क्रेविस ज्यामिति (गैस्केट सामग्री और क्लैंप टॉर्क) नमक वाष्पीकरण तालाबों में टाइटेनियम हीटिंग ट्यूबों पर क्रेविस संक्षारण की शुरुआत के समय को कैसे प्रभावित करती है?

नमकीन पानी से सोडियम क्लोराइड, पोटेशियम क्लोराइड और अन्य लवणों के उत्पादन के लिए नमक वाष्पीकरण तालाबों को 40{4}}60 डिग्री के तापमान पर संचालित किया जाता है और संतृप्ति (लगभग 26% NaCl) से लेकर नमक क्रिस्टल के अवक्षेपण के साथ सुपरसंतृप्ति तक क्लोराइड सांद्रता होती है। टाइटेनियम हीटिंग ट्यूब का उपयोग वाष्पीकरण तापमान को बनाए रखने और गर्मी हस्तांतरण सतहों के क्रिस्टलीकरण को रोकने के लिए किया जाता है। हालाँकि, प्रमुख विफलता मोड, ट्यूब से ट्यूबशीट जोड़ों पर, गैस्केट के नीचे और क्लैंप अटैचमेंट के नीचे दरार का क्षरण है। कई टाइटेनियम संक्षारण समस्याओं के विपरीत, जो मुख्य रूप से मिश्र धातु रसायन विज्ञान या दीवार की मोटाई का एक कार्य है, नमक वाष्पीकरण सेवा में दरार संक्षारण आरंभ समय दरार ज्यामिति (अंतराल चौड़ाई और गहराई) और गैसकेट सामग्री और क्लैंप टॉर्क जैसे यांत्रिक डिजाइन मापदंडों से काफी प्रभावित होता है। यह पेपर दरार शुरू होने के समय पर इन चरों के प्रभाव का मूल्यांकन करता है और नमक तालाब सेवा में हीटर जीवन का विस्तार करने के लिए डिज़ाइन सुझाव प्रदान करता है।

संतृप्त क्लोराइड नमकीन पानी में दरार संक्षारण का तंत्र।
50 डिग्री पर संतृप्त या लगभग संतृप्त सोडियम क्लोराइड नमकीन पानी क्लोराइड सांद्रता (लगभग 5.4 एम सीएल-) और थोक समाधान में उच्च आयनिक शक्ति के कारण बहुत आक्रामक होता है। लेकिन थोक नमकीन पानी में टाइटेनियम निष्क्रिय है, क्योंकि उच्च क्लोराइड सामग्री के साथ कोई कम पीएच जुड़ा नहीं है। दरार के क्षरण के लिए मुख्य स्थिति दरार में ऑक्सीजन की कमी है। टाइटेनियम के एनोडिक विघटन से Ti{6}} उत्पन्न होता है जो हाइड्रोलाइज होकर H{7}} बनाता है, परिणामस्वरूप, ऑक्सीजन समाप्त होने पर दरार के अंदर का pH घटकर 2-3 हो जाता है। संतृप्त क्लोराइड नमकीन पानी के लिए, पीएच में मामूली कमी से ऐसी स्थिति पैदा होती है जिसमें टाइटेनियम पुन: निष्क्रिय नहीं हो सकता है और दरार का क्षरण तेजी से फैलता है।

आरंभ का समय, यानी, लगातार दरार का हमला शुरू होने से पहले का समय, ऑक्सीजन की कमी की दर और पीएच की पुनर्गति सीमा से नीचे गिरने की दर से संबंधित है। दोनों को दरार की ज्यामिति, गैसकेट सामग्री की ऑक्सीजन के लिए पारगम्यता और गैसकेट और टाइटेनियम सतह के बीच संपर्क दबाव द्वारा नियंत्रित किया जाता है।

क्रेविस गैप चौड़ाई का प्रभाव
ज्यामितीय मापदंडों में से, सबसे महत्वपूर्ण टाइटेनियम ट्यूब और विपरीत सतह (ट्यूब शीट, गैसकेट या क्लैंप) के बीच के अंतर की चौड़ाई है। किसी विशेष अंतराल की चौड़ाई के लिए दरार में ऑक्सीजन के प्रसार की दर अंतराल के घन के समानुपाती होती है (एक संकीर्ण चैनल के लिए फ़िक का नियम)। बड़े अंतराल ऑक्सीजन पुनःपूर्ति की अनुमति देते हैं, जो कमी में देरी करता है और शुरुआत का समय बढ़ाता है। छोटे अंतराल से ऑक्सीजन की अधिक कमी होती है।

50 डिग्री, पीएच 7.0 पर संतृप्त NaCl में नियंत्रित गैप चौड़ाई की कृत्रिम दरारों के साथ टाइटेनियम ग्रेड 2 नमूनों की नियंत्रित जांच से निम्नलिखित प्रारंभ समय (10x आवर्धन के तहत दृश्यमान हमले का समय) पता चला है:

0.05 मिमी (मशीनीकृत निकला हुआ किनारा के खिलाफ एक अच्छी तरह से टॉर्कयुक्त पीटीएफई गैसकेट की विशिष्ट) की अंतराल चौड़ाई पर, ऑक्सीजन की कमी 24-48 घंटों में होती है और दरार का हमला 50-100 घंटों में शुरू होता है। अंतराल की चौड़ाई 0.10 मिमी पर शुरुआत 200-300 घंटों में होती है। 0.25 मिमी की अंतराल चौड़ाई पर, शुरुआत 500 से 1000 घंटे तक फैली हुई है। ऑक्सीजन प्रसार निष्क्रियता बनाए रखने की अनुमति देता है और इसलिए 5,000 घंटों के बाद 0.50 मिमी की अंतराल चौड़ाई पर कोई दरार हमले का पता नहीं चलता है। 1.0 मिमी से अधिक की अंतराल चौड़ाई पर ज्यामिति अब एक दरार नहीं बल्कि एक खुला अंतराल है। कोई आक्रमण नहीं होता.

व्यवहार में इसका मतलब यह है कि बहुत तंग दरारें (0.1 मिमी से कम) सबसे खतरनाक हैं। डिजाइनरों को अंतरालों को 0.5 मिमी (मोटे गैसकेट या स्टैंडऑफ़) से अधिक चौड़ा बनाना चाहिए या अंतरालों (वेल्डेड जोड़ों) को खत्म करना चाहिए।

दरार की गहराई का प्रभाव
दरार की सीमा (गैस्केट के नीचे या ट्यूब शीट में प्रवेश की दूरी) एनोडिक विघटन के लिए उपलब्ध ऑक्सीजन की कमी वाली सतह को निर्धारित करती है। गहरी दरारों के लिए शुरुआत तेज हो जाती है क्योंकि उनके पास बड़े ऑक्सीजन क्षीण क्षेत्र और दी गई अंतराल चौड़ाई के लिए लंबे प्रसार पथ होते हैं।

0.1 मिमी की दी गई अंतराल चौड़ाई के लिए, शुरुआत का समय 300 घंटे से घटाकर 100 घंटे कर दिया जाता है क्योंकि दरार की गहराई 5 मिमी से 20 मिमी तक बढ़ जाती है। 50 मिमी की गहराई पर, दीक्षा 40{11}}50 घंटे पर होती है। नमक बाष्पीकरणकर्ता सेवा के लिए 15 मिमी से अधिक गहराई वाली दरार से बचें। ट्यूब से ट्यूबशीट जंक्शन को उथली दरार (10 मिमी से कम गहरी) या दरार को खत्म करने के लिए पूरी तरह से वेल्ड करने के लिए डिज़ाइन किया जाना चाहिए।

गैसकेट सामग्री की पारगम्यता
गैसकेट सामग्री ऑक्सीजन के प्रति अपनी पारगम्यता और नमकीन पानी को अवशोषित करने की क्षमता में भिन्न होती है, जो दोनों दरार रसायन विज्ञान को प्रभावित करती हैं। गैर {{1}छिद्रपूर्ण, गैर -पारगम्य गास्केट (पीटीएफई, पीईईके, धातु) एक तंग सील प्रदान करते हैं और गैसकेट के माध्यम से ऑक्सीजन के प्रसार की अनुमति नहीं देते हैं, इसलिए दरार के भीतर ऑक्सीजन की कमी तेज हो जाती है। नरम रबर, ईपीडीएम, सिलिकॉन (छिद्रपूर्ण, पारगम्य गैसकेट): दरार और मंद शुरुआत को बदलने के लिए कुछ ऑक्सीजन गैसकेट बॉडी के माध्यम से फैल सकती है।

विभिन्न गैसकेट सामग्रियों का परीक्षण किया गया (अंतर 0.1 मिमी, गहराई 10 मिमी, 50 डिग्री पर संतृप्त NaCl) और परिणाम हैं:

पीटीएफई गैस्केट (अभेद्य) - 200{9}}300 बजे शुरू होता है। ईपीडीएम रबर (मध्यम पारगम्यता): 400-600 घंटे पर शुरुआत। सिलिकॉन रबर (उच्च पारगम्यता) शुरू करने के लिए 800 से 1,200 घंटे। कोई गैसकेट नहीं (धातु से धातु संपर्क, प्रभावी रूप से शून्य अंतराल, छिद्रपूर्ण इंटरफ़ेस) केवल मध्यम हमले के साथ 2000 घंटे से ऊपर की शुरुआत।

बदलाव यह है कि पारगम्य गास्केट नमकीन पानी को सोख लेगा और फूल जाएगा, जो समय के साथ अंतराल ज्यामिति को बदल सकता है। सिलिकॉन और ईपीडीएम गर्म नमकीन पानी में लंबे समय (2-5 वर्ष) में टूट जाते हैं और उन्हें बदलने की आवश्यकता होती है।

क्लैंपिंग टॉर्क और संपर्क दबाव
गैस्केट और टाइटेनियम इंटरफ़ेस पर लगाया गया दबाव क्लैंप को कसने के लिए उपयोग किए जाने वाले टॉर्क का एक कार्य है। अधिक टॉर्क का मतलब है कड़ी सील, जिसका मतलब है कि प्रभावी अंतराल की चौड़ाई कम हो जाती है और कम ऑक्सीजन फैलती है। कम टॉर्क (सीलिंग सीमाओं के तहत) के परिणामस्वरूप कुछ हद तक अधिक प्रभावी अंतर होता है, इसलिए धीमी दरार की शुरुआत होती है।

50 डिग्री पर संतृप्त NaCl के साथ 50 मिमी व्यास ट्यूब फ्लैंज पर PTFE गैस्केट का परीक्षण करने से यह मिलता है:

टॉर्क 20 एनएम (कम) प्रभावी अंतराल 0.15-0.20 मिमी 400-600 घंटे से शुरू। टॉर्क 40 एनएम (मानक) प्रभावी अंतराल 0.08-0.12 मिमी प्रारंभ 200-300 घंटे टॉर्क 60 एनएम (उच्च) : प्रभावी अंतर 0.04-0.07 मिमी, आरंभ 50-100 घंटे।

नमक बाष्पीकरणकर्ता की सेवा करने का सबसे अच्छा तरीका टोक़ की सबसे छोटी मात्रा को लागू करना है जो एक सील प्रदान करेगा, आमतौर पर गैसकेट सामग्री के लिए सुझाई गई अधिकतम का 50 से 60 प्रतिशत। यह तकनीक बिना रिसाव के प्रभावी अंतर को बढ़ाती है।

नमक बाष्पीकरणकर्ताओं के लिए क्रेविस डिज़ाइन अनुप्रयोग मैट्रिक्स
विस्तारित जीवन तंत्र के लिए डिज़ाइन पैरामीटर पसंदीदा मान दरार आरंभ होने का अपेक्षित समय (संतृप्त NaCl, 50 डिग्री)
Gap width >0.5 mm (or welded)Oxygen diffusion sustained >5,000 घंटे (कोई हमला नहीं)
गैप चौड़ाई (यदि<0.5 mm unavoidable) 0.20-0.30 mmReduces oxygen depletion 500-1000 hrs
दरार की गहराई<10 mm Anode area limited 300-500 hours
गैसकेट सामग्री ईपीडीएम या सिलिकॉन (पारगम्य) गैसकेट ऑक्सीजन प्रसार400 से 1,200 घंटे।
क्लैंप टॉर्क मिन. सीलिंग टॉर्क (अधिकतम का 50-60%) उच्च टॉर्क की तुलना में 2-3 गुना अधिक प्रभावी अंतराल को अधिकतम करें
संयुक्त ट्यूब-ट्यूबशीटवेल्ड्स (पूर्ण प्रवेश)कोई दरार पर हमला नहीं (सिर्फ गड्ढा करना) दरार को हटाता है
नमक बाष्पीकरणकर्ता हीटर पर व्यावहारिक संकेत
नमक वाष्पीकरण तालाबों में, टाइटेनियम हीटिंग ट्यूबों के लिए सबसे अच्छा डिज़ाइन वह डिज़ाइन है जहां सभी दरारें पूरी तरह से {{0}पेनेट्रेशन वेल्डेड ट्यूब से {{1} से लेकर ट्यूबशीट कपलिंग तक समाप्त हो जाती हैं। जहां अलग करने योग्य कनेक्शन की आवश्यकता होती है, अलगाव को संरक्षित करने के लिए एक छिद्रित या रिब्ड गैस्केट का उपयोग करें, और 0.20 से 0.30 मिमी की अंतराल चौड़ाई निर्दिष्ट करें। इसकी ऑक्सीजन पारगम्यता का लाभ उठाने के लिए पीटीएफई के बजाय ईपीडीएम या सिलिकॉन गास्केट (60 डिग्री ब्राइन के लिए रेटेड) का उपयोग करें। न्यूनतम क्लैंप टॉर्क लागू करें जो बबल परीक्षण द्वारा निर्धारित रिसाव को रोकेगा। दरार की गहराई को 10 मिमी या उससे कम तक सीमित करने के लिए उथले अवकाशों के साथ फ़्लैंज डिज़ाइन करें। ये डिज़ाइन विकल्प निरीक्षण की आवश्यकता से पहले दरार शुरू होने का समय 200-300 घंटे (मानक पीटीएफई गैसकेट, उच्च टोक़) से बढ़ाकर 2,000-5,000 घंटे या निरंतर संचालन के 3-6 महीने तक बढ़ाते हैं। वार्षिक हीटर निरीक्षण का शेड्यूल करें और 24/7 नमक तालाब संचालन के लिए हल्की पॉलिशिंग द्वारा किसी भी प्रारंभिक दरार के हमले को साफ करें। 5 साल की रखरखाव अवधि वाले अनुप्रयोगों के लिए, वेल्डेड जोड़ आवश्यक हैं, भले ही ज्यामिति अनुकूलित हो।