Sıcak deniz suyu hizmetinde (60–90 derece, %3–4 tuzluluk), PFA ısıtıcıları metal çekirdeği doğrudan kimyasal saldırılardan korur. Bununla birlikte, mikroskobik kusurlar veya nüfuz yolları sonunda klorür iyonlarının çekirdeğe ulaşmasına izin verir. Klorür metalle temas ettiğinde stresli korozyon çatlaması (SCC) baskın hasar mekanizması haline gelir. Titanyum 2. Derece çekirdek, klorür-indüklü SCC'ye neredeyse süresiz olarak direnç gösterirken, Incoloy 825 çekirdek, çekme gerilimi altında aylar ile birkaç yıl arasında çatlar. Aradaki fark, pasif film stabilitesinden kaynaklanır: Titanyum, oksijen veya su varlığında hızla kendi kendini iyileştiren dayanıklı bir TiO₂ katmanı oluşturur. Incoloy, klorür iyonu saldırısına karşı hassas olan bir krom oksit (Cr₂O₃) filmi oluşturur, bu da çukurlaşmaya ve ardından çatlak başlangıcına yol açar. Sıcak deniz suyu veya tuzlu su ortamlarındaki PFA ısıtıcıları için titanyum çekirdek, Incoloy'a kıyasla servis ömrünü 5 ila 10 kat uzatır.
Incoloy'da Klorür-Uyarılmış Gerilim Çatlama Mekanizması
Incoloy 825 (Ni-Cr-Mo-Fe), korozyon direnci için pasif bir krom oksit filmine dayanır. Sıcak deniz suyunda, klorür iyonları filmin yüzeyine adsorbe olur ve onu yerel olarak bozar. Açıkta kalan metal çözünerek bir çukur oluşturur. Ocak ucundaki asidik, klorür-zengin ortam yeniden pasifleşmeyi önler. Çekme gerilimi (ısıl genleşmeden veya artık üretim geriliminden kaynaklanan) çukurda yoğunlaşarak bir çatlak başlatır. Bir çatlak oluştuğunda, Incoloy boyunca tanecikler arası şekilde yayılır. Kılıfı yırtılmış veya klorür geçirmiş bir PFA ısıtıcısı için Incoloy çekirdeği, PFA sağlam görünse bile genellikle 80 derecede 1.000-5.000 saat içinde arızalanır. Çatlak, çekirdeğin elektriksel sürekliliğini kaybetmesine veya PFA'ya topraklanmasına neden olarak ısıtıcı arızasını tetikler.
Titanyum Sınıf 2 (ticari olarak saf), klorür ortamlarında son derece stabil olan bir TiO₂ filmi oluşturur. Film, hasar gördüğünde, oksijen veya suyun mevcut olması koşuluyla neredeyse anında yeniden şekillenir. Deniz suyu bol miktarda çözünmüş oksijen içerir. Klorür iyonları TiO₂ filmini bozmaz; aslında onu stabilize ediyorlar. Titanyum, 120 derecenin altındaki sıcaklıklarda klorür SCC'ye karşı bağışıktır. Sıcak deniz suyunda, titanyum çekirdekler 50000+ saat maruz kaldıktan sonra, mekanik olarak strese maruz kalsalar bile hiçbir SCC göstermezler.
Sıcak Deniz Suyunda Karşılaştırmalı Performans (80 derece, %3,5 NaCl, çekirdekte 50 MPa uygulanan stres)
| Metal Çekirdek Malzemesi | Pasif Film | Çukurlaşma Süresi (saat) | Çatlak Başlatma Süresi (saat) | Arızaya Kadar Geçen Süre (saat) | Baskın Arıza Modu | Göreceli Yaşam |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Incoloy 825 (alındığı- şekliyle) | Cr₂O₃ | 500–1,000 | 1,000–2,000 | 2,000–5,000 | Transgranüler SCC | 1.0× |
| Incoloy 825 (pasifleştirilmiş) | Cr₂O₃ | 1,000–2,000 | 2,000–4,000 | 4,000–8,000 | SCC | 1.5–2.0× |
| Titanyum Sınıf 2 (tavlanmış) | TiO₂ | >50.000 (yok) | >50,000 | >50,000 | Yok (sünek kırılma mümkün) | >10× |
| Titanyum Derece 7 (Pd-alaşımlı) | TiO₂ | >50,000 | >50,000 | >50,000 | Hiçbiri | >10× |
| Paslanmaz Çelik 316L | Cr₂O₃ | 200–500 | 500–1,000 | 1,000–2,000 | Çukurlaşma + SCC | 0.3–0.5× |
Deniz Isı Eşanjörlerinden Saha Kanıtları
Kıyıdaki bir enerji santrali, deniz suyu-soğutmalı bir ısı eşanjöründe (80 derece) Incoloy 825 çekirdekli PFA ısıtıcıları kullandı. Isıtıcılar her 12-18 ayda bir çekirdek çatlaması nedeniyle arızalanıyordu. Başarısızlık sonrası analiz, mikroskobik PFA boşluklarından klorür nüfuzunu ve ardından Incoloy'un SCC'sini gösterdi. Tesis, ısıtıcıları aynı PFA kılıflarıyla ancak titanyum Derece 2 çekirdeklerle değiştirdi. 5 yıllık sürekli çalışmanın ardından herhangi bir arıza meydana gelmedi. Titanyum çekirdeklerde çukurlaşma veya çatlama görülmedi. Tesis artık deniz suyuna maruz kalan tüm PFA ısıtıcıları için titanyum çekirdekler belirliyor.
Incoloy Neden Hala Yaygındır ve Ne Zaman Kabul Edilebilir?
Incoloy daha ucuz olduğundan (titanyum maliyetinin yaklaşık %50'si) ve klorür olmayan ortamlarda veya daha düşük sıcaklıklarda yeterli performans göstermesinden dolayı yaygın olarak kullanılmaya devam etmektedir (<50°C). For freshwater or deionized water service, Incoloy cores can last 10+ years. For hot seawater, brine, or any chloride-rich environment above 60°C, Incoloy is a liability. The additional cost of titanium (typically $200–500 per heater) is recovered after one prevented failure event.
Klorür Hizmeti için Tasarım Önerileri
| Çevre | Klorür Konsantrasyonu | Sıcaklık | Önerilen Çekirdek Malzemesi | Gerekçe |
|---|---|---|---|---|
| Tatlı su (deiyonize) | <10 ppm | Herhangi | Incoloy (maliyet-etkin) | SCC riski yok |
| Acı su | 100–1.000 ppm | <50°C | İnkolo | Kabul edilebilir |
| Acı su | 100–1.000 ppm | >60 derece | Titanyum Sınıf 2 | 60 derecenin üzerinde SCC riski |
| Deniz suyu (açık döngü) | 30.000–40.000 ppm | Herhangi | Titanyum Sınıf 2 | Zorunlu |
| Salamura (buharlaştırıcı) | >100.000 ppm | >70 derece | Titanyum Sınıf 2 veya Sınıf 7 | Zorunlu |
| Sıcak deniz suyu (ısı eşanjörü) | 35.000 ppm | 80 derece | Titanyum Sınıf 2 | Proven life >5 yıl |
Sonuç: Titanyum Çekirdek Sıcak Deniz Suyundaki Klorür Stres Çatlamasını Ortadan Kaldırır
Sıcak deniz suyu servisinde (80 derece, %3,5 NaCl), titanyum Grade 2 metal çekirdekli bir PFA ısıtıcısı, Incoloy 825 çekirdekten 10 kat daha uzun ömür sergiler çünkü titanyumun TiO₂ pasif filmi, klorür- kaynaklı stresli korozyon çatlamasına karşı bağışıklıdır. Incoloy'un krom oksit filmi klorürlerde parçalanarak çukurlaşmaya, çatlak oluşumuna ve aylar ile birkaç yıl arasında bozulmaya neden olur. 60 derecenin üzerinde klorür{8}zengin ortamlarda çalışan herhangi bir PFA ısıtıcısı için titanyum çekirdeği belirtin. Başlangıçtaki maliyet primi, arıza süresinin ve değiştirme maliyetlerinin ortadan kaldırılmasıyla telafi edilir. Denizcilik, tuzdan arındırma veya tuzlu su ısıtma için malzeme seçen mühendislerin titanyuma öncelik vermesi gerekir. Incoloy tatlı suya aittir; titanyum denizi yönetir.
