سرعت آب در تعیین رفتار خوردگی لوله های گرمایش فولاد ضد زنگ 316 متغیری حیاتی است که اغلب دست کم گرفته می شود. در حالی که ترکیب مواد و پارامترهای شیمیایی مانند غلظت کلرید و pH مورد توجه قابل توجهی قرار می گیرند، شرایط هیدرودینامیکی به طور مستقیم بر دمای سطح، توزیع اکسیژن، تشکیل رسوب و پایداری الکتروشیمیایی تأثیر می گذارد.
در سیستمهای گرم، سرعت سیال تعیین میکند که چگونه گرما به طور موثر از سطح غلاف حذف شود. همچنین کنترل میکند که گونههای خورنده تجمع یا پراکنده شوند. هر دو سرعت آب بسیار کم و بیش از حد بالا می تواند خطرات دوام را ایجاد کند.
درک تعادل بین جریان محافظ و تلاطم مخرب برای به حداکثر رساندن عمر مفید ضروری است.
اثرات سرعت کم و رکود
هنگامی که سرعت آب خیلی کم است، چندین مکانیسم{0}موقع خوردگی ظاهر می شود.
اول، کاهش جریان، انتقال حرارت همرفتی را محدود می کند. دمای سطح غلاف افزایش می یابد زیرا حذف گرما ناکارآمد می شود. دمای بالا سینتیک خوردگی را تسریع می کند و پایداری فیلم غیرفعال را تضعیف می کند.
ثانیاً، آب راکد یا آهسته{0}}به نمکها و ناخالصیهای محلول اجازه میدهد در نزدیکی سطح جمع شوند. یون های کلرید ممکن است به طور موضعی، به ویژه در مناطق گرم که اثرات تبخیر جزئی رخ می دهد، متمرکز شوند.
سوم، سرعت کم باعث افزایش هوادهی دیفرانسیل می شود. غلظت اکسیژن ممکن است در سراسر سطح متفاوت باشد، به خصوص اگر رسوبات یا رسوب وجود داشته باشد. مناطقی که اکسیژن کمتری دارند نسبت به نواحی دارای{2}خوب اکسیژن آندی می شوند و خطر خوردگی موضعی را افزایش می دهند.
در کاربردهای گرمایش مخزن بدون هم زدن، این مکانیسمهای مربوط به رکود{0}}معمولاً مرز خوردگی را مشخص میکنند.
سرعت متوسط و اثرات حفاظتی
سرعت متوسط آب به طور کلی به مقاومت در برابر خوردگی کمک می کند.
جریان کافی باعث افزایش انتقال حرارت همرفتی، کاهش دمای سطح غلاف و حفظ شرایط حرارتی پایدارتر می شود. دمای سطح پایینتر، پایداری فیلم غیرفعال را بهبود میبخشد و حساسیت حفرهای را در محیطهای حاوی کلرید{1}} کاهش میدهد.
جریان یکنواخت همچنین توزیع یکنواخت اکسیژن را افزایش می دهد. هنگامی که سطح اکسیژن در امتداد سطح لوله گرمایش ثابت بماند، عدم تعادل الکتروشیمیایی به حداقل می رسد.
علاوه بر این، سرعت متوسط به جلوگیری از تجمع بیش از حد رسوب کمک می کند. برش جریان می تواند چسبندگی رسوب را کاهش دهد و سطوح تمیزتر را حفظ کند.
برای لوله های گرمایش فولاد ضد زنگ 316، سرعت متوسط و پایدار اغلب تعادل دوام مطلوب را فراهم می کند.
سرعت بالا و فرسایش{0}خطر خوردگی
سرعت آب بیش از حد بالا مجموعه متفاوتی از نگرانی ها را ایجاد می کند.
در سرعت های بالا، نیروهای برشی مکانیکی ممکن است لایه اکسید غیرفعال را حذف یا مختل کنند. اگرچه فیلم غیرفعال به طور طبیعی در محیط های اکسیژن دار بازسازی می شود، اختلال مکانیکی مکرر می تواند سطوح فلزی تازه را در معرض یون های تهاجمی قرار دهد.
در سیستم های حاوی جامدات معلق، سرعت بالا ممکن است منجر به فرسایش-خوردگی شود. ذرات جامد که به سطح غلاف برخورد می کنند می توانند به لایه اکسید آسیب بزنند، به خصوص در خمیدگی ها یا تغییرات جهت.
تلاطم موضعی در اطراف اتصالات یا ناپیوستگی های هندسی ممکن است مناطقی از جریان تشدید شده ایجاد کند. این مناطق متلاطم به ویژه در برابر حملات ترکیبی مکانیکی و الکتروشیمیایی حساس هستند.
در حالی که فولاد ضد زنگ 316 مقاومت مناسبی در برابر فرسایش دارد، شرایط سرعت بالا پایدار میتواند به تدریج یکپارچگی سطح را کاهش دهد.
برهمکنش با غلظت کلرید
سرعت آب با اثرات کلرید تعامل نزدیک دارد.
در سیستمهای سرعت کم، یونهای کلرید ممکن است در لایههای مرزی نزدیک سطح غلاف جمع شوند. این غلظت موضعی خطر حفره شدن را افزایش می دهد.
در جریان متوسط، غلظت کلرید به مقادیر توده نزدیک تر می شود و شیب های شیمیایی موضعی را کاهش می دهد.
با این حال، در محیطهای با سرعت بالا، حذف مکانیکی رسوبات محافظ ممکن است سطح را مستقیماً در معرض سیال غنی از کلرید قرار دهد و در صورت افزایش دما، خوردگی را تسریع کند.
بنابراین، سرعت آب چگونگی تأثیر غلظت کلرید بر دوام را تغییر میدهد تا اینکه مستقل عمل کند.
تعادل سرعت و مقیاس
رفتار پوسته پوسته شدن نیز تحت تأثیر نرخ جریان است.
سرعت کم رسوب مواد معدنی را تشویق می کند زیرا لایه های مرزی پایدار می مانند و نرخ انتشار کاهش می یابد. رسوب گیری دمای سطح را افزایش می دهد و به طور غیرمستقیم خوردگی را تسریع می کند.
نرخ جریان بالاتر با افزایش تنش برشی در سطح، ضخامت رسوب را کاهش می دهد. با این حال، تلاطم شدید ممکن است منجر به حذف رسوب ناهموار، ایجاد گرادیان های دمایی موضعی شود.
بنابراین بهینه سازی جریان برای کنترل مقیاس و پایداری خوردگی ضروری است.
ملاحظات طراحی برای کنترل جریان
طراحی موثر سیستم، سرعت آب را در سطوح مختلف محاسبه می کند:
هندسه مخزن و محل قرارگیری بخاری
ظرفیت پمپ و الگوی گردش
اجتناب از گوشه های راکد
جلوگیری از تلاطم بیش از حد در نزدیکی اتصالات
حفظ جریان ثابت در طول عملیات
توزیع یکنواخت جریان عموماً مهمتر از افزایش سرعت است.
نتیجه گیری: سرعت باید متعادل باشد، نه حداکثر
سرعت آب به طور قابل توجهی بر رفتار خوردگی در لوله های گرمایش فولاد ضد زنگ 316 با تأثیر بر انتقال حرارت، توزیع اکسیژن، گرادیان غلظت کلرید و تشکیل رسوب تأثیر می گذارد.
سرعت کم باعث رکود، گرمای بیش از حد موضعی و غلظت مواد شیمیایی می شود. سرعت بیش از حد بالا باعث ایجاد فرسایش مکانیکی و اختلال فیلم غیرفعال می شود.
شرایط جریان متوسط، پایدار، و{0}}به خوبی توزیع شده بهترین محیط را برای حفظ یکپارچگی فیلم غیرفعال و افزایش عمر مفید فراهم میکند.
در کاربردهای عملی، دوام نه با به حداکثر رساندن جریان، بلکه با بهینه سازی آن در محدوده های شیمیایی و حرارتی سیستم به دست می آید.
