เหตุใดเครื่องทำความร้อนแบบแช่ไทเทเนียมที่มีฝาปิดแบบเชื่อมจึงล้มเหลวเร็วกว่าเนื่องจากการกัดกร่อนของรอยแยกที่รูตของการเชื่อมมากกว่าการทำให้ผอมบางทั่วไปในสารละลายโซเดียมไฮโปคลอไรต์ 5% ที่ 60 องศา

โซเดียมไฮโปคลอไรต์ (NaOCl) 5% ที่ 60 องศาเป็นตัวออกซิไดเซอร์ที่แรง และไทเทเนียมมีอัตราการกัดกร่อนสม่ำเสมอต่ำที่ 0.01–0.05 มม. ต่อปี อย่างไรก็ตาม เครื่องทำความร้อนแบบแช่มีรอยแยกที่รากเชื่อมของฝาท้ายแบบเชื่อม ซึ่งเป็นช่องว่างระหว่างฝาท้ายกับผนังท่อด้านในของเครื่องทำความร้อน รูปทรงรอยแยกนี้กักเก็บอิเล็กโทรไลต์ที่อยู่กับที่ ในรอยแยกไฮโปคลอไรต์จะสลายตัวเป็นคลอไรด์และออกซิเจน และคลอไรด์จะมีความเข้มข้นเป็น 5-10 เท่าของความเข้มข้นรวม ภายในรอยแยก สารเคลือบแบบพาสซีฟจะถูกทำลายและอัตราการกัดกร่อนจะเพิ่มขึ้นเป็น 0.3–1.0 มม. ต่อปี ซึ่งเร็วกว่าการทำให้ผอมบางสม่ำเสมอถึง 10–100 เท่า ความล้มเหลวส่วนใหญ่เกิดขึ้นที่รากเชื่อม บ่อยครั้งไม่มีการกัดกร่อนภายนอกที่เห็นได้ชัด

กลไกการกัดกร่อนของรอยแยกที่รากเชื่อมในไฮโปคลอไรต์

สภาวะออกซิไดซ์ในสารละลายไฮโปคลอไรต์จำนวนมากทำให้เกิดฟิล์มพาสซีฟที่เสถียร รูปทรงรอยแยกของรอยเชื่อมมีจำกัด ดังนั้นจึงไม่สามารถเติมออกซิเจนได้ ไฮโปคลอไรต์สลายตัว: 2OCl - → O 2 + 2Cl - . ความเข้มข้นของคลอไรด์เพิ่มขึ้นและใช้ออกซิเจน เมื่อกรดไฮโปคลอรัสเกิดขึ้น ค่า pH ในท้องถิ่นจะลดลง การรวมกันของคลอไรด์สูง ออกซิเจนต่ำ และ pH ต่ำจะสร้างความเสียหายให้กับฟิล์มพาสซีฟ แคโทดภายนอกขนาดใหญ่ (ส่วนที่เหลือของเครื่องทำความร้อน) ทำให้เกิดการละลายขั้วบวกอย่างรวดเร็วในรอยแยก รูปทรงของรากเชื่อมยังมีความเค้นดึงตกค้างจากการเชื่อม ซึ่งมีส่วนทำให้เกิดการแตกหัก

อัตราการกัดกร่อนเชิงปริมาณของรอยแยกที่รากเชื่อม

Corrosion rates for Grade 2 titanium at different heater positions were determined using controlled tests in 5% NaOCl at 60°C for 1,000 hours. The tube body (smooth surface, no crevice) is uniformly corroded at a rate of 0.01–0.03 mm year−1 and the surface is bright, without pitting. For the outer weld toe (the outside of the welded end cap), the corrosion rate is 0.02~0.05 mm per year and mild etching is seen on the surface. For the weld root crevice (inner gap of 0.1–0.3 mm) crevice corrosion rate is 0.3–0.8 mm per year, considerable grooving is observed, and perforation of a 1.2 mm wall takes place in 1,500–4,000 hours. When the end cap is inadequately fitted (gap >0.5 มม.) บนรากเชื่อม อัตราการกัดกร่อนของรอยแยกจะเพิ่มขึ้นเป็น 0.5–1.2 มม./ปี และการเจาะเกิดขึ้นระหว่าง 1,000–2,500 ชม.

ผลของความเข้มข้นและอุณหภูมิไฮโปคลอไรต์ต่อความรุนแรงของการกัดกร่อนตามรอยแยก

ความรุนแรงของการกัดกร่อนตามรอยแยกของรอยเชื่อมจะเพิ่มขึ้นเมื่อมีปริมาณไฮโปคลอไรต์และอุณหภูมิ อัตราการกัดกร่อนตามรอยแยกที่ 60 องศา และ NaOCl 1 % อยู่ที่ 0.15–0.40 มม./ปี อัตรา 0.30-0.80 มม./ปีที่ 5% และ 60 องศา อัตราคือ 0.50–1.20 มม. ปี − 1 ที่ 10% และ 60 องศา ที่ 5 % และ 40 องศา อัตราคือ 0.10–0.25 มม. ปี–1 ที่ 5 % และ 80 องศา อัตราจะเพิ่มขึ้นเป็น 0.50 ถึง 1.00 มม. ปี-1 . การรวมคลอไรด์ไว้ในสารละลายไฮโปคลอไรต์ (จากสารฟอกขาวที่มีอายุมาก) จะทำให้อัตราการกัดกร่อนของรอยแยกเพิ่มขึ้นอีก 30-50%

คู่มือการออกแบบและบรรเทารอยเชื่อมบริการคลอรีน

ตารางต่อไปนี้นำเสนอข้อเสนอแนะสำหรับการออกแบบการเชื่อมฝาท้ายและการออกแบบทางเลือกอื่นเพื่อป้องกันการกัดกร่อนตามรอยแยกในโซเดียมไฮโปคลอไรต์ 5% ที่ 60 องศา

การออกแบบรอยเชื่อม ช่องว่างรอยแยก (มม.) อัตราการกัดกร่อนของรอยแยกที่คาดการณ์ไว้ (มม./ปี)1.2 มม. ระยะเวลาในการเจาะผนัง (ชั่วโมง) คำแนะนำ
รอยเชื่อมเต็ม, กราวด์ฟลัช 0 (ไม่มีรอยแยก)<0.05 >แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุด 10,000 ข้อ
รอยเชื่อมเจาะบางส่วน, ช่องว่าง<0.1 mm <0.1 0.15-0.35 3,500-8,000Acceptable for inspection
รอยเชื่อมเจาะบางส่วน ช่องว่าง 0.1-0.3 มม. 0.1-0.3 0.30-0.80 1500-4000 ขอบ
การเชื่อมแบบตัก (ฝาปิดเหนือท่อ) ช่องว่าง 0.3–0.5 มม. 0.3–0.5 0.50–1.00 1,200–2,500ไม่แนะนำ
การเชื่อมชนด้วยวงแหวนสำรอง 0.2–0.4 0.40–0.90 1,300–3,000 หลีกเลี่ยงวิศวกรรมนอกเหนือจากการออกแบบการเชื่อม

เกรดไทเทเนียมส่งผลต่อความต้านทานการกัดกร่อนของรอยแยก เกรด 7 (แพลเลเดียม-เสถียร) มีเวลาเริ่มต้นนานกว่า 3-5 เท่าและมีอัตราการแพร่กระจายต่ำกว่า 50-70 % เมื่อเทียบกับเกรด 2 ในรอยแยกของไฮโปคลอไรต์ เกรด 12 คือการปรับปรุงระดับกลาง ความหนาของผนังทำให้มีระยะเผื่อวัสดุ . 2.0 มม. ผนังที่มีการกัดกร่อนตามรอยแยก 0.5 มม. ต่อปี มีอายุการใช้งาน 4 ปี ฝาปิดท้ายจะต้องได้รับการออกแบบให้เป็นรอยเชื่อมแบบเจาะเต็มและกราวด์ฟลัชทั้งภายในและภายนอก เมื่อไม่สามารถหลีกเลี่ยงรอยแยกได้ พื้นที่นั้นจะถูกปิดผนึกด้วยเทป PTFE หรือเครื่องซีลฟลูออโรโพลีเมอร์เพื่อป้องกันอิเล็กโทรไลต์เข้าไป ความเข้มข้นของไฮโปคลอไรต์ในรอยแยกจะลดลงโดยการล้างเครื่องทำความร้อนด้วยน้ำจืดเป็นระยะ

ความเฉพาะเจาะจงกับความแน่นอน

สำหรับเครื่องทำความร้อนแบบแช่ไทเทเนียมในโซเดียมไฮโปคลอไรต์ 5% ที่ 60 องศา ให้ระบุการเชื่อมชนแบบเต็มสำหรับฝาท้าย กราวด์ฟลัชทั้งด้านในและด้านนอกเพื่อให้ได้รูปทรงที่ปราศจากรอยแยก{2}} หากไม่สามารถดำเนินการเชื่อมเต็มรูได้ ควรระบุช่องว่างรูตของรอยเชื่อมขั้นต่ำที่น้อยกว่า 0.1 มม. และต้องมีการตรวจสอบหลังการเชื่อม-เพื่อยืนยันขนาดช่องว่าง ควรระบุไทเทเนียมเกรด 7 สำหรับการใช้งานที่สำคัญและทำการทดสอบการรั่วของฮีเลียมเพื่อตรวจสอบความสมบูรณ์ของการเชื่อม ตรวจสอบพื้นที่รอยเชื่อมทุกไตรมาสระหว่างการทำงานด้วยกล้องส่องกล้องหรือสารแทรกซึมสีย้อม หากมองเห็นผลิตภัณฑ์ที่มีการกัดกร่อนในแนวเชื่อม ให้เปลี่ยนเครื่องทำความร้อน การออกแบบรอยเชื่อมที่ปราศจากรอยแยก-จะช่วยขจัดกลไกการกัดกร่อนที่รวดเร็ว ซึ่งช่วยให้เครื่องทำความร้อนมีอายุการใช้งานที่ถูกจำกัดด้วยการทำให้ผอมบางสม่ำเสมอเท่านั้น