Pri uporabi vroče morske vode (60–90 stopinj, 3–4 % slanost) grelniki PFA ščitijo kovinsko jedro pred neposrednim kemičnim napadom. Vendar pa mikroskopske napake ali poti prepustnosti sčasoma omogočijo kloridnim ionom, da dosežejo jedro. Ko klorid pride v stik s kovino, postane prevladujoč mehanizem odpovedi pokanje zaradi napetostne korozije (SCC). Jedro iz titana stopnje 2 je skoraj neomejeno uporno na -SCC, ki ga povzroča klorid, medtem ko jedro iz Incoloy 825 pod natezno obremenitvijo poči v nekaj mesecih do nekaj letih. Razlika izhaja iz stabilnosti pasivnega filma: titan tvori trdno plast TiO₂, ki se samo{11}}hitro celi v prisotnosti kisika ali vode. Incoloy tvori film kromovega oksida (Cr₂O3), ki je občutljiv na napad kloridnih ionov, kar vodi do luknjičastih lukenj in kasnejšega nastanka razpok. Pri grelnikih PFA v okoljih z vročo morsko vodo ali slanico jedro iz titana podaljša življenjsko dobo za 5–10× v primerjavi z Incoloyjem.
Mehanizem razpok-na Incoloyu zaradi napetosti zaradi klorida
Incoloy 825 (Ni-Cr-Mo-Fe) se za odpornost proti koroziji opira na pasivni film kromovega oksida. V vroči morski vodi se kloridni ioni adsorbirajo na površini filma in jo lokalno poškodujejo. Izpostavljena kovina se raztopi in nastane jamica. Na konici jame kislo okolje,-bogato s klori, preprečuje ponovno-pasivacijo. Natezna napetost (zaradi toplotnega raztezanja ali preostale proizvodne napetosti) se koncentrira na jamici in sproži razpoko. Ko nastane razpoka, se transgranularno širi skozi Incoloy. Pri grelniku PFA s pretrganim plaščem ali prežetim kloridom jedro Incoloy običajno odpove v 1.000–5.000 urah pri 80 stopinjah, tudi če je PFA videti nedotaknjeno. Razpoka povzroči, da jedro izgubi električno kontinuiteto ali se ozemlji s PFA, kar povzroči okvaro grelnika.
Titan stopnje 2 (komercialno čist) tvori film TiO₂, ki je izjemno stabilen v kloridnih okoljih. Film se skoraj v trenutku spremeni, če je poškodovan, če je prisoten kisik ali voda. Morska voda vsebuje veliko raztopljenega kisika. Kloridni ioni ne poškodujejo filma TiO₂; dejansko ga stabilizirajo. Titan je odporen na klorid SCC pri temperaturah pod 120 stopinj. V vroči morski vodi titanova jedra po 50 000+ urah izpostavljenosti ne kažejo SCC, tudi če so mehansko obremenjena.
Primerjalna zmogljivost v vroči morski vodi (80 stopinj, 3,5 % NaCl, obremenitev jedra 50 MPa)
| Material kovinskega jedra | Pasivni film | Čas do luknjanja (ure) | Čas do začetka razpoke (ure) | Čas do napake (ure) | Prevladujoči način napake | Relativno življenje |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Incoloy 825 (kot-prejeto) | Cr₂O3 | 500–1,000 | 1,000–2,000 | 2,000–5,000 | Transgranularni SCC | 1.0× |
| Incoloy 825 (pasivirano) | Cr₂O3 | 1,000–2,000 | 2,000–4,000 | 4,000–8,000 | SCC | 1.5–2.0× |
| Titan stopnje 2 (žarjeno) | TiO₂ | >50.000 (brez) | >50,000 | >50,000 | Brez (možna duktilna okvara) | >10× |
| Titan Grade 7 (Pd-legiran) | TiO₂ | >50,000 | >50,000 | >50,000 | Noben | >10× |
| Nerjaveče jeklo 316L | Cr₂O3 | 200–500 | 500–1,000 | 1,000–2,000 | Pitting + SCC | 0.3–0.5× |
Terenski dokazi iz pomorskih izmenjevalnikov toplote
Obalna elektrarna je uporabljala grelnike PFA z jedri iz Incoloy 825 v izmenjevalniku toplote-hlajenem z morsko vodo (80 stopinj). Grelniki so odpovedali vsakih 12–18 mesecev zaradi pokanja jedra. Analiza po-odpovedi je pokazala prodiranje klorida skozi mikroskopske praznine PFA in kasnejši SCC Incoloya. Tovarna je zamenjala grelnike z enakimi plašči iz PFA, vendar z jedri iz titana razreda 2. Po 5 letih neprekinjenega delovanja ni prišlo do okvare. Jedra iz titana niso pokazala nobenih luknjic ali razpok. Tovarna zdaj določa jedra iz titana za vse grelnike PFA,-ki so izpostavljeni morski vodi.
Zakaj je Incoloy še vedno pogost in kdaj je sprejemljiv
Incoloy se še vedno pogosto uporablja, ker je cenejši (približno 50 % stroškov titana) in ustrezno deluje v ne-kloridnih okoljih ali pri nižjih temperaturah (<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.
Priporočila za načrtovanje za storitve klorida
| okolje | Koncentracija klorida | Temperatura | Priporočeni osnovni material | Utemeljitev |
|---|---|---|---|---|
| Sladka voda (deionizirana) | <10 ppm | katera koli | Incoloy (stro-učinkovit) | Ni tveganja za SCC |
| Somornica | 100–1000 ppm | <50°C | Incoloy | Sprejemljivo |
| Somornica | 100–1000 ppm | >60 stopinj | Titan Grade 2 | Tveganje za SCC nad 60 stopinj |
| Morska voda (odprta zanka) | 30.000–40.000 ppm | katera koli | Titan Grade 2 | Obvezno |
| slanica (uparjalnik) | >100.000 ppm | >70 stopinj | Titan stopnje 2 ali stopnje 7 | Obvezno |
| Vroča morska voda (toplotni izmenjevalnik) | 35.000 ppm | 80 stopinj | Titan Grade 2 | Proven life >5 let |
Zaključek: jedro iz titana odpravlja razpoke zaradi napetosti klorida v vroči morski vodi
Pri servisiranju z vročo morsko vodo (80 stopinj, 3,5 % NaCl) ima grelnik PFA s kovinskim jedrom iz titana razreda 2 10-krat daljšo življenjsko dobo kot jedro iz Incoloy 825, ker je titanov TiO₂ pasivni film odporen na razpoke zaradi napetostne korozije, ki jih povzroča klorid-. Incoloyev film kromovega oksida razpade na kloride, kar vodi do luknjičastih lukenj, nastanka razpok in okvare v mesecih do nekaj letih. Za kateri koli grelnik PFA, ki deluje v okoljih, bogatih s {{8}kloridi, nad 60 stopinjami, navedite jedro iz titana. Začetna premija stroškov se povrne z odpravo izpadov in stroškov zamenjave. Inženirji, ki izbirajo materiale za pomorstvo, razsoljevanje ali ogrevanje slanice, morajo dati prednost titanu. Incoloy spada v sladko vodo; titan vlada morju.
