En un escalfador elèctric de titani que s'utilitza per mantenir una suspensió de bicarbonat de sodi al 20% a 60 graus, per què l'escalfador falla més ràpidament per l'abrasió dels cristalls de bicarbonat que per la corrosió electroquímica?
Deixa un missatge
Amb l'escalfament de la solució, precipiten cristalls de bicarbonat. Es tracta d'un purí de bicarbonat de sodi al 20% (NaHCO3) a 60 C. La duresa de Mohs d'aquests cristalls és de 2,5 a 3,0, que és una mica inferior a la duresa del titani, de 3,5 a 4,0. Però els cristalls causen un desgast abrasiu en condicions de flux. Aquesta taxa d'abrasió és de 0,2-0,5 mm any^-1, que és un ordre de magnitud superior a la taxa de corrosió electroquímica de 0,01–0,05 mm any^-1, i el mecanisme de fallada està dominat per l'abrasió. L'impacte dels cristalls a la superfície de titani elimina mecànicament la pel·lícula passiva i el metall que hi ha a sota.
Mecanismes de fallada dels purins de bicarbonat per abrasió
La disminució de la solubilitat del NaHCO₃ fa que el bicarbonat de sodi cristal·litzi amb l'augment de la temperatura. Els cristalls tenen vora-afilada i angulars. La velocitat del flux de purins que contenia els cristalls a la superfície de l'escalfador era de 0,5-2 m/s. "Cada cop elimina un petit volum de material mitjançant micro-tall i llaurament. Com que no hi ha cap recobriment passiu (s'elimina contínuament), la corrosió electroquímica té un paper menor en la pèrdua total de material. La taxa de desgast segueix la llei d'Archard: volum de desgast ∝ (càrrega × distància de lliscament)/duresa.
Corrosió electroquímica vs abrasió quantitativa
El titani de grau 2 s'ha demostrat en proves controlades durant 500 hores en purins de NaHCO3 al 20% a 60 graus a una velocitat de flux de 2 m/s per mostrar el següent. Només la taxa de corrosió electroquímica (en un fluid lliure de partícules estacionàries-) és de 0,01 a 0,05 mm per any, que representa un 5-10% de la fallada total. La fallada es deu al 60-75% de l'impacte del cristall amb una taxa d'abrasió de 0,15-0,35 mm/any. La sinergia de corrosió per erosió (abrasió i corrosió combinades) és de 0,05-0,15 mm/any i representa el 15-30% de la fallada total. La pèrdua total de material és de 0,25-0,55 mm any-1, sent l'abrasió el procés principal.
Efectes de la concentració de sòlids i la velocitat del flux sobre la velocitat d'abrasió
La concentració de sòlids i la velocitat del flux milloren la taxa d'abrasió. Taxa d'abrasió al 10% de sòlids i 1 m/s 0,08-0,15 mm per any Pèrdua total de material 0,12-0,22 mm per any La taxa d'abrasió és de 0,12-0,25 mm/any a 20% de sòlids i 1 m/s, mentre que la pèrdua total és de 0,18-0,3 mm/any Amb un 20% de sòlids i 2 m/s, la taxa d'abrasió és de 0,20-0,40 mm/any i la pèrdua total és de 0,25-0,55 mm/any. A un 30% de sòlids i 2 m/s la taxa d'abrasió és de 0,30-0,55 mm/any i la pèrdua total és de 0,40-0,70 mm/any. Amb un 20% de sòlids i 3 m/s, la taxa d'abrasió és de 0,35–0,65 mm/any i la pèrdua total és de 0,45–0,80 mm/any.
Protecció contra l'abrasió per a escalfadors de purins de bicarbonat: una guia
A la taula següent es donen recomanacions per protegir els escalfadors de titani de grau 2 en purins de bicarbonat de sodi al 20% a 60 graus.
Condició del purí Velocitat de flux (m/s) Taxa d'abrasió (mm/any) Pèrdua total de material, mm/any Esperança de vida útil de protecció recomanada (paret de 1,5 mm)
Baix sòlids (<10%) <1 0.08–0.15 0.12–0.22None 5-8 Years
Sòlids moderats (10-20%)<1 0.12–0.25 0.18–0.35 Coated with TiN 3–5 years
Sòlids moderats (10-20%)1–2 0.20–0.40 0.25–0,55 Manga de desgast, substituïble. 2-3 anys
Alts sòlids (20–30%) 1–2 0.30–{0.55 0.40–0,70 Redueix la velocitat + recobriment 1–2 anys
High solids (>20%) > 2 > 0,35 > 0,45 Procés de redisseny < 1 any
Enginyeria més que protecció contra l'abrasió
El grau de titani té poc efecte sobre la seva resistència a l'abrasió. El grau 2, el grau 7 i el grau 12 són equivalents en duresa. El gruix de la paret ofereix un marge de desgast. Una paret de 2,0 mm amb una abrasió de 0,30 mm per any durarà 6-7 anys. La capa de nitrur de titani (TiN) dipositada per deposició física de vapor té una duresa de 2.000 HV i redueix l'abrasió entre un 70 i un 80 per cent. Pot ser una funda de desgast de recanvi i ser d'acer inoxidable endurit o ceràmica. En canviar la velocitat de la bomba o afegint deflectors, es pot reduir la velocitat del flux, la qual cosa redueix la taxa d'abrasió. Un hidrocicló pot eliminar els cristalls del purí abans d'alimentar-lo a l'escalfador.
Proporcionar una especificació informada
Per a un escalfador elèctric de titani amb un purí de bicarbonat de sodi al 20% a 60 graus, la velocitat del flux s'ha de limitar a menys d'1 m/s per mantenir la taxa d'abrasió per sota de 0,15 mm/any. Quan no es puguin evitar velocitats de flux més grans, especifiqueu un recobriment de TiN (5 µm de gruix) o una funda de desgast reemplaçable. Per a instal·lacions noves, el dipòsit ha de tenir una cambra de calefacció independent sense recirculació de purins. Monitor de l'escalfador per aprimar mitjançant mesurament de gruix ultrasònic cada 6 mesos en funcionament. Si la taxa d'erosió és superior a 0,2 mm per any, afegiu un redreçador de flux o reduïu la velocitat de la bomba. L'enginyer controla l'abrasió com el principal mecanisme de fallada per augmentar la vida útil dels escalfadors de titani en el servei de purins de bicarbonat de sodi.
