Яка стійкість до ерозії-корозії 70-30 мельхіору порівняно з PTFE у морській воді з високою швидкістю?

Переміщення солоної води, особливо коли вона несе зважений пісок або фрагменти мушлі, функціонує як рідкий піскоструминний апарат усередині труби теплообмінника. Два матеріали, які зазвичай використовуються в морській воді: --70-30 мідно-нікельовий і PTFE — по-різному реагують на це механічне пошкодження. Проблема полягає не тільки в стійкості до корозії. Справжня боротьба ведеться проти деградації через високошвидкісні удари частинок.

Результат може здатися суперечливим у порівнянні 70-30 мельхіору та PTFE, ерозії, корозії, морської води. Оскільки PTFE хімічно інертний до морської води, тоді як мідні сплави залишаються електрохімічно активними металами. Але в умовах високошвидкісного потоку абразиву міцніший металевий сплав іноді може перевищити термін служби м’якшого полімеру, коли ерозія стає домінуючим способом руйнування.

Ерозія системи морської води-Корозія
Ерозія-корозія – це комбіноване механічне та електрохімічне явище.

Вплив швидкості рідини
Зі збільшенням швидкості морської води,

Турбулентність посилюється

Тонкі прикордонні шари

Збільшення енергії удару частинок

прискорюється знос поверхні

При зважених твердих речовинах матеріал фізично видаляється зі стінки труби потоком рідини.

Пісок як абразив
Частинки дрібного піску можуть викликати:

Поверхневе довбання

Смужка плівки

Мікрорізання

Повторна втома від удару

Серйозність залежить від:

Концентрація частинок

Розміри частинок

Твердість частинок

Форма частки

Швидкість потоку

Частинки кварцу дуже ворожі через їх гостроту, твердість і кутову геометрію.

Як захищає себе мельхіор 70-30
70-30 мідно-нікелевий сплав становить приблизно:

70% мідь

30% нікелю

Довгий час цей сплав використовується для морських теплообмінників через утворення захисного оксидного покриття.

Само{0}}окисний шар, що самовідновлюється
Сплав розвивається під впливом морської води:

Міцне покриття з оксиду міді

Це оксидне покриття утворює захисний шар від подальшого пошкодження.

Метал покритий само{0}}керамічною оболонкою. Єдиним захистом полімеру є його слизькість.

Опір при високій швидкості потоку
У чистій морській воді оксидна плівка може бути стабільною при швидкостях порядку:

3-4 м/сек

У цьому діапазоні:

Видалення плівки все ще обмежено

Атака з поверхні все ще під контролем

Захисний шар завжди реформується

Якщо оксидна плівка трохи порушується внаслідок стирання, відкритий метал швидко окислюється та відновлює захист.

Міцність сплаву (механічна)
Мідно-нікелева основа також забезпечує механічну стійкість.

Сплав є

гнучкість

важко

Стійкість до розтріскування

Здатність до поглинання енергії удару

Ця механічна міцність допомагає запобігти катастрофічному пошкодженню поверхні навіть в умовах турбулентного потоку.

Реакція PTFE на абразивну морську воду
Різниця з PTFE полягає в тому, що він не є металом і не покладається на електрохімічний захист.

Повна хімічна інертність PTFE:

Корозійна стійкість до морської води

Не схильний до впливу хлориду

Стійкий до хімічного біологічного обростання

Стійкий у солоній воді.

Відсутній процес корозії, а тому оксидна плівка не руйнується.

Чисте механічне натирання
Для PTFE процес руйнування практично виключно механічний.

Полімерна поверхня може бути піддана:

подряпини

Ерозія поверхні

Ерозія частинок

Прогресуюча втрата матеріалу

PTFE твердий приблизно як людський ніготь, тому при високій швидкості потоку його можна пошкодити повторними ударами піском.

Обмеження швидкості PTFE
ПТФЕ не має такої твердості, як металеві сплави, і його безпечна робоча швидкість при абразивних роботах значно менша.

Потік чистої води проти потоку, наповненого піском
PTFE добре працює в чистій морській воді з умовами помірного течії.

Однак для обслуговування піщаного шламу:

Практичні обмеження швидкості можуть знизитися приблизно до 1-2 м/с

За межами цього діапазону:

Швидкість зносу може швидко зростати

Поверхня може бути стоншена.

Довгострокове-погіршення структурної цілісності

Допустима межа дуже залежить від концентрації та агресивності зважених твердих речовин.

Значення характеристик частинок
Ерозія PTFE набагато більша, якщо частинки:

Круглі не кутасті

Великий, не гарний

Жорсткий не м'який

Хоча гладкий мул у низьких концентраціях може завдати незначної шкоди, гострі частинки кремнезему можуть розчинити полімер набагато сильніше.

Чому мельхіор 70-30 іноді виявляється міцнішим, ніж PTFE
Якщо говорити про чисті хімічні корозійні середовища, то PTFE зазвичай є кращим.

Однак у випадку абразивних умов морської води порівняння відрізняється.

Інертність і твердість
70-30 Cu-Ni переваги

Підвищена твердість поверхні

Самовідновлення-захисту оксиду

Краща стійкість до різання часток

PTFE забезпечує:

Повний хімічний імунітет

Поведінка поверхонь із низьким коефіцієнтом тертя

Відсутність електро-хімічної деградації

Але його основний недолік в ерозійній службі - м'якість.

Захист підошви PTFE - це тертя
Перевага полягає в тому, що PTFE має низький коефіцієнт тертя.

Слизька поверхня може:

Зменшити адгезію частинок

Зменшене тертя ковзання

Розсіювати деяку передачу енергії удару

Однак цієї переваги може бути недостатньо для компенсації зниженої твердості матеріалу під сильним абразивним потоком.

Типове застосування кожного матеріалу
Оптимальний вибір матеріалу залежить від того, корозія чи ерозія є головним фактором застосування.

Де сяє мельхіор 70-30
Мельхіор продовжує дуже добре працювати в:

конденсатори для морського використання

Холодильне обладнання, морське

Трубопровід для морської води з високим потоком

Обслуговування обмінника стійкого до піску

особливо коли швидкість потоку велика, але хімічний склад дещо типовий.

Де сяє PTFE
PTFE є видатним у таких сферах:

Суміші висококорозійної хімії морської води

Системи хлорування

Підкислення морських вод

Системи контролю біообростання

за умови, що зважені абразивні тверді речовини обмежені.

Вплив проектування системи
Ефективність матеріалу також сильно залежить від форми теплообмінника та конструкції гідравліки.

Контроль потоку
Зменшення ерозії може включати:

Зменшення швидкості потоку

З більш гладкими ліктями

Усунення різких змін напрямку

Установка піскосепаратора

Стратегії гібридного дизайну
Деякі системи змішують матеріали навмисно:

PTFE в хімічно агресивних середовищах

Cu-Ni у зонах високого потоку абразивів

Таким чином можна вибірково використовувати переваги кожної речовини.

Резюме
Оцінка 70-30 мельхіору порівняно з PTFE у високошвидкісній морській воді є класичним інженерним компромісом між хімічною інертністю та механічною довговічністю. ПТФЕ повністю стійкий до корозії морською водою, хоча його відносно м’яка поверхня може сильно пошкодитися під дією швидко-потоку, насиченого піском. На практиці за таких умов швидкості обмежуються, можливо, 1-2 м с-1.

Навпаки, мідь-нікель 70-30 захищає себе міцним покриттям із оксиду міді, що самовідновлюється, яке може витримувати швидкість солоної води 3–4 м/с у чистому режимі та продовжувати відновлюватися після помірного абразивного пошкодження. Це захисне покриття разом із міцністю та механічною пружністю сплаву може забезпечити довший термін служби в надзвичайно ерозійних морських умовах.

Таким чином, в умовах сильного використання піщаної морської води складніший металевий сплав може бути в цілому більш міцним, ніж хімічно кращий полімер. Зрештою, вибір матеріалу для морських теплових систем — це боротьба між двома різними силами: здатністю металу самовідновлюватися та витримувати фізичні удари та здатністю полімеру просто ігнорувати хімію.