Naudojant karštą jūros vandenį (60–90 laipsnių, druskingumas 3–4%), PFA šildytuvai apsaugo metalinę šerdį nuo tiesioginio cheminio poveikio. Tačiau mikroskopiniai defektai ar prasiskverbimo keliai galiausiai leidžia chloro jonams pasiekti šerdį. Kai chloridas susiliečia su metalu, įtempių korozijos įtrūkimai (SCC) tampa dominuojančiu gedimo mechanizmu. Titano 2 laipsnio šerdis beveik neribotą laiką atspari chlorido -sukeltam SCC, o „Incoloy 825“ šerdis sutrūkinėja per kelis mėnesius ar kelerius metus, veikiant tempimo įtempimui. Skirtumas atsiranda dėl pasyvios plėvelės stabilumo: titanas sudaro tvirtą TiO₂ sluoksnį, kuris savaime{11}}greitai gyja esant deguoniui ar vandeniui. „Incoloy“ sudaro chromo oksido (Cr₂O3) plėvelę, kuri yra pažeidžiama chloro jonų atakos, dėl kurios atsiranda duobių ir vėliau atsiranda įtrūkimų. PFA šildytuvų karšto jūros vandens arba sūrymo aplinkoje titano šerdis pailgina tarnavimo laiką 5–10 kartų, palyginti su „Incoloy“.
Chlorido{0}}sukelto streso įtrūkimo mechanizmas „Incoloy“.
„Incoloy 825“ (Ni-Cr-Mo-Fe) yra pagrįsta pasyvia chromo oksido plėvele, užtikrinančia atsparumą korozijai. Karštame jūros vandenyje chlorido jonai adsorbuojasi ant plėvelės paviršiaus, lokaliai ją suardydami. Atidengtas metalas ištirpsta ir susidaro duobė. Duobės viršūnėje rūgštinė, chloridų{7}}turtinga aplinka neleidžia pakartotinai-pasyvuoti. Tempimo įtempis (dėl šiluminio plėtimosi arba liekamojo gamybos įtempio) susikaupia duobėje ir sukelia įtrūkimą. Susidarius įtrūkimui, jis per Incoloy plinta transgranuliniu būdu. PFA šildytuvo, kurio apvalkalas pažeistas arba persmelktas chloridas, „Incoloy“ šerdis paprastai sugenda per 1 000–5 000 valandų esant 80 laipsnių temperatūrai, net jei PFA atrodo nepažeista. Dėl įtrūkimo šerdis praranda elektros tęstinumą arba PFA įžeminimą, todėl šildytuvas sugenda.
Titanium Grade 2 (komerciškai grynas) sudaro TiO₂ plėvelę, kuri yra ypač stabili chlorido aplinkoje. Jei yra deguonies arba vandens, plėvelė beveik akimirksniu atsinaujina, jei ji pažeista. Jūros vandenyje yra daug ištirpusio deguonies. Chlorido jonai nesuardo TiO₂ plėvelės; jie iš tikrųjų jį stabilizuoja. Titanas yra atsparus chloridui SCC esant žemesnei nei 120 laipsnių temperatūrai. Karštame jūros vandenyje titano šerdys nerodo SCC po 50, 000+ valandų veikimo, net ir esant mechaniniam įtempimui.
Lyginamasis efektyvumas karštame jūros vandenyje (80 laipsnių, 3,5 % NaCl, 50 MPa taikomas įtempis šerdyje)
| Metalo pagrindo medžiaga | Pasyvus filmas | Laikas iki Pitting (valandos) | Laikas iki įtrūkimo inicijavimo (valandos) | Laikas iki nesėkmės (valandos) | Dominuojantis gedimo režimas | Santykinis gyvenimas |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Incoloy 825 (kaip-gauta) | Cr₂O3 | 500–1,000 | 1,000–2,000 | 2,000–5,000 | Transgranulinis SCC | 1.0× |
| Incoloy 825 (pasyvuotas) | Cr₂O3 | 1,000–2,000 | 2,000–4,000 | 4,000–8,000 | SCC | 1.5–2.0× |
| 2 klasės titanas (atkaitintas) | TiO₂ | >50 000 (nėra) | >50,000 | >50,000 | Nėra (galimas plastiškumas) | >10× |
| 7 klasės titanas (legiruotas Pd{1}}) | TiO₂ | >50,000 | >50,000 | >50,000 | Nėra | >10× |
| Nerūdijantis plienas 316L | Cr₂O3 | 200–500 | 500–1,000 | 1,000–2,000 | Įdubimas + SCC | 0.3–0.5× |
Lauko įrodymai iš jūrinių šilumokaičių
Pakrantės elektrinėje buvo naudojami PFA šildytuvai su Incoloy 825 šerdimis jūros vandeniu{1}}aušinamame šilumokaityje (80 laipsnių). Šildytuvai sugesdavo kas 12–18 mėnesių dėl šerdies įtrūkimų. Po-gedimo atlikta analizė parodė, kad chloridas prasiskverbė per mikroskopines PFA tuštumas ir vėliau Incoloy SCC. Gamykla šildytuvus pakeitė identiškais PFA apvalkalais, bet titano 2 klasės šerdimis. Po 5 metų nepertraukiamo veikimo gedimų nebuvo. Titano šerdyse nebuvo įbrėžimų ar įtrūkimų. Dabar gamykla nurodo titano šerdis visiems jūros vandens{14}}atsegtiems PFA šildytuvams.
Kodėl „Incoloy“ vis dar įprasta ir kada tai priimtina
„Incoloy“ tebėra plačiai naudojamas, nes yra pigesnis (apie 50 % titano kainos) ir tinkamai veikia ne-chloro aplinkoje arba žemesnėje temperatūroje (<50°C). For freshwater or deionized water service, Incoloy cores can last 10+ years. For hot seawater, brine, or any chloride-rich environment above 60°C, Incoloy is a liability. The additional cost of titanium (typically $200–500 per heater) is recovered after one prevented failure event.
Chlorido tarnybos projektavimo rekomendacijos
| Aplinka | Chlorido koncentracija | Temperatūra | Rekomenduojama pagrindinė medžiaga | Loginis pagrindas |
|---|---|---|---|---|
| Gėlas vanduo (dejonizuotas) | <10 ppm | Bet koks | „Incoloy“ (rentabilus{0}}) | Nėra SCC rizikos |
| Sūrio vandens | 100–1 000 ppm | <50°C | Incoloy | Priimtinas |
| Sūrio vandens | 100–1 000 ppm | >60 laipsnių | Titano 2 klasė | SCC rizika virš 60 laipsnių |
| Jūros vanduo (atvira kilpa) | 30 000–40 000 ppm | Bet koks | Titano 2 klasė | Privaloma |
| Sūrymas (garintuvas) | >100 000 ppm | >70 laipsnių | Titano klasė 2 arba 7 klasė | Privaloma |
| Karštas jūros vanduo (šilumokaitis) | 35 000 ppm | 80 laipsnių | Titano 2 klasė | Proven life >5 metai |
Išvada: Titano šerdis pašalina chlorido streso įtrūkimus karštame jūros vandenyje
Naudojant karštą jūros vandenį (80 laipsnių, 3,5 % NaCl), PFA šildytuvas su 2 laipsnio metaline titano šerdimi tarnauja 10 kartų ilgiau nei Incoloy 825 šerdis, nes pasyvi titano TiO₂ plėvelė yra atspari chlorido {5}sukeltam įtempių korozijos įtrūkimui. „Incoloy“ chromo oksido plėvelė skyla į chloridus, todėl per kelis mėnesius ar kelerius metus atsiranda duobių, įtrūkimų ir gedimų. Bet kuriam PFA šildytuvui, veikiančiam aplinkoje, kurioje gausu chloro, -daugiau nei 60 laipsnių, nurodykite titano šerdį. Pradinė išlaidų priemoka susigrąžinama pašalinus prastovų ir pakeitimo išlaidas. Inžinieriai, pasirenkantys medžiagas jūriniam, gėlinimui ar šildymui sūrymu, pirmenybę turi teikti titanui. Incoloy priklauso gėlam vandeniui; titanas valdo jūrą.
