เหตุใดการปรากฏของอนุภาคสนิมจากเหล็กกล้าคาร์บอนต้นน้ำจึงเร่งการกัดกร่อนของกัลวานิกของฝาท้ายของเครื่องทำความร้อนไทเทเนียมในน้ำเกลือได้อย่างมาก

โดยทั่วไปแล้วเครื่องทำความร้อนแบบแช่ไทเทเนียมจะใช้ในระบบน้ำเกลือที่มีท่อเหล็กคาร์บอนต้นน้ำ ถัง หรือเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ในน้ำเกลือ เหล็กกล้าคาร์บอนอยู่ภายใต้การกัดกร่อนตามธรรมชาติ ซึ่งก่อให้เกิดอนุภาคสนิม ซึ่งส่วนใหญ่เป็นเหล็กออกไซด์ (Fe2O3, Fe3O4) และออกซีไฮดรอกไซด์ อนุภาคเหล่านี้ถูกขนส่งโดยการไหลของน้ำเกลือ และในที่สุดจะสะสมบนพื้นผิวภายในระบบ เช่น ฝาปิดท้ายของเครื่องทำความร้อนไทเทเนียม ฝาปิดท้ายมักจะเป็นการปิดแบบเชื่อมที่ปลายท่อทำความร้อน ซึ่งมักสร้างจากไทเทเนียมเกรดเดียวกัน แต่มีพื้นผิวที่แตกต่างกัน ในอิเล็กโทรไลต์ (น้ำเกลือ) อนุภาคสนิมที่สะสมบนไทเทเนียมจะเกิดเป็นเซลล์กัลวานิก ในสารละลายคลอไรด์ สนิมมีคุณสมบัติทางเคมีไฟฟ้าสูงสำหรับไททาเนียม โดยมีค่าศักยภาพการพักตัวเป็นบวกมากกว่า 200–400 มิลลิโวลต์ ผลลัพธ์ที่ได้คือการกัดกร่อนเฉพาะจุดอย่างรวดเร็วของไททาเนียมที่อยู่รอบๆ อนุภาคสนิมแต่ละชิ้น ส่งผลให้เกิดรูพรุนและในที่สุดฝาครอบปลายก็ทะลุ

กลไกไฟฟ้าเคมีของการกัดกร่อนของกัลวานิกที่เกิดจากสนิม

ไทเทเนียมในน้ำเกลือ NaCl 3–5% มีศักยภาพเชิงรับประมาณ +0.1 ถึง +0.3 V เทียบกับ Ag/AgCl เนื่องจากมีชั้น TiO₂ อนุภาคสนิม โดยเฉพาะแมกนีไทต์ (Fe3O4) เป็นสารกึ่งตัวนำและมีศักยภาพผสมระหว่าง +0.5 ถึง +0.7 V เทียบกับ Ag/AgCl จากนั้นวงจรจะถูกปิดโดยอิเล็กโทรไลต์เมื่อมีอนุภาคสนิมกระทบกับพื้นผิวไทเทเนียม อนุภาคสนิมทำหน้าที่เป็นแคโทด โดยที่ปฏิกิริยารีดักชันของออกซิเจนเกิดขึ้น: O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻ ไทเทเนียมที่อยู่ถัดจากอนุภาคจะทำหน้าที่เป็นขั้วบวกและละลายเป็น Ti⁴⁺ บริเวณขั้วบวกค่อนข้างจำกัด โดยมักจะอยู่ภายในเส้นผ่านศูนย์กลางของอนุภาคประมาณ 1-2 เส้นผ่านศูนย์กลางจากคราบสนิม ในการละลายไทเทเนียมในอัตรา 1-5 มม. ต่อปี ความหนาแน่นกระแสที่ขั้วบวกอาจสูงถึง 1-5 mA/cm2 ฝาปิดท้ายมีความอ่อนไหวเป็นพิเศษ เนื่องจากมักมีพื้นผิวที่แตกต่างกัน (แบบเชื่อมหรือแบบท่อดอง) และอาจมีรอยแตกร้าวที่ปลายเชื่อมซึ่งอนุภาคสนิมอาจสะสมได้

ปริมาณความเร่งของอัตราการกัดกร่อนโดยอนุภาคของสนิม

อัตราการกัดกร่อนของคูปองฝาท้ายไทเทเนียมเกรด 2 ในน้ำเกลือ NaCl 5% ที่ 50 องศา ภายใต้การตั้งค่าการทดสอบแบบควบคุมถูกกำหนดไว้สำหรับสภาวะของอนุภาคสนิมต่อไปนี้:

น้ำเกลือที่สะอาด ไม่มีอนุภาคสนิม: ความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าแบบพาสซีฟ 0.05–0.10 µA/cm2 อัตราการกัดกร่อนน้อยกว่า 0.01 มม./ปี ฝาปิดยังคงสวยงามและไม่-สึกกร่อนหลังจากผ่านไป 5,000 ชั่วโมง

อนุภาคสนิมใช้ที่ 10 ppm ไหลอย่างต่อเนื่อง: อัตราการกัดกร่อน 0.08-0.15 มม. ต่อปี การเจาะแบบหลุมเฉพาะที่ตำแหน่งสัมผัสอนุภาคด้วยความลึกของหลุม 20-50 µm หลังจาก 1,000 ชั่วโมง

อนุภาคสนิมเพิ่มอัตราการกัดกร่อนของการไหลเป็น 0.3-0.6 มม./ปี ที่ 50 ppm ความลึกของหลุม 100–200 µm หลังจาก 1,000 ชั่วโมง ฝาปิดมีการเปลี่ยนสีอย่างเห็นได้ชัดรอบๆ คราบสะสมของอนุภาค

เพิ่มอนุภาคสนิมที่ 200 ppm ไหล: อัตราการกัดกร่อน 1.0-2.0 มม./ปี ความลึกของหลุมหลังจาก 1,000 ชั่วโมงอยู่ในช่วง 300–600 µm การเจาะฝาท้ายผนัง 1.0 มม. 500 ถึง 1,000 ชม.

การตกตะกอนของอนุภาคสนิมบนฝาท้ายแนวนอน (ตะกอนนิ่ง) อัตราการกัดกร่อนเฉพาะที่ > 5 มม./ปี เจาะรูฝาครอบปลายมาตรฐานขนาด 1.2 มม. ให้เสร็จภายใน 3-6 เดือน การเจาะลึกจะแทรกซึมเข้าไปในบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนจากการเชื่อม

กลยุทธ์การป้องกันที่ฝาท้ายสำหรับการสัมผัสกับอนุภาคสนิม

ตารางต่อไปนี้แสดงแผนผังการตัดสินใจสำหรับการปกป้องฝาปิดปลายเครื่องทำความร้อนไทเทเนียมภายใต้สถานการณ์การกัดกร่อนของเหล็กกล้าคาร์บอนต้นน้ำและการไหลของน้ำเกลือ

สภาพเหล็กคาร์บอนต้นน้ำและการไหลของน้ำเกลือ กลยุทธ์การป้องกันฝาท้ายที่แนะนำ รูปที่ 2 เหตุผลหลักและการบรรเทาการกัดกร่อนของกัลวานิก
New carbon steel with less corrosion and high flow (>1 ม./วินาที)รอยเชื่อมเรียบมาตรฐาน ฝาปิดเกรด 2 การไหลยับยั้งการตกตะกอนของอนุภาค ความเสี่ยงที่ยอมรับได้สำหรับอายุการใช้งาน 3 ถึง 5 ปี
เหล็กกล้าคาร์บอนบ่มที่มีการกัดกร่อนเล็กน้อย (50-100 ppm) มีการไหลไม่ต่อเนื่อง ฝาปิดปลายเคลือบ PTFE (หนา 0.5 มม.) การเคลือบจะป้องกันไททาเนียมด้วยไฟฟ้าจากอนุภาคสนิม เคลือบทุกๆ 2 ปี
Heavy corrosion upstream (>200 ppm) การไหลต่ำ/โซนนิ่ง การออกแบบฝาปิดท้ายที่มีความลาดเอียงในการทำความสะอาดตัวเอง- (ขั้นต่ำ 45 องศา ) ฝาปิดแบบลาดเอียงหยุดการสร้างอนุภาค-ขึ้น ไม่มีอะไรเป็นแนวนอน ติดตั้งตัวกรองต้นน้ำเพื่อดักจับอนุภาคสนิม
เครื่องทำความร้อนที่มีอยู่ซึ่งมีฝาปิดปลายแสดงคราบสนิม เช็ดทำความสะอาดทันทีด้วยกรดซิตริก 5 % และติดตั้งแอโนดสังกะสีแบบบูชายัญ ขั้วบวกสังกะสี (10 กรัม) ที่ใช้กับฝาปิดจะกลับคู่กัลวานิก การเปลี่ยนขั้วบวกประจำปี
การบริการที่สำคัญซึ่งไม่สามารถทนต่อความล้มเหลวของฮีตเตอร์ได้ ฝาครอบปลายไทเทเนียมเกรด 7 ที่มีการขัดเงาด้วยไฟฟ้า การรวมแพลเลเดียมจะช่วยเพิ่มศักยภาพของไทเทเนียม และลดแรงผลักดันในการกัดกร่อนของกัลวานิก ความน่าเชื่อถือสูงสุด
วิศวกรรมที่เหนือกว่าการป้องกันฝาท้าย

การป้องกันขั้นที่สองคือความหนาของผนังฝาท้าย ฝาท้ายที่ใหญ่กว่า (2.0 มม. ต่อ 1.2 มม.) จะเพิ่มเวลาในการเจาะ แต่ไม่ลดอัตราการกัดกร่อน รูปทรงของฝาครอบปลายมีความสำคัญมากกว่า เนื่องจากฝาท้ายทรงโดมหรือทรงกรวยทำให้อนุภาคหลุดออกไป ส่วนฝาท้ายแบบแบนจะสะสมคราบสกปรก รอยเชื่อมระหว่างท่อและฝาท้ายควรเรียบและไม่มีรอยแยกซึ่งอนุภาคอาจติดอยู่ได้ การกรองต้นทางเพื่อกำจัดอนุภาคสนิมที่มีขนาดใหญ่กว่า 50 µm สามารถเพิ่มอายุการใช้งานของฝาปิดได้ 5 ถึง 10 เท่า แมกนีไทต์เป็นแบบเฟอร์ริแมกเนติก ดังนั้นกับดักแม่เหล็กในแนวน้ำเกลือที่อยู่ต้นน้ำของเครื่องทำความร้อนจะคัดเลือกอนุภาคแมกนีไทต์ออกมา

จัดทำข้อกำหนดเฉพาะ

เมื่อออกแบบเครื่องทำความร้อนไทเทเนียมสำหรับบริการน้ำเกลือปลายน้ำของส่วนประกอบเหล็กกล้าคาร์บอน ให้รวมข้อกำหนดสำหรับการกรองอนุภาคต้นน้ำ (ระบุ 50 µm) หรือเครื่องแยกแม่เหล็ก เลือกฝาครอบปลายทรงโดมหรือทรงกรวยแทนฝาครอบปลายแบน การติดตั้งที่มีอยู่: ตรวจสอบฝาครอบปลายทุกไตรมาสโดยใช้กล้องส่องกล้อง หากมีคราบสนิม-อยู่ ให้ทำความสะอาดอย่างรวดเร็วด้วยกรดอ่อน (ซิตริก 5% หรือกรดอะซิติก 10%) และตรวจสอบความลึกของรูพรุนด้วยเกจวัดความหนาอัลตราโซนิก สำหรับการติดตั้งใหม่ในสถานการณ์ที่เกิดสนิมอย่างรุนแรง ให้ระบุไทเทเนียมเกรด 7 สำหรับเครื่องทำความร้อนทั้งชุดรวมถึงฝาปิดท้าย และเพิ่มขั้วบวกสังกะสีแบบบูชายัญที่ติดกับฝาปิดท้ายด้วยลวดไทเทเนียม สังกะสีแอโนดจะโพลาไรซ์ไททาเนียมให้มีศักย์ไฟฟ้าเป็นลบมากขึ้น และกำจัดแรงขับกัลวานิกที่มีอนุภาคสนิม ด้วยการแก้ปัญหาการปนเปื้อนของอนุภาคสนิมในระดับระบบ วิศวกรจึงหลีกเลี่ยงการกัดกร่อนอย่างรวดเร็วและเฉพาะจุด ซึ่งมักเป็นสาเหตุให้ฝาครอบปลายเสียหายก่อนเวลาอันควรในเครื่องทำความร้อนไทเทเนียม-ที่ทนทานต่อการกัดกร่อน