Taškinė korozija yra vietinis, nenuspėjamas išpuolis, galintis perforuoti vamzdį prieš aptinkant bendrą retinimą. Kritinė duobių temperatūra apibrėžia šiluminę ribą, per kurią nerūdijantis plienas gali būti patikimai naudojamas chloridinėje aplinkoje, o super dupleksinėms rūšims ji stumiama daug aukštesnė nei įprasto 316 l. Norint sukurti šilumokaičius, vamzdynų sistemas ir kondensatorius, kurie turi apdoroti jūros vandenį, sūrų vandenį ar kitas didelio chlorido turinčias aušinimo medžiagas be ankstyvo gedimo, labai svarbu suprasti super duplex nerūdijančio plieno CPT aušinimo vandenyje, kuriame yra chlorido.
Kas yra kritinė duobių temperatūra (CPT)?
Thekritinė duobės temperatūrayra žemiausia temperatūra, kuriai esant standartizuotomis bandymo sąlygomis metalo paviršiuje, veikiant tam tikru elektrolitu, prasideda stabili taškinė korozija. Po CPT pasyvioji plėvelė lieka nepažeista, o medžiaga atspari įdubimams. Virš CPT pradeda formuotis ir plisti duobės.
Nerūdijančio plieno chlorido tirpaluose CPT pateikia praktinį atsparumo įdubimams reitingą. Tai patikimesnis inžinerinis parametras nei vien tik atsparumo įdubimui ekvivalentinis skaičius (PREN), nes CPT integruoja bendrą lydinio sudėties, mikrostruktūros ir paviršiaus būklės poveikį tikroviškomis elektrocheminėmis sąlygomis.
CPT nustatomas atliekant laboratorinius tyrimus pagal pripažintus standartus:
ASTM G150– Elektrocheminis kritinės duobės temperatūros bandymas, kai naudojamas potenciostatinis nuskaitymas, kai mėginys kontroliuojamu greičiu kaitinamas 1 M NaCl tirpale. CPT įrašomas kaip temperatūra, kuriai esant srovės tankis viršija slenkstį (paprastai 100 µA/cm²).
ASTM G48– D ir E metodais naudojamas geležies chlorido tirpalas (6% FeCl₃) esant aukštai temperatūrai; CPT yra aukščiausia temperatūra, kuriai esant per fiksuotą ekspozicijos laikotarpį (pvz., 72 valandas) neatsiranda duobių.
Geležies chlorido bandymas yra atšiauresnis nei natūralus jūros vanduo, tačiau yra konservatyvi lyginamoji priemonė. Naudojant aušinimo vandenį, šių bandymų CPT vertės naudojamos kaip medžiagų pasirinkimo gairės.
Super Duplex: didelio lydinio turinys padidina CPT
Super dvipusis nerūdijantis plienas (pvz., UNS S32750, S32760, S39274; įprasti prekiniai pavadinimai 2507, Zeron 100) pasižymi subalansuota austenito ir ferito mikrostruktūra (maždaug 50:50) ir dideliu pagrindinių legiruojamųjų elementų kiekiu:
Chromas (Cr) – 24–26%
Molibdenas (Mo) – 3–4%
Azotas (N) – 0.2–0.3%
Nikelis (Ni) – 6–8%
Šie elementai padidina pasyviosios plėvelės stabilumą ir padidina atsparumą chlorido sukeltai duobių ir plyšių korozijai. Atsparumo įbrėžimams ekvivalentinis skaičius super dupleksinėms klasėms paprastai viršija40(PREN=wt% Cr + 3.3 × wt% Mo + 16 × wt% N). Palyginimui, standartinio 316L nerūdijančio plieno PREN yra maždaug 24–26, o standartinio dvipusio (pvz., 2205) PREN yra 34–36.
CPT gazuotame, beveik neutraliame jūros vandenyje(arba imituotas jūros vanduo, pvz., 3,5 % NaCl) super dupleksinėms klasėms paprastai yravirš 50 laipsnių. Kai kurių rūšių CPT vertės yra 60–70 laipsnių, priklausomai nuo bandymo metodo ir paviršiaus apdailos. Priešingai:
316L– CPT < 10 laipsnių iki ≈20 laipsnių toje pačioje aplinkoje. Tai reiškia, kad esant įprastai šilto aušinimo vandens temperatūrai (25–40 laipsnių), 316 l yra labai jautrus įdubimams.
Standartinis dvipusis (2205)– CPT maždaug 25–35 laipsniai gazuotame jūros vandenyje, tinka daugeliui pritaikymų, tačiau esant aukštesnei temperatūrai, nežymiai.
Taigi, chlorido turinčiam aušinimo vandeniui esant temperatūraivirš 30 laipsniųir ypačvirš 40 laipsnių, super dupleksas dažnai yra pageidaujamas ekonomiškas pasirinkimas, palyginti su nikelio lydiniais (pvz., Inconel 625, Hastelloy C-276), kurių CPT yra dar didesnis, bet kainuoja žymiai daugiau.
Srauto ir nesustingusių sąlygų svarba
Aukščiau nurodytos CPT vertės reiškia, kad paviršius yra švarus, laisvai veikiamas ir geras deguonis. Tikrose aušinimo vandens sistemosesrauto greitisirindėlių nebuvimasyra labai svarbūs norint pasiekti būdingą super duplekso atsparumą duobėms.
Turbulentinis srautas (typically >1,5 m/s vamzdeliuose) palaiko deguonies tiekimą į pasyviąją plėvelę ir neleidžia ant metalinio paviršiaus kauptis sustingusiems chlorido sluoksniams.
Nuosėdos, bioplėvelės arba dumblassukurti plyšius ir nepakankamo indėlio sąlygas. Tokiose „ekranuotose“ zonose išsenka deguonis, nukrenta vietinis pH, koncentruojasi chloridai. Net ir didelio CPT lydinys, pavyzdžiui, super dupleksas, gali patirti taškinę ar plyšinę koroziją, kai temperatūra yra gerokai žemesnė nei jo vardinė CPT.
Patirtis su super dupleksiniais šilumokaičiais aušinant jūros vandeniu parodė puikų našumą, kai tenkinamos šios sąlygos:
Srauto greičiai, viršijantys kritinį nusėdimo greitį (paprastai 1,2–1,5 m/s), kad būtų pašalintos kietosios medžiagos.
Reguliarus vamzdžių valymas (pvz., kempinės sistemos arba cheminių medžiagų dozavimas), kad būtų išvengta biologinio užteršimo.
Tinkami įleidimo ekranai ir šiukšlių filtravimas.
Vengiama negyvų kojų, mažo srauto zonų ir aštrių dizaino plyšių.
Kai šios sąlygos pažeidžiamos, net 30–40 laipsnių temperatūroje gali atsirasti duobių ar plyšių korozija, nepaisant aukšto medžiagos CPT, išmatuoto atliekant švarius laboratorinius tyrimus.
CPT yra šiluminio pavojaus linija, tačiau srautas saugo metalą.Didelė CPT užtikrina didelę saugos ribą, tačiau tai nepanaikina patikimos hidraulinės konstrukcijos poreikio.
Sustingusios ir apsaugotos sąlygos: tikrasis pažeidžiamumas
Net super dvipusis spausdinimas turi ribas. Visiškai stovinčiame jūros vandenyje arba po tvirtai prilipusia bioplėvele efektyvi vietinė aplinka tampa daug agresyvesnė nei biriame jūros vandenyje. Šios sąlygos reikalauja atsargumo:
Vamzdžiai, kurie veikia su pertraukomis– Kai srautas sustoja, nusėda nuosėdos ir tuščiosios eigos metu susidaro chloro plyšių sąlygos.
Vamzdžių ir lakštų jungtys– Net ir suvirinant sandariklį, yra mikroskopinių įtrūkimų. Naudojant aukštos temperatūros chloridą, buvo pranešta apie super duplex vamzdžių lakštų plyšinę koroziją, kai temperatūra ilgą laiką viršija 50 laipsnių.
Nepakankamas indėlis– Geležies oksido arba kalcio karbonato apnašos, dumblas ar biologinis dumblas trukdo deguonies difuzijai. Po tokiomis nuosėdomis vietinė chlorido koncentracija gali pakilti iki 5–10 kartų didesnė nei biriame vandenyje, o pH nukristi žemiau 4. Tokiais atvejais super dupleksas gali įdubti esant 10–20 laipsnių žemesnei nei nominali CPT temperatūra.
Todėl super duplekso CPT aušinimo vandenyje, kuriame yra chlorido, nėra vienas universalus skaičius. Tai priklauso nuo:
Konkrečios lydinio klasė (UNS S32750 ir S32760 ir S39274 CPT šiek tiek skiriasi).
Paviršiaus apdaila (elektropoliruotų arba marinuotų paviršių CPT yra didesnis nei šlifuotų arba frezuotų paviršių).
Bandymo metodas (ASTM G150 ir G48 pateikia skirtingas vertes).
Faktinė vandens chemija (pH, chloravimo lygis, kitų jonų, pvz., sulfatų ar bikarbonatų, buvimas).
Srauto režimas ir indėlio būklė.
Konservatyvi dizaino vertėšvarus, neramus gazuotas jūros vanduoyraCPT Didesnis arba lygus 50 laipsniųsuper dvipusiam. Užsustingusios arba linkusios į nuosėdas sąlygas, rekomenduojama apatinė 40 laipsnių ar net 35 laipsnių riba arba apsvarstyti galimybę naudoti atsparesnį lydinį (pvz., titaną arba 6 % molibdeno superaustenitinį nerūdijantį plieną).
Įprastų aušinimo vandens lydinių CPT verčių palyginimas
Šioje lentelėje pateikiami tipiniai CPT diapazonai įvairiems nerūdijantiems plienams ir lydiniams aeruotame 3,5 % NaCl tirpale (imituotame jūros vandenyje), išmatuoti elektrocheminiais metodais (ASTM G150). Faktinės vertės priklauso nuo paviršiaus apdailos ir bandymo detalių.
| Lydinys | PREN | CPT (laipsnis) – švarus, gazuotas jūros vanduo | Tipinė naudojimo riba aušinamame vandenyje |
|---|---|---|---|
| 304L | ≈18 | <5 | Nerekomenduojama naudoti chloridams, viršijantiems aplinkos temperatūrą |
| 316L | ≈25 | 10–20 | Mažesnė arba lygi 25 laipsniai , tik mažai chloridų |
| 2205 (dvipusis) | ≈35 | 25–35 | Mažiau nei 35 laipsniai arba lygus jai, esant geram srautui |
| S32750 (2507) | >42 | 50–65 | Mažesnis arba lygus 50 laipsnių (80 laipsnių su labai švariu, dideliu srautu) |
| S32760 (Zeron 100) | >40 | 50–60 | Panašus į 2507 |
| 6 % Mo superaustenito (pvz., 254 SMO) | >43 | 40–55 | Šiek tiek žemesnis nei super dvipusis |
| Titano 2 klasė | N/A | >100 (praktiškai imunitetas) | Bet kokia aušinimo vandens temperatūra |
„Super duplex“ yra labai patrauklioje našumo ir kainos srityje: žymiai atsparesnis įdubimams nei 316 l arba standartinis dvipusis, tačiau pigesnis nei 6 % Mo arba titanas.
Praktinės šilumokaičio projektavimo pasekmės
Šilumokaitis, kuriame naudojami super dupleksiniai vamzdžiai ir aušinimo vanduo, kurio chlorido lygis būdingas jūros vandeniui (≈19 000 ppm Cl⁻) arba sūriame vandenyje (1 000–10 000 ppm Cl⁻), šie projektavimo būdai padeda pasiekti aukštą CPT:
Palaikykite didesnį nei 1,5 m/s greitį vamzdžio pusėje– Tai užtikrina turbulentinį srautą ir apsaugo nuo nuosėdų susidarymo. 2–3 m/s greitis yra dar geresnis, jei erozija-korozija nekelia rūpesčių (superdupleksas turi gerą atsparumą erozijai).
Naudokite vamzdžių lakštų dizainą, kuris sumažina įtrūkimus– Vamzdžių sandarinimo suvirinimas prie vamzdžio lakšto rekomenduojamas dirbant aukštesnėje nei 40 laipsnių temperatūroje. Didesnė rizika yra sandarioms arba tik išplėstoms jungtims.
Venkite mažo srauto vietų ir negyvų kojų– Vamzdynų ir šilumokaičio geometrija turi būti suprojektuota taip, kad būtų pašalintos sustingusios zonos, kuriose gali kauptis nuosėdos.
Įdiekite valymo režimą– Aušinant jūros vandeniu, periodinis vamzdžių valymas (pvz., kartą per pamainą) naudojant kempinės rutulius arba šepetėlio sistemas apsaugo nuo biologinio užsiteršimo. Cheminis dozavimas su chloru ar kitais biocidais mažais kiekiais (0,1–0,5 ppm laisvo likučio) kontroliuoja mikrobų augimą, bet turi būti valdomas taip, kad būtų išvengta per didelio chlorinimo, kuris gali sumažinti kai kurių nerūdijančio plieno CPT (super dupleksas yra santykinai atsparus žemo lygio chloravimui).
Stebėkite įleidimo temperatūrą– Jei aušinimo vandens temperatūra viršija 50 laipsnių (pvz., esant šiltam klimatui arba naudojant recirkuliacinį aušinimo vandenį), reikia apsvarstyti aukštesnio lydinio (6% Mo arba titano) naudojimą arba leistino įtempių sumažinimą (mažinimą).
PREN vaidmuo ir kodėl CPT yra geresnis prognozuotojas
Atsparumo įbrėžimams ekvivalentinis skaičius (PREN=Cr + 3.3 Mo + 16 N) yra paprasta formulė, kuri klasifikuoja lydinius pagal sudėtį. Tačiau PREN neatsižvelgia į temperatūrą, mikrostruktūrą, paviršiaus būklę ar aplinkos veiksnius. Du lydiniai su identišku PREN gali turėti labai skirtingus CPT dėl skirtingo terminio apdorojimo arba nedidelių elementų svyravimų.
CPT, matuojamas tiesiogiai kontroliuojamomis sąlygomis, yra geresnis inžinerinis parametras, nes jis apima:
Visų legiruojančių elementų sinerginis poveikis.
Tikrasis aplinkos korozijos potencialas.
Pasyviosios plėvelės stabilumas kaip temperatūros funkcija.
Super duplekso aušinimo vandenyje 50 laipsnių CPT reiškia, kad esant žemesnei nei 50 laipsnių temperatūrai, termodinamiškai mažai tikėtina, kad lydinys įdubs švariame, gazuotame jūros vandenyje. Virš 50 laipsnių, duobės galimas net ir be nuosėdų. Tai suteikia aiškią dizaino gairę.
Išvada: pasitikėjimas chloridų turtingu aušinančiu vandeniu su hidrauline disciplina
Dėl didelio chromo, molibdeno ir azoto kiekio nerūdijantis plienas pasižymi aukšta kritine duobių susidarymo temperatūra (CPT) chlorido turinčiame aušinimo vandenyje -dažnai viršija 50 laipsnių gazuotame jūros vandenyje-. Dėl to jis yra tvirtas ir ekonomiškas pasirinkimas šilumokaičiams, kondensatoriams ir vamzdynų sistemoms, kuriose tvarkomas jūros vanduo arba sūrus vanduo, kurio temperatūra gerokai viršija 316 l arba standartinio duplekso ribas. Tačiau CPT yra švarių, gerai tekančių sąlygų gairė. Po sustingusiais arba nuosėdomis padengtais paviršiais, esant žemesnei temperatūrai, net super dupleksas gali įtrūkti. Tinkama hidraulinė konstrukcija-išlaikant turbulentinį srautą, užkertant kelią biologiniam užsiteršimui ir pašalinant plyšius-yra būtina norint pasinaudoti visa medžiagos aukšto CPT pranašumais. Medžiagos pasirinkimas yra susijęs su darbo aplinka ir medžiagos chemija; Super duplex užtikrina plačią šiluminės saugos ribą, tačiau tik tada, kai aušinimo vanduo nuolat juda, o vamzdeliai yra švarūs.
