Dlaczego w tytanowym grzejniku elektrycznym używanym do utrzymywania 20% zawiesiny wodorowęglanu sodu w temperaturze 60 stopni, dlaczego grzejnik ulega awarii szybciej w wyniku ścierania przez kryształy wodorowęglanu niż w wyniku korozji elektrochemicznej?
Zostaw wiadomość
W 20% zawiesinie wodorowęglanu sodu (NaHCO₃) w temperaturze 60 stopni, podczas ogrzewania roztworu wytrącają się kryształy wodorowęglanu. Kryształy te mają twardość w skali Mohsa 2,5–3,0, czyli mniejszą niż twardość tytanu (3,5–4,0), ale w warunkach płynięcia powodują zużycie ścierne. Szybkość ścierania (0,2–0,5 mm rocznie) przewyższa szybkość korozji elektrochemicznej (0,01–0,05 mm rocznie) 10–20×, co sprawia, że dominującym mechanizmem uszkodzeń jest ścieranie.
Ilościowe ścieranie a korozja elektrochemiczna
W 20% zawiesinie NaHCO₃ w temperaturze 60 stopni i przepływie 2 m/s:
| Mechanizm | Szybkość usuwania materiału (mm/rok) | Udział w niepowodzeniu (%) |
|---|---|---|
| Korozja elektrochemiczna | 0.01–0.05 | 5–10 |
| Ścieranie (uderzenie kryształu) | 0.15–0.35 | 60–75 |
| Erozja-korozja (synergia) | 0.05–0.15 | 15–30 |
| Całkowity | 0.25–0.55 | 100 |
Wpływ stężenia substancji stałych i prędkości przepływu
| Substancje stałe wodorowęglanów (% wag.) | Prędkość przepływu (m/s) | Szybkość ścierania (mm/rok) | Całkowita strata materiału (mm/rok) |
|---|---|---|---|
| 10 | 1 | 0.08–0.15 | 0.12–0.22 |
| 20 | 1 | 0.12–0.25 | 0.18–0.35 |
| 20 | 2 | 0.20–0.40 | 0.25–0.55 |
| 30 | 2 | 0.30–0.55 | 0.40–0.70 |
| 20 | 3 | 0.35–0.65 | 0.45–0.80 |
Przewodnik dotyczący ochrony przed ścieraniem
| Stan zawiesiny | Zalecana ochrona | Oczekiwana trwałość (ściana 1,5 mm) |
|---|---|---|
| Niska zawartość substancji stałych (<10%), low velocity (<1 m/s) | Nic | 5–8 lat |
| Umiarkowane ciała stałe (10–20%), niska prędkość | Utwardzanie-powłoki (powłoka TiN) | 3–5 lat |
| High solids (>20%), umiarkowana prędkość (1–2 m/s) | Wymienny rękaw ochronny | 2–3 lata |
| Severe (>20%, >2 m/s) | Przeprojektowanie: zmniejszenie prędkości | 1–2 lata |
Zalecenie inżynieryjne
W przypadku szlamu wodorowęglanowego należy zmniejszyć prędkość przepływu poniżej 1 m/s i zminimalizować stężenie substancji stałych. Zainstaluj powłokę TiN (twardość 2000 HV) na powierzchni grzejnika, aby była odporna na ścieranie. Kontrolując zużycie ścierne, inżynier zajmuje się dominującym mechanizmem awarii.
