Jak wyeliminować korozję stagnacyjną pęcherzyków powietrza na tytanowych rurach grzewczych w szczelnych zbiornikach fermentacyjnych

# Dokument: Artykuł techniczny nr. 68 ## Tytuł: Metody zapobiegania stagnacji pęcherzyków powietrza i korozji tytanowych rur grzewczych w szczelnych naczyniach fermentacyjnych Po podgrzaniu rozpuszczone powietrze rozdzieli się na drobne pęcherzyki w całkowicie uszczelnionych pojemnikach fermentacyjnych. Dwufazowa-strefa stagnacji gazu,-cieczy, tworzy się, gdy kropelki te przylegają do zewnętrznej ściany tytanowych rur grzewczych przez dłuższy czas. Ciągły film cieczy niezbędny do-samonaprawy pasywnej warstwy dwutlenku tytanu jest niszczony przez to wyjątkowe mikrośrodowisko, które wywołuje miejscową, skoncentrowaną korozję wżerową. Korozja ta często objawia się w górnej połowie korpusu rury i górnej części kołnierzowych zespołów grzejnych. Artykuł ten zawiera kompleksową analizę mechanizmu korozji spowodowanej stagnacją pęcherzyków oraz kompleksowy zestaw rozwiązań w zakresie projektowania konstrukcji i regulacji działania, które zasadniczo eliminują zagrożenia związane z zatrzymywaniem pęcherzyków. ## 1. Mechanizm korozji w przypadku zastoju pęcherzyków powietrza na powierzchniach tytanu 1. Niekompletna naprawa warstwy pasywnej jest konsekwencją przerywanego dostarczania tlenu. Tlen rozpuszczony w fazie ciekłej jest izolowany od obszaru-pokrytego bąbelkiem. Warstwa pasywna TiO₂, o której mowa, nie może być uzupełniana tlenem w celu leczenia zadrapań i przerzedzeń. Ściana rurki-pokryta cieczą jest nienaruszoną-katodą bogatą w tlen, podczas gdy obszar-pokryty pęcherzykiem staje się aktywną anodą-z niedoborem tlenu, co powoduje samo-korozję galwaniczną tej samej rurki tytanowej. Cykl po cyklu, szczeliny korozyjne nadal rozszerzają się w dół.. 2. Wzbogacanie stężenia substancji rozpuszczonej na obrzeżach pęcherzyków. Granica gazu-cieczy pęcherzyków jest miejscem ciągłego parowania cieczy. W rezultacie kwasy organiczne, chlorki i substancje cukrowe wytrącają się i gromadzą wzdłuż pierścienia pęcherzykowego, tworząc wysoce stężony mikrostrefę, która jest silnie korozyjna. Ta mikrostrefa przyspiesza miejscowe trawienie matrycy.. 3. Warstwa pasywna ulega pęknięciom na skutek naprężeń termicznych, które występują naprzemiennie w warunkach suchych i mokrych. Okresowa zmiana kontaktu suchego gazu i zanurzenia wilgotnej cieczy na powierzchni rury jest spowodowana rozszerzaniem się i kurczeniem pęcherzyków w odpowiedzi na wahania temperatury. Gęste mikropęknięcia powstają w wyniku powtarzalnego przykładania naprężeń rozciągających i ściskających do kruchej folii pasywnej, co z kolei tworzy kanały do ​​penetracji korozyjnych jonów. ## 2. Główne czynniki przyczyniające się do zastoju pęcherzyków powietrza 1. Układ instalacji przewodów grzewczych jest nieuzasadniony. Najpoważniejszy scenariusz gromadzenia się pęcherzyków powietrza obejmuje poziomy montaż długich tytanowych rur grzewczych. Pęcherzyki unoszą się i gromadzą w górnym łuku rurki, uniemożliwiając im ucieczkę. Pęcherzyki wznoszące się nad zespołem są również wychwytywane przez rurki zainstalowane zbyt blisko górnej części zbiornika.. 2. Nieodpowiednia prędkość przepływu medium w obiegu. Mikropęcherzyków powstałych w wyniku ogrzewania nie można usunąć za pomocą statycznego lub-przepływu cieczy o niskiej prędkości. Efekt szorowania na powierzchni rury zanika, gdy prędkość przepływu jest mniejsza niż 0,6 m/s.. 3. Gęstość mocy powierzchniowej jest nadmierna. Zdolność przepływu cieczy do transportu pęcherzyków jest znacznie przekraczana przez duże obciążenie cieplne, które natychmiast wytwarza dużą liczbę małych pęcherzyków pary, co skutkuje kumulacją pokrycia pęcherzyków.. 4. Praca statyczna pod niskim-ciśnieniem w zamkniętym naczyniu. W przypadku braku ciągłego obiegu napowietrzania, rozpuszczony gaz nie może zostać usunięty z w systemie, a podczas ogrzewania w sposób ciągły oddzielane są nowe pęcherzyki.. 5. Niewidoczne obszary wychwytywania pęcherzyków powstają w wyniku zagłębionych wzmocnień spoiny i szczelin między wspornikami z PTFE a ściankami rur, które stanowią lokalne martwe strefy. W tych obszarach gromadzą się małe pęcherzyki, które łączą się w duże, trwałe kieszenie powietrzne. ## 3. Optymalizacja projektu konstrukcyjnego w celu zapobiegania zatrzymywaniu się pęcherzyków powietrza 1. Zwiększ nachylenie instalacji przewodu grzewczego. Tytanowe rury grzejne należy instalować pod kątem 10–15 stopni w górę od końca kołnierza do wolnego końca; układ poziomy jest zabroniony. Pęcherzyki wznoszą się na powierzchnię cieczy w zbiorniku w celu usunięcia, przesuwając się wzdłuż nachylonej powierzchni rury do wolnego końca. Pionowy układ rurek to optymalny wybór w przypadku-pojemników o małej objętości, ponieważ praktycznie eliminuje gromadzenie się pęcherzyków powietrza.. 2. Zwiększ odległość między górną częścią zbiornika a wiązkami rurek. Odległość w pionie pomiędzy górną częścią grupy rur grzewczych a minimalnym poziomem cieczy roboczej nie może być mniejsza niż 300 mm, zapewniając wystarczającą przestrzeń dla ucieczki pęcherzyków w górę.. 3. Powierzchnie styku spoiny i wspornika są wypolerowane do gładkiego wykończenia. Przeszlifuj wszystkie szwy spawalnicze, aby uzyskać gładkie przejście łuku bez wystających wzmocnień; wybierz wsporniki z PTFE o szerokiej-łukowej powierzchni, aby zapobiec wklęsłym szczelinom, w których gromadzą się pęcherzyki. 4. Zainstaluj przegrody kierujące przepływem wokół rurki grzewczej. Aby wytworzyć spiralny przepływ cieczy szorującej wokół ścianki rury, należy zainstalować płyty odchylające po górnej stronie wiązki rur. Spowoduje to ciągłe usuwanie przyczepionych mikropęcherzyków. ## 4. Standaryzowana kontrola działania w celu zminimalizowania wytwarzania i zatrzymywania pęcherzyków 1. Reguluj rozsądną powierzchniową gęstość mocy Aby zmniejszyć ilość podgrzewanych-oddzielonych mikropęcherzyków, gęstość mocy w zamkniętych zbiornikach fermentacyjnych jest zmniejszona o 20% w porównaniu ze zbiornikami otwartymi, zgodnie z normą projektową przy wysokim-obciążeniu i niskim obciążeniu cieplnym. 2. Utrzymuj prędkość przepływu medium w obiegu co najmniej 1,0 m/s. Przed podgrzaniem należy włączyć pompę obiegową, aby zapewnić powstanie stabilnego płynu szorującego; ważne jest, aby unikać pojedynczego statycznego ogrzewania bez cyrkulacji. 3. Ciągłe lekkie napowietrzanie podczas uprawy w stałej temperaturze. Śladowe napowietrzanie sprężonym powietrzem ułatwia całkowite wymieszanie cieczy, odprowadzanie przesyconego, rozpuszczonego gazu ze zbiornika i redukcję nowych pęcherzyków na ściankach rury.. 4. Działanie gradientowego wzrostu temperatury. Aby zapobiec oddzielaniu się chwilowych pęcherzyków masy w wyniku nagłego wzrostu temperatury, zaleca się, aby proces ogrzewania był prowadzony z szybkością mniejszą niż lub równy 3 stopnie/min w fazie rozruchu. 5. Stałe opróżnianie zbiornika podczas konserwacji Aby zmniejszyć nasycenie rozpuszczonym gazem w medium i usunąć nagromadzony gaz w górnej części zbiornika, zawór wydechowy zbiornika powinien być otwierany na 10-15 minut co trzy dni. ## 5. Technika kontroli i oceny korozji spowodowanej stagnacją pęcherzykową. Po zakończeniu konserwacji opróżniania zbiornika użyj jasnego światła, aby zbadać powierzchnię rury: - Typowa cecha: ciemnoszara strefa korozji wżerowej w kształcie pierścienia, rozmieszczona na górnym półokręgu poziomych rur, zgodnie z długoterminowym-torem pokrycia pęcherzyków. - Test potencjału elektrochemicznego: potencjał obszaru pokrycia pęcherzyków jest o 80–120 mV niższy niż dolna ciecz obszar zanurzenia tej samej rurki, co sugeruje poważne uszkodzenie folii pasywnej.. - Ultradźwiękowy pomiar grubości: Ubytek grubości ścianki górnego łuku jest znacznie większy niż ubytek dolnej części rurki.|Źródło zagrożenia stagnacji bąbelków|Ukierunkowany środek eliminacji|Efekt rdzenia|| ----|----|----|| Poziomy układ rurek zatrzymujących bąbelki|Zamontuj rury o nachyleniu w górę od 10 do 15 stopni lub w układzie pionowym|Pęcherzyki ślizgają się i ulatniają bez długotrwałego przylegania do powierzchni|Niski przepływ cieczy nie jest w stanie usunąć mikropęcherzyków|Utrzymuj przepływ cyrkulacyjny na poziomie 1,0 m/s lub wyższym i zainstaluj przegrody kierujące przepływem.|Ciągłe szorowanie cieczą eliminuje nowo powstałe drobne pęcherzyki.|Wytrącanie pęcherzyków masowych o dużej gęstości mocy.|Zmniejsz gęstość mocy powierzchniowej o 20% w przypadku szczelnych zbiorników.|Powstrzymaj natychmiastową separację pęcherzyków na dużą skalę.|Statyczny, szczelny zbiornik przesyconego rozpuszczonego gazu.|Ciągłe mikronapowietrzanie + regularne odsysanie ze zbiornika.|Zmniejsz zawartość rozpuszczonego gazu, aby ograniczyć powstawanie pęcherzyków.|Pęcherzyki szczeliny spoiny/podpory Dwufazowe mikrostrefy gazowo-cieczowe z niedoborem tlenu powstają w wyniku stagnacji kieszeni powietrza na tytanowych rurach grzejnych, co powoduje miejscową korozję wżerową samogalwaniczną. Aby zapobiec długotrwałemu przyleganiu pęcherzyków do ścianki rury, podstawowe rozwiązanie obejmuje nachylony układ konstrukcyjny rury, czyszczenie cyrkulacyjne z dużą prędkością, konstrukcję o niskim obciążeniu cieplnym i ciągłą pracę napowietrzania. Szybkie wykrywanie wczesnych defektów korozji pęcherzykowej i zapobieganie awariom wycieków przez ścianki tytanowych rur grzejnych można osiągnąć poprzez regularne kontrole wizualne i testy potencjału podczas konserwacji.