รูปทรงรอยแยก (ประเภทปะเก็นและแรงบิดของสลักเกลียว) เปลี่ยนอุณหภูมิวิกฤตสำหรับการกัดกร่อนรอยแยกของข้อต่อหน้าแปลนฮีตเตอร์ไทเทเนียมอย่างไร
ฝากข้อความ
ข้อต่อหน้าแปลนบนเครื่องทำความร้อนแบบแช่ไทเทเนียมจำเป็นสำหรับการติดตั้งผ่านผนังถังหรือการเจาะทะลุภาชนะรับความดัน รอยแยกระหว่างหน้าหน้าแปลนไทเทเนียมกับปะเก็น-หรือระหว่างปะเก็นกับหน้าแปลนผสมพันธุ์-ทำให้เกิดรูปทรงเรขาคณิตที่จำกัดซึ่งสายพันธุ์ที่ดุร้ายจะรวมตัวกันอยู่ การกัดกร่อนตามรอยแยกเกิดขึ้นเมื่ออุณหภูมิวิกฤติสำหรับความเข้มข้นของคลอไรด์ที่กำหนดเกิน อุณหภูมิวิกฤตินี้ไม่คงที่ แต่ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์เรขาคณิตของรอยแยกโดยตรง ได้แก่ ความสามารถในการอัดของวัสดุปะเก็น ผิวสำเร็จของปะเก็น และแรงบิดของสลักเกลียว (ซึ่งกำหนดความกว้างของช่องว่าง) รอยแยกที่แคบกว่า (ช่องว่างเล็กกว่า) จะไปถึงสภาวะวิกฤตที่อุณหภูมิต่ำกว่า เนื่องจากการแพร่กระจายของออกซิเจนเข้าไปในรอยแยกนั้นถูกจำกัดมากกว่า และการเกิดกรดจะเกิดขึ้นเร็วขึ้น
กลไกการกัดกร่อนของรอยแยกในข้อต่อหน้าแปลน
ในรอยแยก ออกซิเจนจะถูกใช้โดยปฏิกิริยาแคโทดิกบนพื้นผิวภายในช่องว่าง ไม่สามารถเติมออกซิเจนด้วยการแพร่กระจายได้หากช่องว่างแคบเพียงพอ ปฏิกิริยาขั้วบวก (การละลายของโลหะ) ยังคงดำเนินต่อไปภายในรอยแยก ในขณะที่ปฏิกิริยาแคโทดจะเกิดขึ้นภายนอกเป็นพิเศษ ไอออนของคลอไรด์จะย้ายเข้าไปในรอยแยกเพื่อรักษาสมดุลประจุ และไอออนของโลหะจะไฮโดรไลซ์เพื่อสร้าง H⁺ ซึ่งจะทำให้ pH ต่ำลงเหลือ 2–3 เมื่อค่า pH ลดลงต่ำกว่าขีดจำกัดความเสถียรของฟิล์มพาสซีฟไทเทเนียม (ประมาณ 1.5–2.0 ในสารละลายคลอไรด์) การกัดกร่อนที่ออกฤทธิ์อย่างรวดเร็วจะเริ่มต้นขึ้น ช่องว่างที่แคบลงจะเข้าสู่สภาวะวิกฤติที่อุณหภูมิต่ำลง รูปทรงของรอยแยกยังส่งผลต่อการที่ผลิตภัณฑ์กัดกร่อนที่สะสมสามารถหลุดออกไปได้ง่าย ผลิตภัณฑ์ที่ติดอยู่จะเร่งการโจมตี
ความสัมพันธ์เชิงปริมาณระหว่างช่องว่างรอยแยกและอุณหภูมิวิกฤติ
การทดสอบที่มีการควบคุมใน NaCl 3.5% (การจำลองน้ำทะเล) ด้วยตัวสร้างรอยแยกที่ได้มาตรฐาน (แผ่นไทเทเนียมสองแผ่นถูกบีบอัดเข้าด้วยกัน) ได้สร้างอุณหภูมิวิกฤตต่อไปนี้สำหรับไทเทเนียมเกรด 2:
Gap width >0.5 มม. (รอยแยกหลวม): อุณหภูมิวิกฤตสูงกว่า 95 องศา การแพร่กระจายของออกซิเจนเพียงพอที่จะรักษาความเฉื่อยจนถึงจุดเดือด การกัดกร่อนของรอยแยกไม่พบต่ำกว่า 95 องศา
ความกว้างของช่องว่าง 0.25–0.5 มม. (ปะเก็นอัดทั่วไป): อุณหภูมิวิกฤต 75–85 องศา ยอมรับได้กับการใช้น้ำอุ่นส่วนใหญ่แต่อาจเสี่ยงต่อน้ำเกลือร้อน
ความกว้างของช่องว่าง 0.10–0.25 มม. (รอยแยกแน่นจากแรงบิดโบลต์สูง): อุณหภูมิวิกฤตลดลงเหลือ 50–70 องศา ช่วงความล้มเหลวทั่วไปสำหรับหน้าแปลนเครื่องทำความร้อนในน้ำทะเลที่มีความร้อนปานกลาง
ความกว้างของช่องว่าง 0.05–0.10 มม. (โลหะ-ถึง-หน้าสัมผัสโลหะกับปะเก็นบาง): อุณหภูมิวิกฤต 30–50 องศา การกัดกร่อนของรอยแยกเกิดขึ้นแม้ในน้ำประปาที่อุ่น
ความกว้างของช่องว่าง<0.05 mm (near-contact, polymer gasket fully compressed): อุณหภูมิวิกฤตต่ำกว่า 30 องศา การกัดกร่อนของรอยแยกตามอุณหภูมิห้อง-เป็นไปได้ในน้ำที่มีคลอไรด์-
ผลกระทบของวัสดุปะเก็นและแรงบิดของสลักเกลียว
ประเภทของปะเก็นจะกำหนดช่องว่างรอยแยกที่มีประสิทธิภาพและความสามารถในการอัด:
| วัสดุปะเก็น | ความหนาที่บีบอัดทั่วไป | แรงบิดโบลต์ที่แนะนำ (Nm สำหรับโบลต์หน้าแปลน M10) | ช่องว่างรอยแยกที่มีประสิทธิภาพ (มม.) | อุณหภูมิวิกฤติใน NaCl 3.5% |
|---|---|---|---|---|
| PTFE (บริสุทธิ์ 1.5 มม. ไม่บีบอัด) | 0.8–1.0 มม | 15–20 | 0.4–0.6 | 80–90 องศา |
| PTFE แบบขยาย (ePTFE) | 0.5–0.7 มม | 10–15 | 0.3–0.5 | 75–85 องศา |
| เส้นใยที่ไม่ใช่แร่ใยหิน{0}}อัด (1.5 มม.) | 0.4–0.6 มม | 25–35 | 0.2–0.4 | 65–80 องศา |
| กราไฟท์ลามิเนต (1.5 มม.) | 0.3–0.5 มม | 20–30 | 0.15–0.35 | 55–70 องศา |
| ไทเทเนียม (โลหะ-ถึง-โลหะ ไม่มีปะเก็น) | 0.00 มม. (หน้าสัมผัสพื้นผิว) | 40–50 | <0.05 | <30°C |
แรงบิดของสลักเกลียวและความรุนแรงของรอยแยก
แรงบิดโบลต์ที่สูงขึ้นจะช่วยลดความหนาของปะเก็น และทำให้ช่องว่างของรอยแยกแคบลง สำหรับปะเก็น PTFE การเพิ่มแรงบิดจาก 10 Nm เป็น 30 Nm จะช่วยลดความกว้างของช่องว่างจาก 0.6 มม. เป็น 0.3 มม. ส่งผลให้อุณหภูมิวิกฤตลดลง 15–20 องศา แรงบิดที่มากเกินไป-สามารถรีดปะเก็นอ่อนได้ ทำให้เกิดการสัมผัสระหว่างโลหะ-กับ-โลหะในพื้นที่เฉพาะจุด แรงบิดที่ต่ำกว่า-ทำให้เกิดช่องว่างกว้างแต่อาจเสี่ยงต่อการรั่วไหล ซึ่งทำให้เกิดปัญหาการกัดกร่อน-การกัดเซาะในตัวมันเอง
คู่มือการออกแบบการป้องกันการกัดกร่อนตามรอยแยก
ตารางต่อไปนี้ให้คำแนะนำในการออกแบบข้อต่อหน้าแปลนโดยพิจารณาจากอุณหภูมิการใช้งานและความเข้มข้นของคลอไรด์:
| อุณหภูมิบริการและระดับคลอไรด์ | วัสดุปะเก็นที่แนะนำ | แรงบิดโบลต์สูงสุด (Nm สำหรับ M10) | การบรรเทารอยแยกเพิ่มเติม |
|---|---|---|---|
| <50°C, any Cl⁻ | PTFE แรงบิดมาตรฐาน | 15–20 | ไม่จำเป็น |
| 50–70 องศา ,<1,000 ppm Cl⁻ | ePTFE พร้อมตัวเติม TiO₂ | 10–15 | ทาจาระบีซิลิโคนที่หน้าหน้าแปลน |
| 50–70 องศา , 1,000–5,000 ppm Cl⁻ | PTFE พร้อมหน้าแปลนกว้าง (ขั้นต่ำ 50 มม.) | 20–25 | ใช้รอยแยก-การออกแบบฟรี (หน้าแปลนเชื่อม) |
| 70–90 องศา ,<500 ppm Cl⁻ | PTFE หรือ ePTFE | 15–20 | ติดตามสัญญาณการซึมทุกไตรมาส |
| >90°C or >Cl⁻.5,000 ppm | ไม่มีปะเก็น-ใช้หน้าแปลนเชื่อมหรือประสาน | N/A | กำจัดรอยแยกให้หมด |
จัดทำข้อกำหนดเฉพาะ
เมื่อระบุข้อต่อหน้าแปลนเครื่องทำความร้อนไทเทเนียมสำหรับการบริการที่สูงกว่า 50 องศาในคลอไรด์-ที่มีของเหลว จำเป็นต้องมีการออกแบบที่ไม่มีรอยแยก- โดยที่ท่อไทเทเนียมจะเชื่อมเข้ากับหน้าแปลนไทเทเนียมโดยตรง และหน้าหน้าแปลนจะถูกเชื่อมหรือประสานกับหัวฉีดถัง หากไม่สามารถหลีกเลี่ยงข้อต่อที่มีปะเก็นได้ ให้ระบุ PTFE แบบขยาย (ePTFE) ซึ่งจะรักษาช่องว่างภายใต้แรงอัดให้ใหญ่กว่า PTFE แบบแข็ง ระบุแรงบิดโบลต์สูงสุด 15 นิวตันเมตรสำหรับตัวยึด M10 และต้องใช้ประแจทอร์คระหว่างการติดตั้ง ทาซิลิโคนหรือจาระบีฟลูออริเนตบางๆ ที่หน้าหน้าแปลนเพื่ออุดรอยแยกขนาดเล็ก- สำหรับการติดตั้งที่มีอยู่ ให้ตรวจสอบรอยแยกของหน้าแปลนโดยใช้กล้องบอร์สโคปหรือสารแทรกซึมแบบย้อม หากพบการกัดกร่อนของรอยแยก ให้เปลี่ยนข้อต่อปะเก็นด้วยข้อต่อแบบเชื่อม ด้วยการควบคุมรูปทรงของรอยแยกผ่านการเลือกปะเก็นและการจำกัดแรงบิดของโบลต์ วิศวกรจึงเพิ่มอุณหภูมิวิกฤตสำหรับการกัดกร่อนของรอยแยกขึ้น 20–40 องศา ทำให้มั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพของข้อต่อหน้าแปลนที่เชื่อถือได้ในการให้บริการคลอไรด์ร้อน
