Як усунути корозію застою бульбашок повітря на титанових нагрівальних трубах у герметичних ферментаційних резервуарах

# Документ: Технічна стаття №. 68 ## Назва: Методи запобігання застою повітряних бульбашок і корозії на титанових нагрівальних трубах у герметичних ферментаційних ємностях. Під час нагрівання розчинене повітря розділятиметься на дрібні бульбашки в повністю герметичних ферментаційних ємностях. Газ-рідина дво-застійна зона утворюється, коли ці краплі прилипають до зовнішньої стінки титанових нагрівальних труб протягом тривалого періоду. Суцільна рідка плівка, необхідна для само-відновлення пасивної плівки з діоксиду титану, руйнується цим унікальним мікросередовищем, яке викликає локалізовану концентровану точкову корозію. Ця корозія часто проявляється у верхній половині корпусу труби та верхній частині фланцевих нагрівальних вузлів. У цій статті представлено комплексний аналіз корозійного механізму застою бульбашок і надано комплексний набір конструкційних конструкцій і рішень для коригування роботи для фундаментального усунення небезпеки утримання бульбашок. ## 1. Механізм корозії застояних бульбашок повітря на титанових поверхнях 1. Неповний ремонт пасивної плівки є наслідком переривчастої подачі кисню. Розчинений кисень у рідкій фазі виділяється з області,-вкритої бульбашкою. Пасивна плівка TiO₂, про яку йдеться, не може поповнюватися киснем, щоб загоїти подряпини та витончені ділянки. Стінка трубки,-покрита рідиною, є -збагаченим киснем непошкодженим катодом, тоді як область-покрита бульбашкою стає активним анодом-з дефіцитом кисню, що призводить до само-гальванічної корозії тієї самої титанової трубки. Цикл за циклом корозійні тріщини продовжують розширюватися вниз. 2. Збагачення концентрації розчиненої речовини на краях бульбашок Газ-рідинна межа бульбашок є місцем постійного випаровування рідини. У результаті органічні кислоти, хлориди та цукрові речовини випадають в осад і накопичуються вздовж бульбашкового кільця, що призводить до утворення висококонцентрованої мікрозони, яка є сильно корозійною. Ця мікрозона прискорює локалізоване травлення матриці. 3. Пасивна плівка зазнає руйнувань від термічної напруги, які чергуються між сухими та вологими умовами. Періодичне чергування контакту сухого газу та занурення вологої рідини на поверхню трубки викликано розширенням і звуженням бульбашок у відповідь на коливання температури. Щільні мікротріщини утворюються внаслідок повторюваного застосування напруги розтягування та стискання до крихкої пасивної плівки, що, у свою чергу, створює канали для проникнення корозійних іонів. ## 2. Основні фактори, що сприяють застою бульбашок 1. Схема монтажу теплопроводу є невиправданою. Найважчий сценарій накопичення бульбашок передбачає горизонтальну установку довгих титанових нагрівальних трубок. Бульбашки піднімаються та накопичуються на верхній дузі трубки, що робить їх нездатними вийти. Бульбашки, які піднімаються над вузлом, також затримуються трубками, які встановлені надто близько до верхньої частини резервуару. 2. Невідповідна швидкість циркуляції середовища. Мікробульбашки, що утворюються в результаті нагрівання, не можуть бути видалені статичним або низько{35}}швидкісним потоком рідини. Ефект розтирання поверхні труби втрачається, коли швидкість потоку менше 0,6 м/с. 3. Надмірна поверхнева щільність потужності. Здатність потоку рідини транспортувати бульбашки значно перевищує високе теплове навантаження, яке миттєво створює велику кількість дрібних бульбашок пари, що призводить до накопичувального покриття бульбашками. 4. Низький-статичний режим роботи в герметична ємність. За відсутності безперервної циркуляції аерації розчинений газ не може виводитися із системи, а нові бульбашки постійно відокремлюються під час нагрівання. 5. Сліпі зони захоплення бульбашок утворюються за допомогою заглибленої арматури зварного шва та проміжків між опорами з ПТФЕ та стінками труби, які є локальними мертвими зонами. У цих областях накопичуються маленькі бульбашки, які зливаються у великі стійкі повітряні кишені. ## 3. Оптимізація структурної конструкції для запобігання утриманню бульбашок 1. Збільште нахил установки теплопроводу. Титанові нагрівальні труби повинні бути встановлені з нахилом 10 градусів -15 градусів вгору від кінця фланця до вільного кінця; горизонтальне розташування заборонено. Бульбашки піднімаються на поверхню рідини резервуара для вивантаження, ковзаючи по похилій поверхні трубки до вільного кінця. Вертикальна трубка є оптимальним вибором для малих-контейнерів, оскільки вона практично усуває накопичення бульбашок. 2. Збільште відстань між верхньою частиною резервуару та пучками трубок. Вертикальна відстань між верхньою частиною групи нагрівальних труб і мінімальним робочим рівнем рідини не повинна бути меншою за 300 мм, забезпечуючи достатній простір для виходу бульбашки вгору. 3. Контактні поверхні зварного шва та опори відполіровані до гладкості. Відшліфувати всі зварні шви до плавного переходу дуги без виступаючої арматури; оберіть опори з PTFE із широкою-дугоподібною формою поверхні, щоб запобігти увігнутим щілинам, які захоплюють бульбашки. 4. Встановіть направляючі перегородки навколо нагрівальної трубки. Щоб створити спіральний потік очищувальної рідини навколо стінки труби, встановіть відвідні пластини на верхній частині пучка труб. Це дозволить постійно видаляти прикріплені мікробульбашки. ## 4. Стандартизований контроль роботи для мінімізації утворення та утримання бульбашок 1. Регулювання розумної щільності поверхневої потужності Щоб зменшити кількість мікробульбашок,-відокремлених нагріванням, щільність потужності герметичних ферментаційних резервуарів зменшується на 20% порівняно з відкритими резервуарами, відповідно до високого-навантаження, низького теплового навантаження, проектного стандарту. 2. Підтримувати циркуляцію середовища швидкість течії не менше 1,0 м/с. Перед нагріванням увімкніть циркуляційний насос, щоб переконатися, що утворюється стійка рідина, що розтирає; важливо уникати однократного статичного нагрівання без циркуляції. 3. Безперервна легка аерація під час культивування при постійній температурі Стимулювання загального перемішування рідини, викид перенасиченого розчиненого газу з резервуару та зменшення нових опадів бульбашок на стінці труби — все це сприяє аерації слідів стисненого повітря. 4. Робота градієнтного підвищення температури Щоб запобігти поділу миттєвої маси бульбашки в результаті раптового підвищення температури, рекомендується, щоб процес нагрівання проводився зі швидкістю менше або дорівнює 3 градусам/хв під час фази запуску. 5. Послідовне скачування повітря з резервуара під час технічного обслуговування Щоб зменшити насиченість розчиненого газу в середовищі та скинути накопичений газ у верхній частині резервуара, випускний клапан резервуара слід відкривати на 10-15 хвилин кожні три дні. ## 5. Перевірка бульбашкової застійної корозії та техніка оцінки. Після завершення технічного обслуговування спорожнення резервуару використовуйте яскраве світло, щоб дослідити поверхню труби: - Типова особливість: темно-сіра точкова корозійна зона у формі кільця, розподілена на верхньому півколі горизонтальних труб відповідно до-довготривалої доріжки покриття бульбашок. - Випробування електрохімічного потенціалу: потенціал площі охоплення бульбашки на 80–120 мВ нижчий, ніж нижня площа занурення рідини тієї ж трубки, що свідчить про серйозне пошкодження пасивної плівки. - Ультразвукове вимірювання товщини: втрата товщини стінки верхньої дуги значно більша, ніж у нижній частині трубки.|Джерело небезпеки застою міхура|Цілеспрямований захід усунення|Основний ефект|| ----|----|----|| Горизонтальна схема трубки, що вловлює бульбашки|Встановіть труби з нахилом вгору 10 градусів –15 градусів або вертикальним розташуванням|Бульбашки ковзають і вириваються без тривалого прикріплення до поверхні|Низький потік рідини не може видалити мікробульбашки|Підтримуйте циркуляційний потік 1,0 м/с або вище та встановіть направляючі перегородки.|Безперервне очищення рідиною усуває новоутворені крихітні бульбашки.|Пузирчасті опади з високою густиною потужності.|Зменшити поверхневу щільність потужності на 20% для герметичних резервуарів.|Придушити миттєве великомасштабне відділення бульбашок.|Статичний герметичний бак перенасичений розчиненим газом.|Безперервна мікроаерація + регулярна витяжка бака.|Зменшіть вміст розчиненого газу, щоб зменшити утворення бульбашок.|Зварювальний/опорний зазор bubbl Двофазні газо-рідинні мікрозони з дефіцитом кисню утворюються застійними повітряними кишенями на титанових нагрівальних трубках, що призводить до самогальванічної локалізованої точкової корозії. Щоб запобігти тривалому прикріпленню бульбашок до стінки труби, фундаментальне рішення включає структурне розташування труби під нахилом, високошвидкісне циркуляційне очищення, конструкцію з низьким тепловим навантаженням і безперервну роботу аерації. Своєчасне виявлення ранніх дефектів бульбашкової корозії та запобігання витоку через стінку титанових нагрівальних труб можна досягти шляхом регулярного візуального огляду та тестування потенціалу під час технічного обслуговування.