Бързо{0}}движещата се морска вода, особено когато носи висящ пясък или фрагменти от черупки, се държи като течен пясъкоструен апарат в топлообменна тръба. Два материала, които обикновено се избират за обслужване на морска вода-70-30 мед-никел и PTFE реагират много различно на това механично наказание. Предизвикателството не е просто устойчивостта на корозия. Истинската битка е срещу ерозията, причинена от удара на частици с висока скорост.
В сравнението на70-30 купроникел срещу PTFE ерозия корозия морска вода, резултатът може да изглежда неинтуитивен. PTFE е химически устойчив на морска вода, докато медните сплави остават електрохимично активни метали. И все пак при абразивни условия на високо-скоростен поток по-твърдата метална сплав може понякога да издържи по-дълго от по-мекия полимер, тъй като ерозията се превръща в доминиращия механизъм на повреда.
Разбиране на ерозията-корозия в системи за морска вода
Ерозия-корозията е комбиниран механичен и електрохимичен процес.
Ролята на скоростта на флуида
С увеличаване на скоростта на морската вода:
Турбуленцията се засилва
Тънки гранични слоеве
Енергията на удара на частиците се повишава
Износването на повърхността се ускорява
Когато има суспендирани твърди частици, флуидният поток физически премахва материала от стената на тръбата.
Пясъкът като абразивен агент
Фините пясъчни частици могат да произведат:
Повърхностно издълбаване
Събличане на филм
Микро{0}}рязане
Умора от многократен удар
Тежестта зависи от:
Концентрация на частици
Размер на частиците
Твърдост на частиците
Форма на частиците
Скорост на потока
Острите кварцови частици са особено агресивни поради своята твърдост и ъглова геометрия.
Как 70-30 Cupronickel се предпазва
70-30 медно-никелова сплав съдържа приблизително:
70% мед
30% никел
Тази сплав отдавна се използва в морски топлообменници, тъй като образува издръжлив защитен оксиден филм.
Самовъзстановяващият се{0}}оксиден филм
Когато е изложена на морска вода, сплавта развива:
Плътно прилепнал слой от меден оксид
Този оксиден филм действа като защитна бариера срещу по-нататъшна атака.
Металът носи самовъзстановяваща се керамична обвивка; единствената защита на полимера е неговата хлъзгавост.
Устойчивост при висока скорост на потока
В чиста морска вода оксидният филм може да остане стабилен при скорости приблизително:
3 до 4 m/s
В този диапазон:
Премахването на филм остава ограничено
Повърхностната атака остава контролирана
Защитният слой се променя непрекъснато
Ако оксидният филм се повреди леко от абразия, откритият метал бързо се реоксидира и възстановява защитата.
Механична якост на сплавта
Подложката от мед-никел също допринася за механична устойчивост.
Сплавта остава:
пластичен
Твърд
Устойчив на напукване
Способен да абсорбира енергията на удара
Тази механична здравина помага за предотвратяване на катастрофални повреди на повърхността дори при условия на турбулентен поток.
Как PTFE реагира на абразивната морска вода
PTFE се държи фундаментално различно, защото не е метал и не разчита на електрохимична защита.
Пълна химическа инертност
PTFE остава:
Устойчив на корозия от морска вода
Не се влияе от хлоридна атака
Устойчив на биообрастващи химикали
Стабилен в солени среди
Няма оксиден филм, който да се разруши, защото не възниква процес на корозия.
Чисто механично износване
За PTFE механизмът на повреда става почти изцяло механичен.
Полимерната повърхност може да пострада:
Абразия
Измиване на повърхността
Ерозия на частици
Прогресивна материална загуба
PTFE има твърдост, приблизително сравнима с човешки нокът, което го прави уязвим на повтарящ се удар с пясък при висока скорост на потока.
Граници на скоростта за PTFE
Тъй като PTFE няма твърдостта на металните сплави, неговата безопасна работна скорост при абразивно обслужване е много по-ниска.
Чиста вода срещу пясък-Натоварен поток
В чиста морска вода PTFE може да понася ефективно условия на умерен поток.
Въпреки това, при обслужване с пясъчна тор:
Практическите граници на скоростта могат да паднат до приблизително 1-2 m/s
Извън този диапазон:
Степента на износване може да се ускори бързо
Може да възникне изтъняване на повърхността
Дългосрочната -структурна цялост намалява
Допустимата граница зависи силно от концентрацията и агресивността на суспендираните твърди вещества.
Значение на характеристиките на частиците
PTFE ерозията става много по-тежка, когато частиците са:
По-скоро ъглова, отколкото заоблена
По-скоро големи, отколкото фини
По-скоро твърд, отколкото мек
Ниската концентрация на гладка утайка може да причини относително малко увреждане, докато острите частици силициев диоксид могат да разядат полимера много по-агресивно.
Защо 70-30 Cupronickel понякога издържа повече от PTFE
В среди с чисто химическа корозия PTFE обикновено е по-добър.
При абразивни условия на морска вода обаче сравнението се променя.
Твърдост срещу инертност
70-30 Cu-Ni се възползва от:
По-висока повърхностна твърдост
Самовъзстановяваща се защита от оксиди-
По-голяма устойчивост на срязване на частици
PTFE предлага:
Пълен химически имунитет
Поведение на повърхността с ниско триене
Без електрохимично разграждане
Но мекотата си остава основната слабост в ерозивното обслужване.
Триенето като единствената защита на PTFE
Ниският коефициент на триене на PTFE осигурява известна полза.
Хлъзгавата повърхност може:
Намалете адхезията на частиците
По-ниско триене при плъзгане
Минимизирайте част от преноса на енергия от удара
Въпреки това, това предимство може да не компенсира напълно по-ниската твърдост на материала при силен абразивен поток.
Типични приложения за всеки материал
Най-добрият избор на материал зависи от това дали корозията или ерозията доминират в приложението.
Където 70-30 Cupronickel Excels
Cupronickel остава високо ефективен при:
Морски кондензатори
Военноморски охладителни системи
Тръбопровод за-морска вода с голям поток
Устойчив{0}}на обменник на пясък
особено когато скоростта на потока е висока, но химията остава сравнително конвенционална.
Където PTFE превъзхожда
PTFE се представя изключително добре в:
Силно корозивни химически смеси от морска вода
Системи за хлориране
Кисели морски потоци
Системи за третиране с биообрастване
при условие че суспендираните абразивни твърди вещества остават ограничени.
Влиянието на дизайна на системата
Ефективността на материала също зависи силно от геометрията на топлообменника и хидравличната конструкция.
Управление на потока
Намаляването на ерозията може да включва:
Намаляване на скоростта на потока
Използване на по-гладки лакти
Премахване на резки промени в посоката
Монтаж на пясъчни сепаратори
Хибридни дизайнерски подходи
Някои системи комбинират материали стратегически:
PTFE в химически агресивни зони
Cu-Ni в области с висок-теч на абразив
Това позволява силните страни на всеки материал да се използват селективно.
Заключение
Сравнението между 70-30 Cupronickel и PTFE във високо-скоростна морска вода разкрива класически инженерен компромис-между химическа инертност и механична издръжливост. Въпреки че PTFE остава напълно имунизиран срещу корозия от морска вода, относително меката му повърхност може да претърпи значителна ерозия, когато е изложена на бързо-движещ се, натоварен с пясък поток. При тези условия практическите граници на скоростта могат да паднат до приблизително 1-2 m/s.
За разлика от това, 70-30 мед-никел се защитава с издръжлив, самовъзстановяващ се филм от меден оксид, който може да издържи скорости на морската вода от 3-4 m/s при чиста работа и да продължи да се възстановява от умерено абразивно увреждане. В комбинация със здравината и механичната устойчивост на сплавта, този защитен филм може да осигури по-дълъг експлоатационен живот в силно ерозивни морски среди.
За работа с тежка пясъчна морска вода, по-твърдата метална сплав може следователно да надмине химически превъзходния полимер по отношение на общата издръжливост. Изборът на материали в морските топлинни системи в крайна сметка се превръща в състезание между две различни форми на здравина: способността на метала да поправя и да устои на физически щети и способността на полимера да игнорира изцяло химията.
