otěrové pouzdro z tvrzené nerezové oceli nebo keramiky. Snížení rychlosti proudění změnou rychlosti čerpadla nebo přidáním přepážek snižuje rychlost oděru. Hydrocyklon může odstranit krystaly z kaše dříve, než se dostane do ohřívače.
Vytvoření informované specifikace
U titanového elektrického ohřívače v 20% suspenzi hydrogenuhličitanu sodného při 60 stupních snižte rychlost proudění pod 1 m/s, abyste udrželi míru otěru pod 0,15 mm za rok. Pokud jsou vyšší rychlosti proudění nevyhnutelné, specifikujte povlak TiN (tloušťka 5 µm) nebo vyměnitelné otěrové pouzdro. Pro nové instalace navrhněte nádrž se samostatnou topnou komorou, kde kejda nerecirkuluje. Během provozu monitorujte každých 6 měsíců ohřívač z hlediska ztenčení pomocí ultrazvukového tloušťkoměru. Pokud míra otěru překročí 0,2 mm za rok, nainstalujte usměrňovač průtoku nebo snižte otáčky čerpadla. Řízením otěru jako dominantního mechanismu selhání prodlužuje konstruktér životnost titanových ohřívačů v suspenzi hydrogenuhličitanu sodného.
