कार्बन स्टील अपस्ट्रीम से जंग के कणों की उपस्थिति ब्राइन में टाइटेनियम हीटर के अंतिम कैप के गैल्वेनिक संक्षारण को क्यों तेज कर देती है?

टाइटेनियम विसर्जन हीटर आमतौर पर अपस्ट्रीम कार्बन स्टील पाइपिंग, टैंक या हीट एक्सचेंजर्स के साथ ब्राइन सिस्टम में नियोजित होते हैं। नमकीन पानी में, कार्बन स्टील प्राकृतिक संक्षारण के अधीन है, जो जंग के कण पैदा करता है, ज्यादातर लौह ऑक्साइड (Fe2O3, Fe3O4) और ऑक्सीहाइड्रॉक्साइड। इन कणों को नमकीन पानी के प्रवाह के साथ ले जाया जाता है और अंततः सिस्टम के भीतर सतहों पर जमा किया जाता है जैसे कि टाइटेनियम हीटर की अंतिम टोपी। अंत टोपी आमतौर पर हीटिंग ट्यूब के अंत में एक वेल्डेड क्लोजर होता है, जो अक्सर एक ही ग्रेड के टाइटेनियम से बना होता है लेकिन एक अलग सतह खत्म के साथ। इलेक्ट्रोलाइट (नमकीन पानी) में, टाइटेनियम पर जमा होने वाले जंग के कण एक गैल्वेनिक सेल बनाते हैं। क्लोराइड समाधानों में, जंग इलेक्ट्रोकेमिकल रूप से टाइटेनियम के लिए उत्कृष्ट है और बाकी क्षमता 200-400 एमवी अधिक सकारात्मक है। इसका परिणाम प्रत्येक जंग कण के आसपास टाइटेनियम का तेजी से स्थानीयकृत क्षरण होता है जिसके परिणामस्वरूप अंत टोपी में गड्ढा और अंततः छिद्र हो जाता है।

जंग द्वारा प्रेरित गैल्वेनिक संक्षारण का विद्युत रासायनिक तंत्र

3-5% NaCl ब्राइन में टाइटेनियम की TiO₂ परत के कारण लगभग +0.1 से +0.3 V बनाम Ag/AgCl की निष्क्रिय क्षमता होती है। जंग के कण, विशेष रूप से मैग्नेटाइट (Fe3O4), अर्धचालक होते हैं और इनमें +0.5 से +0.7 V बनाम Ag/AgCl की मिश्रित क्षमता होती है। तब सर्किट को इलेक्ट्रोलाइट द्वारा बंद कर दिया जाता है जब जंग का कण टाइटेनियम की सतह से टकराता है। जंग का कण कैथोड के रूप में कार्य करता है, जहां ऑक्सीजन की कमी होती है: O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻ कण के ठीक बगल में मौजूद टाइटेनियम एनोड के रूप में कार्य करता है और Ti⁴⁺ के रूप में घुल जाता है। एनोडिक क्षेत्र काफी सीमित है, अक्सर जंग जमा से 1-2 कण व्यास के भीतर। प्रति वर्ष 1-5 मिमी की दर से टाइटेनियम को भंग करने के लिए, एनोड पर वर्तमान घनत्व 1-5 एमए/सेमी2 तक हो सकता है। अंत टोपी विशेष रूप से अतिसंवेदनशील होती है, क्योंकि यह अक्सर एक परिवर्तनीय सतह खत्म होती है (जैसा कि वेल्डेड बनाम मसालेदार ट्यूब), और इसमें वेल्ड टो पर दरारें हो सकती हैं जहां जंग के कण एकत्र हो सकते हैं।

जंग के कणों द्वारा संक्षारण दर के त्वरण की मात्रा का निर्धारण

नियंत्रित परीक्षण सेटिंग्स के तहत 50 डिग्री पर 5% NaCl ब्राइन में ग्रेड 2 टाइटेनियम एंड कैप कूपन की संक्षारण दर निम्नलिखित जंग कण स्थितियों के लिए निर्धारित की गई है:

स्वच्छ नमकीन, कोई जंग कण नहीं: निष्क्रिय वर्तमान घनत्व 0.05–0.10 μA/cm2। संक्षारण दर 0.01 मिमी/वर्ष से कम। अंतिम ढक्कन अभी भी शानदार है और 5,000 घंटों के बाद भी ख़राब नहीं हुआ है।

जंग के कण 10 पीपीएम पर लगाए जाते हैं, लगातार बहते रहते हैं: संक्षारण दर 0.08-0.15 मिमी प्रति वर्ष। 1000 घंटों के बाद 20-50 µm की गहराई के साथ कण संपर्क स्थानों पर स्थानीयकृत गड्ढा।

जंग के कणों ने प्रवाह संक्षारण दर को 50 पीपीएम पर 0.3-0.6 मिमी/वर्ष तक बढ़ा दिया। 1000 घंटे के बाद गड्ढे की गहराई 100-200 µm। अंतिम टोपी में कण जमाव के आसपास स्पष्ट रूप से मलिनकिरण होता है।

200 पीपीएम पर जंग के कण जोड़े गए, प्रवाह: संक्षारण दर 1.0-2.0 मिमी/वर्ष 1000 घंटे के बाद गड्ढे की गहराई 300-600 µm की सीमा में है। 500 से 1,000 घंटे तक 1.0 मिमी दीवार का अंतिम कैप छिद्रण।

क्षैतिज अंत टोपी पर जंग के कणों का जमना (स्थिर जमाव) स्थानीय संक्षारण दर > 5 मिमी/वर्ष। 3-6 महीनों में 1.2 मिमी मानक अंत टोपी का पूर्ण छिद्रण। गहरी गड्ढ़े वेल्ड गर्मी प्रभावित क्षेत्र में प्रवेश करती है।

जंग के कणों के संपर्क में आने के लिए अंतिम कैप पर सुरक्षा रणनीति

निम्न तालिका अपस्ट्रीम कार्बन स्टील जंग और नमकीन प्रवाह की स्थितियों के तहत टाइटेनियम हीटर एंड कैप की सुरक्षा के लिए एक निर्णय वृक्ष देती है।

अपस्ट्रीम कार्बन स्टील कंडीशन और ब्राइन फ्लो अनुशंसित एंड कैप सुरक्षा रणनीति चित्र 2. मुख्य तर्क और गैल्वेनिक संक्षारण शमन
New carbon steel with less corrosion and high flow (>1 मीटर/सेकेंड) मानक, चिकनी वेल्ड फिनिश, ग्रेड 2 एंड कैपफ्लो कणों के जमाव को रोकता है। 3 से 5 वर्ष की सेवा जीवन के लिए स्वीकार्य जोखिम
मामूली जंग के साथ वृद्ध कार्बन स्टील (50-100 पीपीएम), पीटीएफई कोटिंग के साथ आंतरायिक प्रवाह अंत टोपी (0.5 मिमी मोटी) कोटिंग विद्युत रूप से टाइटेनियम को जंग के कणों से बचाती है। हर 2 साल में कोटिंग.
Heavy corrosion upstream (>200 पीपीएम), कम प्रवाह/स्थिर क्षेत्रस्वयं सफाई ढलान के साथ एंड कैप डिजाइन (न्यूनतम 45 डिग्री)। स्लोप्ड एंड कैप कण निर्माण को रोकता है-ऊपर। क्षैतिज कुछ भी नहीं. जंग के कणों को पकड़ने के लिए अपस्ट्रीम स्ट्रेनर स्थापित करें।
एंड कैप के साथ मौजूदा हीटर जंग जमा दिखा रहा है, तुरंत 5% साइट्रिक एसिड से साफ करें और सैक्रिफिशियल जिंक एनोड स्थापित करें। एंड कैप पर लगाया गया जिंक एनोड (10 ग्राम) गैल्वेनिक जोड़ी को उलट देता है। वार्षिक एनोड प्रतिस्थापन।
महत्वपूर्ण सेवा जहां हीटर की विफलता बर्दाश्त नहीं की जा सकती, इलेक्ट्रोपॉलिश फिनिश के साथ ग्रेड 7 टाइटेनियम एंड कैप। पैलेडियम को शामिल करने से टाइटेनियम की क्षमता में सुधार होता है और गैल्वेनिक जंग के लिए प्रेरक शक्ति कम हो जाती है। अधिकतम निर्भरता.
इंजीनियरिंग बियॉन्ड एंड कैप प्रोटेक्शन

द्वितीयक रक्षा अंत टोपी की दीवार की मोटाई है बड़ी अंत टोपी (2.0 मिमी बनाम 1.2 मिमी) छिद्रण के समय को बढ़ाती है लेकिन संक्षारण दर को कम नहीं करती है। अंत टोपी ज्यामिति अधिक महत्वपूर्ण है, गुंबददार या शंक्वाकार अंत टोपी कणों को बहा देती है, सपाट अंत टोपी जमा एकत्र करती है। ट्यूब और एंड कैप के बीच का वेल्ड चिकना और दरारों से मुक्त होना चाहिए जहां कण फंस सकते हैं। 50 µm से बड़े जंग के कणों को हटाने के लिए अपस्ट्रीम को फ़िल्टर करने से एंड कैप जीवन को 5 से 10 गुना तक बढ़ाया जा सकता है। मैग्नेटाइट फेरिमैग्नेटिक है। इसलिए हीटर के अपस्ट्रीम की ब्राइन लाइन में एक चुंबकीय जाल चुनिंदा रूप से मैग्नेटाइट कणों को निकालेगा।

एक सूचित विशिष्टता बनाना

कार्बन स्टील घटकों के डाउनस्ट्रीम में ब्राइन सेवा के लिए टाइटेनियम हीटर डिजाइन करते समय, अपस्ट्रीम कण निस्पंदन (50 µm नाममात्र) या एक चुंबकीय विभाजक की आवश्यकता शामिल करें। सपाट सिरे वाली टोपी के बजाय गुंबददार या शंक्वाकार सिरे वाली टोपी चुनें। मौजूदा इंस्टॉलेशन: बोरस्कोप का उपयोग करके त्रैमासिक रूप से एंड कैप की जांच करें। यदि जंग के रंग का जमाव मौजूद है, तो कमजोर एसिड (5% साइट्रिक या 10% एसिटिक एसिड) से तुरंत साफ करें, और एक अल्ट्रासोनिक मोटाई गेज के साथ गड्ढे की गहराई की जांच करें। गंभीर जंग लगने की स्थिति में नए इंस्टॉलेशन के लिए, एंड कैप सहित पूरे हीटर के लिए ग्रेड 7 टाइटेनियम निर्दिष्ट करें और एक टाइटेनियम तार के साथ एंड कैप से जुड़ा एक बलि जिंक एनोड जोड़ें। जिंक एनोड टाइटेनियम को अधिक नकारात्मक क्षमता तक ध्रुवीकृत करता है और जंग के कणों के साथ गैल्वेनिक ड्राइविंग बल को समाप्त करता है। सिस्टम स्तर पर जंग कण संदूषण की समस्या को हल करके, इंजीनियर तेजी से, अत्यधिक स्थानीयकृत जंग से बचता है जो अक्सर अन्यथा जंग प्रतिरोधी टाइटेनियम हीटरों में समय से पहले अंत कैप विफलता का कारण बनता है।