ความต้านทานการกัดกร่อน-ของ 30 คิวโปรนิกเกิล 70- เทียบกับ PTFE ในน้ำทะเลความเร็วสูงได้อย่างไร

การเคลื่อนย้ายน้ำเค็ม โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อบรรทุกทรายแขวนลอยหรือเศษเปลือกหอย จะทำหน้าที่เป็นเครื่องพ่นทรายเหลวภายในท่อแลกเปลี่ยนความร้อน วัสดุสองชนิดที่โดยทั่วไปใช้ในการบริการน้ำทะเล--70-30 คอปเปอร์-นิกเกิลและ PTFE--ตอบสนองค่อนข้างแตกต่างไปจากการใช้งานในทางที่ผิดทางกลนี้ ความท้าทายมีมากกว่าแค่ความต้านทานการกัดกร่อน การต่อสู้ที่เกิดขึ้นจริงคือการต่อต้านการย่อยสลายอันเนื่องมาจากการกระแทกของอนุภาคที่มีความเร็วสูง

ผลลัพธ์อาจดูขัดแย้งกันในการเปรียบเทียบการกัดกร่อนของน้ำทะเลแบบคิวโปรนิกเกิล 70-30 เทียบกับ PTFE เนื่องจาก PTFE เป็นสารเคมีเฉื่อยกับน้ำทะเล ในขณะที่โลหะผสมทองแดงยังคงเป็นโลหะที่ออกฤทธิ์ทางเคมีไฟฟ้า แต่ในสถานการณ์การไหลที่มีความเร็วสูงที่มีการเสียดสี โลหะผสมโลหะที่มีความแข็งกว่าบางครั้งอาจอยู่ได้นานกว่าโพลีเมอร์ที่นิ่มกว่า เมื่อการกัดเซาะกลายเป็นโหมดความล้มเหลวที่สำคัญ

การพังทลายของระบบน้ำทะเล-การกัดกร่อน
การกัดเซาะ-การกัดกร่อนเป็นปรากฏการณ์ทางกลและไฟฟ้าเคมีที่รวมกัน

ผลของความเร็วของของไหล
เมื่อความเร็วของน้ำทะเลเพิ่มขึ้น

ความวุ่นวายกำลังเลวร้ายลง

ชั้นขอบบาง

เพิ่มพลังงานกระแทกของอนุภาค

การสึกหรอของพื้นผิวเร็วขึ้น

ด้วยสารแขวนลอย วัสดุจะถูกดึงออกจากผนังท่อโดยกระแสของเหลว

ทรายเป็นสารกัดกร่อน
อนุภาคของทรายละเอียดอาจทำให้เกิด:

การเซาะร่องพื้นผิว

เปลื้องฟิล์ม

การตัดไมโคร

กระทบต่อความเมื่อยล้าซ้ำแล้วซ้ำเล่า

ความรุนแรงแตกต่างกันไปตาม:

ความเข้มข้นของอนุภาค

ขนาดอนุภาค

ความแข็งของอนุภาค

รูปร่างของอนุภาค

ความเร็วสตรีม

อนุภาคควอตซ์มีความศัตรูสูงเนื่องจากความคม ความแข็ง และรูปทรงเชิงมุม

คิวโปรนิกเกิล 70-30 ป้องกันตัวเองได้อย่างไร
โลหะผสมทองแดง-นิกเกิล 70-30 มีค่าประมาณ:

ทองแดง 70%

นิกเกิล 30 %

เป็นเวลานานแล้วที่โลหะผสมนี้ถูกใช้สำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนทางทะเลเนื่องจากการก่อตัวของออกไซด์ที่ปกคลุมป้องกัน

ชั้นออกไซด์ของการรักษาตัวเอง-
โลหะผสมพัฒนาขึ้นเมื่อสัมผัสกับน้ำทะเล:

การเคลือบออกไซด์แบบถ้วยยึดเกาะอย่างแน่นหนา

การเคลือบออกไซด์นี้จะสร้างชั้นป้องกันจากความเสียหายเพิ่มเติม

โลหะถูกหุ้มด้วยผิวเซรามิก-ที่สามารถรักษาตัวเองได้ การป้องกันเพียงอย่างเดียวของโพลีเมอร์คือความลื่น

ความต้านทานที่ความเร็วสูงของการไหล
ในน้ำทะเลสะอาด ฟิล์มออกไซด์สามารถคงตัวได้ที่ความเร็วตามลำดับ:

3-4 ม./วินาที

ในช่วงนี้:

การนำฟิล์มออกยังคงถูกจำกัด

การโจมตีบนพื้นผิวยังอยู่ภายใต้การควบคุม

ชั้นป้องกันได้รับการปรับปรุงใหม่อยู่เสมอ

หากฟิล์มออกไซด์ถูกรบกวนเล็กน้อยจากการเสียดสี โลหะที่ถูกสัมผัสจะเกิดปฏิกิริยาออกซิไดซ์อย่างรวดเร็วและคืนสถานะการป้องกันอีกครั้ง

ความเหนียวของโลหะผสม (เครื่องกล)
วัสดุฐานทองแดง-ที่อยู่ข้างใต้ให้ความยืดหยุ่นทางกลด้วยเช่นกัน

โลหะผสมก็คือ

ความยืดหยุ่น

ยาก

ทนต่อการแตกร้าว

ความสามารถในการดูดซับพลังงานกระแทก

ความแข็งแรงทางกลนี้ช่วยป้องกันความเสียหายร้ายแรงต่อพื้นผิวแม้ในสภาวะการไหลเชี่ยว

ปฏิกิริยา PTFE ต่อน้ำทะเลที่มีฤทธิ์กัดกร่อน
ข้อแตกต่างของ PTFE คือไม่ใช่โลหะและไม่ต้องใช้การป้องกันไฟฟ้าเคมี

ความเฉื่อยทางเคมีที่สมบูรณ์ของ PTFE คือ:

ความต้านทานการกัดกร่อนต่อน้ำทะเล

ไม่ไวต่อการโจมตีด้วยคลอไรด์

ทนต่อสารเคมี biofouling

มีความคงตัวในน้ำเค็ม

ไม่มีกระบวนการกัดกร่อน จึงไม่ทำให้ฟิล์มออกไซด์แตกตัว

การถูเชิงกลบริสุทธิ์
สำหรับ PTFE กระบวนการล้มเหลวนั้นแทบจะเป็นกลไกเพียงอย่างเดียว

พื้นผิวโพลีเมอร์สามารถอยู่ภายใต้:

รอยถลอก

การพังทลายของพื้นผิว

การพังทลายของอนุภาค

การสูญเสียวัสดุที่ก้าวหน้า

PTFE มีความแข็งพอๆ กับเล็บมือของมนุษย์ ดังนั้นที่ความเร็วการไหลสูง อาจเสียหายได้จากการกระแทกกับทรายซ้ำๆ

ขีดจำกัดความเร็วของ PTFE
PTFE ไม่มีความแข็งเหมือนโลหะผสม และความเร็วในการทำงานที่ปลอดภัยในการขัดถูนั้นน้อยกว่ามาก

การไหลของน้ำสะอาดเทียบกับการไหลของทราย
PTFE ทำงานได้ดีในน้ำทะเลที่สะอาดและมีสภาพการไหลปานกลาง

อย่างไรก็ตาม สำหรับบริการสารละลายทราย:

ขีดจำกัดความเร็วในทางปฏิบัติอาจลดลงเหลือประมาณ 1-2 เมตร/วินาที

นอกช่วงนี้:

อัตราการสึกหรอสามารถเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว

พื้นผิวอาจจะบางลง

ความสมบูรณ์ของโครงสร้างลดลง-ในระยะยาว

ขีดจำกัดที่อนุญาตนั้นขึ้นอยู่กับความเข้มข้นและความก้าวร้าวของของแข็งแขวนลอยเป็นอย่างมาก

ความสำคัญของลักษณะอนุภาค
การสึกกร่อนของ PTFE จะยิ่งใหญ่กว่ามากหากอนุภาคคือ:

กลมไม่เชิงมุม

ใหญ่ ไม่เป็นไร

แข็งไม่อ่อน

แม้ว่าตะกอนเรียบที่ความเข้มข้นต่ำอาจทำให้เกิดความเสียหายเพียงเล็กน้อย แต่อนุภาคซิลิกาที่แหลมคมสามารถละลายโพลีเมอร์ได้รุนแรงกว่ามาก

เหตุใดบางครั้งคิวโปรนิกเกิล 70-30 จึงทนทานกว่า PTFE
เมื่อพิจารณาถึงสื่อการกัดกร่อนทางเคมีบริสุทธิ์ โดยทั่วไปแล้ว PTFE จะดีกว่า

อย่างไรก็ตาม การเปรียบเทียบจะไม่เหมือนกันในกรณีของสภาพน้ำทะเลที่มีฤทธิ์กัดกร่อน

ความเฉื่อยและความแข็ง
70-ข้อดี 30 Cu-Ni ของ

เพิ่มความแข็งของพื้นผิว

การปกป้องตนเองด้วยออกไซด์-

ความยืดหยุ่นที่ดีกว่าในการตัดอนุภาค

PTFE ให้:

ภูมิคุ้มกันสารเคมีทั้งหมด

พฤติกรรมของพื้นผิวที่มีแรงเสียดทานต่ำ

ไม่มีการย่อยสลายทางเคมีด้วยไฟฟ้า-

แต่ข้อบกพร่องที่รุมเร้าที่สุดในการบริการที่มีฤทธิ์กัดกร่อนคือความนุ่มนวล

การป้องกันพื้นรองเท้าของ PTFE คือแรงเสียดทาน
ข้อดีคือ PTFE มีค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำ

พื้นผิวที่ลื่นอาจ:

ลดการยึดเกาะของอนุภาค

ลดแรงเสียดทานในการเลื่อน

กระจายการถ่ายเทพลังงานกระแทกบางส่วน

อย่างไรก็ตาม ข้อดีนี้อาจไม่เพียงพอที่จะชดเชยความแข็งที่ลดลงของวัสดุภายใต้กระแสการเสียดสีที่รุนแรง

การใช้งานทั่วไปของวัสดุแต่ละชนิด
การเลือกใช้วัสดุที่เหมาะสมที่สุดขึ้นอยู่กับว่าการกัดกร่อนหรือการกัดเซาะเป็นปัจจัยหลักในการใช้งานหรือไม่

โดยที่คิวโปรนิกเกิล 70-30 ส่องประกาย
คิวโปรนิกเกิลยังคงทำงานได้ดีมากใน:

คอนเดนเซอร์สำหรับใช้ในทะเล

อุปกรณ์ทำความเย็นกองทัพเรือ

ท่อน้ำเค็มไหลสูง

บริการแลกเปลี่ยนความทนทานต่อทราย

โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีความเร็วการไหลสูงแต่เคมีค่อนข้างปกติ

ในกรณีที่ PTFE ส่องแสง
PTFE มีความโดดเด่นในด้านต่อไปนี้:

การผสมน้ำทะเลของสารเคมีที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูง

ระบบคลอรีน

การทำให้เป็นกรดของน้ำทะเล

ระบบควบคุมการปนเปื้อนทางชีวภาพ

โดยมีเงื่อนไขว่าสารแขวนลอยที่มีฤทธิ์กัดกร่อนนั้นมีจำกัด

ผลกระทบของการออกแบบระบบ
ประสิทธิภาพของวัสดุยังขึ้นอยู่กับรูปร่างของตัวแลกเปลี่ยนและการออกแบบไฮดรอลิกอีกด้วย

การควบคุมการไหล
การลดการกัดเซาะอาจรวมถึง:

ลดความเร็วของการไหล

ด้วยข้อศอกที่เรียบเนียนยิ่งขึ้น

กำจัดการเปลี่ยนทิศทางอย่างกะทันหัน

การติดตั้งเครื่องแยกทราย

กลยุทธ์การออกแบบแบบผสมผสาน
บางระบบผสมวัสดุอย่างตั้งใจ:

PTFE ในสภาพแวดล้อมที่มีสารเคมีรุนแรง

Cu-Ni ในบริเวณที่มีสารกัดกร่อนไหลสูง

วิธีนี้ทำให้เราสามารถเลือกใช้ประโยชน์จากสารแต่ละชนิดได้อย่างเฉพาะเจาะจง

สรุป
การประเมินคิวโปรนิกเกิล 70-30 คิวโปรนิกเกิลบน PTFE ในน้ำทะเลที่มีความเร็วสูงถือเป็นการแลกเปลี่ยนทางวิศวกรรมแบบคลาสสิกโดยคำนึงถึงความเฉื่อยของสารเคมีกับความทนทานเชิงกล PTFE มีความทนทานต่อการกัดกร่อนจากน้ำทะเลโดยสิ้นเชิง แม้ว่าพื้นผิวที่ค่อนข้างอ่อนของมันสามารถถูกกัดกร่อนได้สูงเมื่อถูกกระแสน้ำไหล-เคลื่อนที่เร็วและมีทรายเต็มไปหมด ในทางปฏิบัติ ภายใต้เงื่อนไขดังกล่าว ความเร็วจะถูกจำกัดไว้ที่ 1-2 m s-1

ในทางกลับกัน นิกเกิล 70-30 ทองแดง-ป้องกันตัวเองด้วยการเคลือบคิวรัสออกไซด์ที่แข็งแกร่งและซ่อมแซมตัวเองได้ ซึ่งสามารถทนต่อความเร็วของน้ำเค็ม 3-4 เมตร/วินาที ในการให้บริการที่สะอาด และยังคงฟื้นตัวต่อไปจากความเสียหายจากการเสียดสีปานกลาง การเคลือบป้องกันนี้ ร่วมกับความเหนียวและความยืดหยุ่นเชิงกลของโลหะผสม ช่วยให้อายุการใช้งานยาวนานขึ้นในสภาพแวดล้อมทางทะเลที่มีการกัดกร่อนอย่างมาก

ดังนั้น ภายใต้การใช้น้ำทะเลทรายอย่างรุนแรง โลหะผสมที่แข็งกว่าอาจมีความทนทานโดยรวมมากกว่าโพลีเมอร์ที่เหนือกว่าทางเคมี ท้ายที่สุดแล้ว การเลือกใช้วัสดุสำหรับระบบระบายความร้อนทางทะเลเป็นการต่อสู้ระหว่างจุดแข็งสองจุดที่แตกต่างกัน ได้แก่ ความสามารถของโลหะในการรักษาตัวเองและการตีทางกายภาพ และความสามารถของโพลีเมอร์ในการเพิกเฉยต่อเคมี