В нагревательных реакционных котлах, открытых циркуляционных нагревательных резервуарах и теплообменном оборудовании для сточных вод частичные секции нагревательных трубок из нержавеющей стали 316 расположены на границе раздела колебаний уровня жидкости. Эти области неоднократно чередуются между погружением в коррозионную жидкость и воздействием влажного воздуха. На влажной стадии поверхность трубки покрывается раствором электролита, содержащим ионы хлорида, сульфаты и растворенный кислород; на сухой стадии вода быстро испаряется, что приводит к постоянной концентрации агрессивных ионов солей на поверхности металла. Эта переменная влажная-сухая среда разрушает стабильность пассивной пленки, богатой хромом-, легко вызывая концентрированную точечную коррозию, щелевую коррозию и даже коррозионное растрескивание под напряжением. Многие предприятия уделяют внимание анти-защите от коррозии только полностью погруженных или полностью открытых участков трубопровода, игнорируя особый риск коррозии в зонах колебаний уровня жидкости. Без целенаправленной оптимизации конструкции и защитного усиления локальное утончение и проникающая утечка часто возникают преимущественно на линии уровня жидкости, даже если другие части нагревательной трубки остаются неповрежденными. Поэтому оптимизация конструктивной схемы зон колебаний уровня жидкости и реализация целенаправленных противо-мероприятий по антикоррозионному усилению необходимы для устранения скрытой опасности знакопеременной влажной-сухой коррозии нагревательных трубок.
Переменная влажная-сухая коррозия ускоряет повреждение нержавеющей стали в основном за счет трех эволюционных процессов. Во-первых, повторяющееся испарение и конденсация приводят к тому, что агрессивные ионы постоянно накапливаются на линии уровня жидкости. Локальная концентрация хлоридов может быть в сотни раз выше, чем в объемной среде, что значительно снижает критический потенциал питтинговой коррозии нержавеющей стали 316 и быстро разрушает пассивную пленку с образованием начальных очагов коррозии. Во-вторых, разница в концентрации растворенного кислорода между жидкой фазой и газовой фазой образует ячейку постоянной концентрации кислорода. Выше-часть воды с достаточным количеством кислорода действует как катод, а погруженная часть вблизи уровня жидкости становится анодом, что приводит к непрерывному направленному растворению металлической матрицы вдоль линии уровня жидкости. В-третьих, переменная температура и влажность вызывают частое расширение и сжатие пассивной пленки, что приводит к образованию микротрещин на защитном слое. Пыль, кристаллы соли и агрессивный газ постоянно проникают в эти крошечные дефекты, ускоряя постепенное распространение локальных коррозионных повреждений. Остаточные сварочные напряжения и напряжения зажима в положении уровня жидкости будут дополнительно сочетаться с перемежающейся влажной-сухой коррозией, что значительно увеличивает риск коррозионного растрескивания под напряжением.
В этом исследовании предлагаются четыре стандартизированные стратегии оптимизации для антикоррозионного проектирования зон колебаний уровня жидкости для нагревательных трубок из нержавеющей стали 316. Во-первых, отрегулируйте общую компоновку пучков нагревательных трубок, чтобы избежать попадания основных напряжений в детали,-которые находятся в диапазоне колебаний уровня жидкости. Оптимизируйте высоту установки нагревательных трубок, чтобы все сварные соединения, холодно-переходные участки и фиксированные положения зажимов оставались либо постоянно ниже самого низкого уровня рабочей жидкости, либо полностью выше самого высокого уровня жидкости. Избегайте прохождения нагревательных трубок горизонтально через предусмотренный интервал колебаний уровня жидкости; Если невозможно избежать ограничений по компоновке, примите вертикальную компоновку трубопровода, чтобы уменьшить длину сегментов труб, пересекающих влажную-сухую чередующуюся зону. Установите многоступенчатые фиксированные перегородки ограничения уровня жидкости, чтобы сузить фактический диапазон колебаний поверхности жидкости, контролировать амплитуду вертикальных колебаний в пределах 150 мм и уменьшить осевую длину нагревательной трубки, на которую влияют чередующиеся влажные и сухие условия. Для часто настраиваемого серийного производственного оборудования установите два набора положений установки нагревательных трубок в соответствии с разными уровнями технологической жидкости, чтобы предотвратить долгосрочную-фиксированную эрозию одного и того же участка трубы из-за линии уровня жидкости.
Во-вторых, выполните поверхностную анти-упрочняющую обработку участков труб во влажных-сухих чередующихся зонах. Выполните дробеструйную обработку сегментов нагревательной трубки в диапазоне колебаний уровня жидкости для формирования поверхностного сжимающего слоя напряжения и улучшения зеренной структуры, улучшая компактность пассивной пленки и устойчивость к проникновению ионов. На основе традиционной пассивации травлением используйте конверсионное покрытие из редкоземельных элементов или высокотемпературную-герметизирующую обработку неорганической керамикой для создания композитного защитного слоя с сильной гидрофобностью, уменьшающего прилипание солевого раствора и замедляющего обогащение ионов во время испарения воды. В условиях работы с сильной коррозией нанесите высокоэффективное-антикоррозионное-покрытие из стеклянных чешуек на участок трубы, где изменяется уровень жидкости, надлежащим образом увеличьте толщину покрытия на 30 % по сравнению с обычными деталями и усильте обнаружение точечных отверстий, чтобы дефекты покрытия не превращались в новые точки индукции коррозии. Регулярно проверяйте целостность укрепляющего защитного слоя по линии уровня жидкости раз в полгода, чтобы своевременно устранять локальные отслаивания и потертости.
В-третьих, настроить вспомогательные устройства для улучшения окружающей среды, чтобы уменьшить обогащение ионами солей и атмосферную коррозию. Установите герметичные крышки над уровнем жидкости открытых нагревательных баков, чтобы изолировать поверхность жидкости от наружного соляного тумана, кислотного тумана и пылевого загрязнения. Установите перегородки, защищающие от-разбрызгивания жидкости, вокруг секции уровня жидкости в нагревательной трубке, чтобы предотвратить быстрое-разъедание жидкости и разбрызгивание капель, избегая частого локального смачивания поверхности трубки. Размещайте низкоскоростные устройства циркуляционного потока вблизи уровня жидкости, чтобы обеспечить равномерное течение среды, уменьшить осаждение и прилипание взвешенного ила на поверхности нагревательной трубы, а также избежать образования закрытых коррозионных зон под отложениями. Регулярно удаляйте плавающую нефть и взвешенные примеси с поверхности жидкости, чтобы предотвратить накопление органических загрязнителей на границе раздела газ-жидкость, вызывающее размножение микробов и локальное подкисление среды.
В-четвертых, создать механизмы целенаправленного регулярного контроля и динамического контроля уровня жидкости. Возьмите линию колебания уровня жидкости в качестве ключевой зоны контроля при каждом техническом обслуживании, проведите ультразвуковое измерение толщины и вихретоковую дефектоскопию, уделяя особое внимание этому положению, чтобы контролировать раннее локальное утончение и возникновение микротрещин. Установите безопасный диапазон предупреждения об уровне жидкости, чтобы избежать длительной-работы вблизи верхнего или нижнего предела уровня жидкости; регулярно корректируйте уровень технологической жидкости в пределах допустимого интервала, чтобы рассеять попеременную влажную-сухую эрозию на разных участках трубы. Оптимизируйте стандарты контроля качества воды для чередующихся сред с газом-жидкостью, соответствующим образом снизьте предельное значение концентрации хлорид-ионов и увеличьте частоту дозирования пассивирующих ингибиторов для непрерывного устранения микро-дефектов пассивной пленки. Архивируйте данные определения толщины секций уровня жидкости для долгосрочного-анализа тенденций, прогнозируйте скорость утонения коррозии и заранее организуйте профилактическое обслуживание или местную замену труб при достижении порога раннего предупреждения.
Данные по эксплуатации показывают, что нагревательные трубы с оптимизированным расположением уровней жидкости и целенаправленным усилением поверхности не имеют перемежающейся влажной-сухой коррозии из-за утончения на границе раздела газ-жидкость в течение 12 лет эксплуатации. Напротив, нагревательные трубы, пересекающие зону колебаний уровня жидкости без защитной оптимизации, подвергаются явной локальной коррозии в виде канавок- в течение 3–6 лет. В заключение, разумное исключение уязвимых частей при компоновке, целенаправленная защита от усиления поверхности, улучшение экологических условий на границе раздела газ-жидкость и регулярный осмотр ключевых участков могут эффективно подавлять обогащение ионами и коррозию ячеек с концентрацией кислорода, вызванную чередованием влажных и сухих условий. Оптимизированная конструкция зоны колебания уровня жидкости устраняет один из типичных рисков локализованной коррозии открытого нагревательного оборудования, обеспечивая целенаправленную защиту от-коррозии нагревательных трубок из нержавеющей стали 316, используемых в реакционных котлах, открытых теплообменных резервуарах и промышленных системах прерывистой регулировки уровня жидкости.
