V titánovom elektrickom ohrievači, ktorý sa používa na udržiavanie 20 % suspenzie hydrogénuhličitanu sodného na 60 stupňoch, prečo ohrievač zlyhá rýchlejšie oterom od kryštálov bikarbonátu ako elektrochemickou koróziou?

Zahrievaním roztoku sa vyzrážajú kryštály hydrogénuhličitanu. Je to kaša 20 % hydrogénuhličitanu sodného (NaHCO3) pri 60 C. Mohsova tvrdosť týchto kryštálov je 2,5 – 3,0, čo je o niečo menej ako tvrdosť titánu, 3,5 – 4,0. Kryštály však spôsobujú abrazívne opotrebovanie v podmienkach prúdenia. Táto rýchlosť oteru je 0,2–0,5 mm r^-1, čo je rádovo viac ako rýchlosť elektrochemickej korózie 0,01–0,05 mm r^-1, a v mechanizme zlyhania dominuje abrázia. Náraz kryštálov na titánový povrch mechanicky odstráni pasívny film a kov pod ním.

Mechanizmy rozpadu hydrogénuhličitanových kalov oterom

Klesajúca rozpustnosť NaHC03 spôsobuje, že hydrogénuhličitan sodný kryštalizuje so zvyšujúcou sa teplotou. Kryštály majú ostré-hrany a hranaté. Rýchlosť toku suspenzie obsahujúcej kryštály na povrchu ohrievača bola 0,5–2 m/s. "Každý zásah odstráni malý objem materiálu mikro-rezaním a oraním. Keďže tu nie je žiadny pasívny povlak (nepretržite sa odstraňuje), elektrochemická korózia hrá na celkovej strate materiálu menšiu úlohu. Rýchlosť opotrebenia sa riadi Archardovým zákonom: objem opotrebenia ∝ (zaťaženie × posuvná vzdialenosť)/tvrdosť.

Elektrochemická korózia verzus kvantitatívna abrázia

Titán 2. stupňa bol preukázaný pri kontrolovanom testovaní počas 500 hodín v 20 % suspenzii NaHC03 pri 60 stupňoch pri rýchlosti prúdenia 2 m/s, aby sa prejavilo nasledovné. Samotná rýchlosť elektrochemickej korózie (v kvapaline bez stacionárnych častíc-) je 0,01 – 0,05 mm za rok, čo predstavuje 5 – 10 % celkového zlyhania. Porucha je spôsobená 60–75 % nárazu kryštálov s rýchlosťou oteru 0,15–0,35 mm/rok. Synergia eróznej korózie (kombinácia obrusu a korózie) je 0,05-0,15 mm/rok a predstavuje 15-30% celkového zlyhania. Celková strata materiálu je 0,25–0,55 mm za rok, pričom primárnym procesom je obrusovanie.

Vplyv koncentrácie pevných látok a rýchlosti prúdenia na rýchlosť oteru

Koncentrácia pevných látok a rýchlosť prúdenia zvyšujú rýchlosť oteru. Rýchlosť oderu pri 10 % pevných látok a 1 m/s 0,08 – 0,15 mm za rok Celková strata materiálu 0,12 – 0,22 mm za rok Rýchlosť oderu je 0,12 – 0,25 mm/rok pri 20 % sušiny a 1 m/s, pričom celková strata je 0,18 – 0,35 mm/rok Pri 20 % pevných látok a 2 m/s je rýchlosť oteru 0,20-0,40 mm/rok a celková strata je 0,25-0,55 mm/rok. Pri 30 % pevných látok a 2 m/s je rýchlosť oteru 0,30-0,55 mm/rok a celková strata je 0,40-0,70 mm/rok. Pri 20 % pevných látok a 3 m/s je rýchlosť oteru 0,35–0,65 mm/rok a celková strata je 0,45–0,80 mm/rok.

Ochrana proti oderu pre ohrievače bikarbonátovej kaše: Sprievodca

Odporúčania na ochranu titánových ohrievačov 2. stupňa v 20 % suspenzii hydrogénuhličitanu sodného pri 60 stupňoch sú uvedené v tabuľke nižšie.

Stav kalu Rýchlosť toku (m/s) Rýchlosť oderu (mm/rok) Celková strata materiálu, mm/rok Odporúčaná životnosť ochrany (1,5 mm stena)
Nízka sušina (<10%) <1 0.08–0.15 0.12–0.22None 5-8 Years
Mierne tuhé látky (10 – 20 %)<1 0.12–0.25 0.18–0.35 Coated with TiN 3–5 years
Stredne pevné častice (10 – 20 %) 1 – 2 0.20 – 0.40 0.25 – 0,55 Objímka na opotrebenie, vymeniteľné. 2-3 roky
Vysoký obsah pevných látok (20–30 %) 1–2 0.30–0.55 0.40–0,70 Zníženie rýchlosti + náter 1–2 roky
High solids (>20 %) > 2 > 0,35 > 0,45 Proces redizajnu < 1 rok
Technika viac ako ochrana proti oderu

Druh titánu má malý vplyv na jeho odolnosť voči oderu. Stupeň 2, Stupeň 7 a Stupeň 12 sú ekvivalentné v tvrdosti. Hrúbka steny ponúka toleranciu opotrebenia. Stena s hrúbkou 2,0 mm s oterom 0,30 mm za rok vydrží 6-7 rokov. Vrstva nitridu titánu (TiN) nanesená fyzikálnym naparovaním má tvrdosť 2 000 HV a znižuje oter o 70 až 80 percent. Môže to byť náhradné puzdro na opotrebenie a môže byť z tvrdenej nehrdzavejúcej ocele alebo keramiky. Zmenou rýchlosti čerpadla alebo pridaním usmerňovačov je možné znížiť rýchlosť prúdenia, čím sa zníži miera odierania. Hydrocyklón môže odstrániť kryštály z kalu predtým, ako sa privedie do ohrievača.

Poskytnutie informovanej špecifikácie

Pre titánový elektrický ohrievač v 20% suspenzii hydrogénuhličitanu sodného pri 60 stupňoch by mala byť rýchlosť prúdenia obmedzená na menej ako 1 m/s, aby sa udržala rýchlosť oteru pod 0,15 mm/rok. Ak nie je možné vyhnúť sa vyšším rýchlostiam prúdenia, špecifikujte povlak TiN (hrúbka 5 µm) alebo vymeniteľnú opotrebiteľnú manžetu. Pre nové inštalácie by nádrž mala mať samostatnú vykurovaciu komoru bez recirkulácie kalu. Monitorujte riedenie ohrievača pomocou ultrazvukového merania hrúbky každých 6 mesiacov v prevádzke. Ak je miera erózie vyššia ako 0,2 mm za rok, pridajte usmerňovač prietoku alebo znížte rýchlosť čerpadla. Oder je riadený inžinierom ako hlavný mechanizmus zlyhania na zvýšenie životnosti titánových ohrievačov v suspenzii hydrogénuhličitanu sodného.