Pam Mae 316 o Diwbiau Gwresogi Trydan Gwain Dur Di-staen yn Profi Cyrydiad Agen Carlam O dan Gromfachau Cymorth PTFE yn Gymedrol-Tanciau Storio Dŵr Poeth Clorid?

Mae'r cromfachau cymorth ar gyfer y tiwbiau gwresogi trydan mewn tanciau storio dŵr poeth yn aml yn cael eu gwneud o polytetrafluoroethylene (PTFE) neu fflworopolymerau eraill, ac fe'u defnyddir i gadw'r wain dur di-staen 316 oddi ar waliau'r tanc dur carbon. Mae'r dyluniad hwn yn atal cyrydiad galfanig metelau annhebyg, ond mae dadansoddiad methiant maes o wresogyddion dŵr masnachol a systemau storio thermol yn dangos bod yr hollt a ffurfiwyd rhwng y braced PTFE a'r wain dur di-staen 316 yn creu cemeg leol ymosodol sy'n hyrwyddo cyrydiad tyllu a chorydiad agennau, yn aml yn arwain at fethiant gwresogydd o fewn 6-18 mis mewn dŵr sy'n cynnwys dim ond 50{0{0}}15 clorid Mae'r deunydd PTFE ei hun yn anadweithiol yn gemegol ond mae nodwedd an-athraidd an-amsugnol y PTFE yn atal ocsigen a swmp-ddŵr rhag mynd i mewn i'r agen dynn, sef yr hyn sy'n arwain at ffurfio celloedd awyru gwahaniaethol. Unwaith y bydd agen wedi ffurfio, mae'r dŵr sy'n cael ei ddal yn yr hollt yn cynnal adweithiau hydrolysis sy'n lleihau'r pH lleol i werthoedd mor isel â 3.5-4.0. Mae ïonau clorid yn symud i mewn i'r agennau i gadw niwtraliaeth gwefr, gan gyrraedd crynodiadau hyd at 10 gwaith yn fwy na chrynodiad swmp y dŵr. Mae'r erthygl hon yn amcangyfrif cineteg y cyrydiad agennau o dan gefnogaeth PTFE ar 316 o wainiau dur di-staen ac yn cynnig technegau peirianneg i osgoi'r modd methiant hwn mewn gwasanaeth dŵr poeth.

Mecanwaith electrocemegol cyrydiad agennau o dan gynheiliaid polymer nad ydynt yn hydraidd
Mae'r mecanwaith cyrydiad agennau ar 316 o ddur di-staen yn gofyn am fwlch geometrig sydd fel arfer yn llai na 0.1 mm i ffurfio parth gwasgariad cyfyngedig. Pan gaiff ei glampio yn erbyn gwain sy'n cynnwys haenau clustog rwber neu silicon, gall cromfachau cymorth PTFE gynhyrchu bylchau o 0.05-0.3 mm, yn dibynnu ar wahaniaethau cywasgu ac ehangu thermol. Pan fydd dŵr swmp yn ymwthio i'r hollt hwn, mae'r ocsigen yn y cyfaint cyfyng yn cael ei ddisbyddu'n gyflym gan brosesau lleihau cathodig ar yr wyneb metel. Yn y broses cathodig, mae ocsigen ac electronau yn cael eu lleihau i ffurfio ïonau hydrocsid: O 2 + 2H 2 O + 4e- → 4OH - Fodd bynnag, gan fod PTFE yn anhydraidd i drylediad ocsigen, nid oes unrhyw ailgyflenwi o'r swmp dŵr. Mae'r cyfaint bach sy'n cael ei ddal yn cael ei ddaerated ac mae'r potensial lleol yn symud i'r rhanbarth cyrydiad gweithredol ar gyfer 316 o ddur di-staen. Mae'r metel clorid yn yr hollt yn cael ei hydrolysis i roi asid rhydd: FeCl 2 + 2H 2 O → Fe(OH) 2 + 2HCl Mae'r dull awtocatalytig hwn yn lleihau'r pH i'r lefelau sy'n dad-oddef 316 o ddur di-staen, sydd angen dim ond 50-100 ppm swmp clorid i gychwyn a chynnal ymosodiad.

Mae astudiaethau arbrofol gyda microelectrodau wedi'u gosod yn y craciau rhwng blociau PTFE a 316 o blatiau dur di-staen mewn dŵr clorid 100 ppm ar 70 gradd yn dangos dilyniant fel a ganlyn:

24 awr gyntaf: Swmp pH 7.2, pH agennau 6.5, clorid agennau 120 ppm.

72 awr. Agennau pH 5.2, clorid 280 ppm. Mae potensial cylched agored yn symud o +50 mV i -250 mV yn erbyn Ag/AgCl.

168 hr pH 3.8 clorid 960 ppm (agennau). Mae'r tyllu gweladwy yn dechrau ar ymyl yr hollt.

336 awr: pH 3.2, crynodiad clorid mewn agennau 1100 ppm Cyfradd treiddiad pwll yn fwy na 0.1 mm yr wythnos ar 70 gradd.

Ar gyfer tanciau storio dŵr poeth o 60-80 gradd, cynyddir y gyfradd cyrydu gan ffactor o 2-3 am bob cynnydd o 10 gradd oherwydd cyfraddau trylediad cyflymach a cineteg hydrolysis mwy ymosodol.

Lled hanfodol y bwlch a materion cydnawsedd materol
Nid yw pob craciau yr un mor niweidiol. Mae'r cyrydiad agennau mwyaf ymosodol yn digwydd o fewn ystod geometrig benodol ac mae'r rhyngwyneb dur di-staen PTFE yn disgyn yn union yn y parth hanfodol. Mae canlyniadau astudiaethau bwlch rheoledig mewn 316 o ddur di-staen mewn dŵr clorid 150 ppm ar 75 gradd fel a ganlyn. Y cysylltiad rhwng lled bwlch agennau a dyfnder uchaf y pwll ar ôl 500 h yw:

Lled bwlch agennau (mm) Cyflwr tryledu ocsigen Uchafswm Dyfnder y Pwll (mm) Morffoleg y Pwll < 0.02 (cyswllt metel i fetel yn y bôn) Dim dŵr yn mynd i mewn, dim cyrydiad agennau 0.00 Dim ymosodiad 0.02 – 0.08 Amddifadedd ocsigen difrifol, mynediad dŵr cyfyngedig 0.25 – 0.45 Pyllau cul dwfn
0.08 - 0.25 Cyfnewid dŵr cymedrol, cylchred awtocatalytig gweithredol 0.40-0.70 Tyllau tandorri mawr
0.25 - 0.50 Difrifoldeb is, cylchrediad dŵr rhannol 0,15 - 0,30 Nifer o ffosydd bas 0.50 Cylchrediad dŵr am ddim, trylediad ocsigen yn bosibl < 0.05 Ymosodiad lleiaf Mae cywasgu cromfachau cymorth PTFE gan strapiau metel neu glipiau sbring yn aml yn cynhyrchu bylchau yn yr ystod 0.005-0. Dyma pam mae PTFE yn anhawster penodol yn erbyn deunyddiau mandyllog fel cyfansoddion wedi'u hatgyfnerthu â rwber neu ffibr. Mae gasgedi rwber a deunyddiau EPDM (monomer diene propylene ethylene) ychydig yn athraidd i ocsigen, gan ganiatáu taith raddol a all o bryd i'w gilydd gynnal amodau goddefol. Mae gan PTFE athreiddedd ocsigen o tua 0.5 × 10⁻¹³ cm³·cm/(cm²·s·Pa) ac felly mae bron yn rhwystr ocsigen perffaith, sy'n golygu bod cyfaint yr hollt wedi dirywio'n llwyr.

Data Maes ar Leihad Bywyd Gwasanaeth o Gwresogyddion Dŵr Masnachol
Datgelodd dadansoddiad dosbarthiad achos gwraidd o 247 316 o diwbiau gwresogi trydan dur di-staen wedi'u dychwelyd o danciau storio dŵr poeth masnachol (capasiti 150-500 litr, pwynt gosod 60-80 gradd, dŵr trefol gyda chlorid 40-200 ppm): Datgelodd 43% o'r methiannau a gychwynnwyd yn agennau braced cymorth PTFE, weldiad parth 31%, gwres {1% ar holltau braced cymorth PTFE, weldiad 31% {1% ar barthau braced cymorth PTFE, weldiad {1%} seliau pin terfynol, ac 8% o'r tyllu cyffredinol ar adrannau gwain syth. Yr amser canolrif i fethiant ar gyfer yr agen PTFE-methiannau cysylltiedig â hi oedd 14 mis o'i gymharu â 31 mis ar gyfer y methiannau cysylltiedig â weldio a 46 mis ar gyfer y methiannau tyllu cyffredinol.

Gwelwyd cyfnodau methiant byrrach ar gyfer gwresogyddion sy'n defnyddio cromfachau PTFE yn y parth dŵr cynhesaf ger gwaelod y tanc. Mae'r dŵr poethaf yn haenu yn y traean isaf o'r tanciau storio, gan gyrraedd tymereddau gwain 5-15 gradd yn uwch na'r pwynt gosod swmp, oherwydd effeithiau gwresogi lleol. Roedd cromfachau PTFE mewn gwresogyddion yn gweithredu ar dymheredd swmp 75 gradd ac yn y parth 80-85 gradd wedi methu mewn cyfartaledd o 8-11 mis.

Mae archwiliad meintiol o ddata cemeg dŵr o osodiadau gwresogyddion a fethwyd yn dangos cysylltiad uchel rhwng crynodiad clorid ac amser i fethiant agennau PTFE:

< 30 ppm chloride: No PTFE crevice failures recorded in 60 months.

30-80 ppm clorid: methiant canolrifol 28 mis (ystod 18-48 mis).

80-150 ppm clorid Methiant canolrifol 12 mis Ystod 6-24 mis.

150-300 ppm clorin Methiant canolrifol 4 mis Ystod 2-8 mis

Y goblygiad ymarferol yw mai'r cromfachau cymorth PTFE yw'r cyswllt gwannaf yn y cynulliad gwresogydd mewn llawer o ffynonellau dŵr trefol (fel arfer 20-100 ppm clorid), er y byddai'r lefel swmp clorid yn awgrymu y dylai 316 o ddur di-staen fod yn ddigon am 5-10 mlynedd.

Newidiadau Dyluniad i Ddileu'r Broblem Agen PTFE
Yn ogystal â dyluniad sylfaenol y tanc, mae yna nifer o arferion technegol y gellir eu defnyddio i leihau cyrydiad agennau o dan fracedi cymorth. Mae'r dulliau mwyaf effeithiol yn newid deunydd y braced, geometreg y gosodiad neu ansawdd wyneb y wain yn y pwynt cyswllt.

Yn gyntaf, disodli'r cromfachau PTFE gyda deunyddiau ocsigen athraidd neu gwbl mandyllog. Yn y gefnogaeth rwber ewyn EPDM agorir llwybr ar gyfer trylediad ocsigen trwy'r matrics polymer, fel bod potensial positif yn cael ei gynnal ar yr wyneb metel hyd yn oed o dan gywasgu. Mae profion cromfachau ewyn PTFE vs. EPDM ar 316 o wain mewn dŵr clorid 150 ppm ar 75 gradd yn dangos nad yw gwresogyddion â chyfarpar EPDM yn dangos unrhyw bibellau agennau ar ôl 2000 o oriau, ond datblygodd gwresogyddion â chyfarpar PTFE bydewau 0.4 mm o fewn 500 awr.

Yn ail, ailgynllunio'r cromfachau stiff gyda sianeli draenio. Ni fydd y bloc PTFE yn barhaus ond bydd ganddo dri -pad cyswllt pwynt (pob pad 3-5 mm o led) gyda chyfyngau o 5 mm rhyngddynt. Dylai hyd y cysylltiad â'r wain fod yn 20-40 mm. Mae'r bylchau yn caniatáu llif swmp o ddŵr ac ocsigen i'r mannau sydd wedi'u dal. Mae'r profion yn dangos bod dyluniad braced tri pad yn lleihau dyfnder cyrydiad agennau 80% o'i gymharu â braced cyswllt solet.

Yn drydydd, nodwch orchudd alwminiwm wedi'i chwistrellu'n thermol ar y wain yn y safleoedd cyswllt braced. Mae hyn oherwydd gorchudd alwminiwm 0.1-0.2 mm a fydd yn cyrydu'n ffafriol ac yn darparu anod aberthol i amddiffyn y 316 o ddur di-staen gwaelodol. Mae profion carlam mewn clorid 200 ppm ar 80 gradd yn datgelu bod pwyntiau cyswllt wedi'u gorchuddio ag alwminiwm yn gyfan heb unrhyw dyllau 316 ar ôl 3000 awr. Methodd rheolaethau heb eu gorchuddio o fewn 500-800 awr.

Yn bedwerydd, os oes gennych fracedi PTFE presennol na ellir eu haddasu, gosodwch seliwr polysylffid tymheredd uchel neu gasged silicon rhwng y braced a'r wain. Mae'r seliwr yn plygio'r hollt yn gyfan gwbl, gan ddileu mynediad dŵr a'r gell awyru wahaniaethol. Ond mae'r dull hwn yn gofyn am weithrediad gofalus ac archwiliad cyfnodol gan y bydd y seliwr yn dirywio dros amser ac yn ailsefydlu'r agennau.

Iaith Manyleb ar gyfer Cynhalwyr Gwresogydd, Gwrthsefyll Cyrydiad
Wrth gaffael 316 o diwbiau gwresogi trydan dur di-staen ar gyfer systemau storio dŵr poeth gan ddefnyddio PTFE neu fracedi cefnogi polymer eraill, dylai peirianwyr gynnwys y gofynion canlynol yn y fanyleb caffael. Ar gyfer crynhoad swmp clorid sy'n fwy na 50 ppm, rhaid i'r deunydd braced fod yn bolymer athraidd ocsigen (ee, ewyn EPDM), neu fod gan y braced sianeli draenio o leiaf 2 mm o led, wedi'u gwasgaru ar gyfnodau nad ydynt yn fwy na 10 mm, neu rhaid darparu gorchudd alwminiwm neu sinc wedi'i chwistrellu o drwch o leiaf 0.1 mm ar yr wyneb gwain ym mhob pwynt cyswllt. Ar gyfer tanciau y disgwylir iddynt fod â lefelau clorid yn uwch na 150 ppm, argymhellwch naill ai gael gwared ar gynheiliaid polymerau yn gyfan gwbl trwy ddefnyddio gwainiau â safiadau wedi'u weldio'n annatod (316 rhagamcaniad dur di-staen oddi ar y prif diwb) neu uwchraddio'r deunydd gwain i uwch-aloi austenitig 254 SMO neu ditaniwm gradd 2. Mae astudiaethau maes o systemau storio thermol sy'n defnyddio'r dyluniad cyfnod gwrth-ddŵr wedi'i weldio yn cynnwys mwy o fywyd wrth gefn wedi'i weldio 8 mlynedd. 200–300 ppm clorid, o gymharu â 4–8 mis ar gyfer dyluniadau braced PTFE yn yr un gwasanaeth. Gan gydnabod nad y 316 o ddur di-staen yw'r broblem, ond yr hollt a achosir gan fraced PTFE fel arall yn ddiniwed, gall peirianwyr nodi addasiadau dylunio syml a chost isel i gael gwared ar y dull methiant mwyaf cyffredin mewn systemau gwresogydd dŵr poeth masnachol.