90도에서 500ppm 염화물과 50/50 에틸렌 글리콜/물 혼합물의 티타늄 침지 히터가 균일한 박화보다 틈새 부식으로 인해 더 빨리 고장나는 이유는 무엇입니까?

에틸렌 글리콜/물 조합(50/50vol%)은 태양열 시스템, HVAC 및 엔진 냉각에서 열 전달 유체로 자주 사용됩니다. 90도에서는 변질된 글리콜 또는 보충수에서 나온 염화물 500ppm이 티타늄에 적대적입니다. 티타늄은 이 혼합물에서 균일한 부식에 대한 저항력이 매우 뛰어나며 부식 속도는 연간 0.02mm 미만이지만 파손의 원인은 주로 튜브 지지대, 플랜지 및 개스킷의 틈새 부식 때문입니다. 틈새 기하학은 염화물 농도를 증가시키고 산소 농도를 감소시키는 반면, 글리콜 분해 생성물(글리콜산, 포름산)은 국소 pH를 감소시킵니다. 틈새 부식 전파 속도는 0.3~1.0mm/년으로 균일하게 얇아지는 것보다 15~50배 빠릅니다. 파손은 상당히 제한적이며 튜브 표면의 95%가 그대로 남아 있는 동안 천공이 발생합니다.

글리콜/물 혼합물의 틈새 지배 메커니즘

벌크 용액에서 에틸렌 글리콜은 점도를 증가시켜 산소 확산을 감소시킵니다. 충분한 산소와 적당한 염화물 농도로 부동태 피막의 안정성이 보장됩니다. 틈새(예: PTFE 지지대 아래 또는 개스킷)에서 산소는 음극 공정에 의해 빠르게 고갈되어 공급되지 않습니다. 염화물은 틈새로 확산되어 전기적 중성을 유지하고 2,000~10,000ppm 수준에 도달합니다. 글리콜은 90도에서 열에 의해 유기산(글리콜산, 포름산, 옥살산)으로 분해됩니다. 이러한 산은 틈새의 국소 pH를 3-4로 낮춥니다. 염화물, 낮은 pH 및 산소 고갈은 함께 부동태 피막을 저하시킵니다. 틈새 양극의 부식은 튜브 표면의 나머지 부분에 있는 큰 외부 음극에 의해 활성화됩니다. 틈새(양극)와 외부(음극) 사이에 갈바닉 전류가 지속되면 용해 속도가 상당합니다. 결국에는 천공이 발생합니다.

균일부식률과 틈새부식률의 정량적 비교

50/50 에틸렌 글리콜/물과 500ppm 염화물(pH 6.5 시작)을 90도에서 2,000시간 동안 제어 테스트한 결과 부식 속도가 근본적으로 다른 것으로 나타났습니다. 균열이 없는 평활관의 일반적인 부식 속도는 연간 0.008~0.015mm에 불과합니다. 표면은 광택이 나고 구멍이 없어 안정적인 부동태 피막을 나타냅니다. 이 비율로 1.2mm의 벽 두께는 50년 이상의 서비스 수명을 제공합니다. 그러나 틈새 부식 속도는 틈새 간격이 0.2mm인 PTFE 지지대에서 최대 0.30~0.70mm/년이었습니다. 초기 단계는 200~500시간 동안 지속되며, 1,000시간 이내에 0.3~0.6mm 깊이의 홈이 형성됩니다. 0.1mm 간격의 고무 개스킷을 사용하면 틈새 부식 속도가 100~300시간에서 시작하여 1200~2400시간에 1.2mm 벽을 천공하면서 0.50~1.00mm/년으로 증가합니다. 튜브-튜브시트 압연 접합부에서 틈새 부식 속도는 연간 0.20~0.50mm이며 300~800시간 내에 시작됩니다.

틈새 심각도에 대한 염화물 및 글리콜 분해의 영향

틈새 공격의 심각도는 글리콜 상태와 염화물 농도의 강력한 기능입니다. 염화물 100ppm의 신선한 글리콜(억제제 포함)은 500시간 후 틈새 pH 5.5를 제공하고 부식 속도는 연간 0.10-0.25mm입니다. 염화물 500ppm의 신선한 비억제 글리콜은 연간 0.30-0.60mm의 속도로 pH 4.5로 떨어집니다. 500ppm 염화물을 포함하는 열 분해된 글리콜(90도에서 500시간)은 pH 3.5를 제공합니다. 비율은 0.60-1.00mm/년입니다. 유기산 1,000ppm 이상, 염화물 1,000ppm, pH 3.0, 틈새 부식 속도 1.00~1.80mm/년으로 심각하게 악화된 글리콜입니다. 이러한 조건에서 균일한 부식 속도는 < 0.025mm/년이며, 이는 틈새 부식이 지배적인 파손 메커니즘임을 나타냅니다.

글리콜/온수기 틈새 부식 방지 조치

아래 표는 히터 구성 및 틈새 위험 평가를 기반으로 90도 각도에서 에틸렌 글리콜/물 조합의 틈새 부식을 줄이기 위한 지침을 제공합니다.

Crevice Hazard Heater 배치 제안된 설계 변경예상 Crevice 부식률(mm/yr)
PTFE 튜브 스페이서(0.2-0.5mm 간격)고 티타늄 용접 지지대 교체<0.02
고무 개스킷이 있는 플랜지매우 높음 용접 또는 납땜 커넥터 사용<0.02
튜브시트의 롤러 확장 튜브 중간 확장 후 튜브-를-튜브시트에 용접 0.05–0.10
고압축 피팅 제거; 용접 피팅을 사용<0.02
기존 틈새 재설계 재설계 불가 보통 PTFE 테이프를 사용하여 간격 0.15–0.30 패치
균열 제거 이상의 엔지니어링

틈새 부식 저항성은 티타늄 등급에 크게 영향을 받습니다. 7등급(팔라듐 안정화)은 글리콜/물 틈에서 2등급보다 시작 시간이 3-5배 더 길고 전파 속도가 50{14}}70% 더 낮습니다. 벽 두께는 재료 허용량을 제공합니다. 연간 0.5mm의 틈새 부식이 발생하는 2.0mm 벽은 4년 동안 지속되지만 1.2mm 벽은 2.4년만 지속됩니다. 글리콜 억제제 패키지가 중요합니다. 아질산염 기반 억제제는 티타늄 틈새 부식을 촉진하는 반면, 몰리브덴산염 또는 아졸 기반 억제제는 양성입니다. pH, 염화물 및 유기산 농도에 대한 정기적인 글리콜 샘플을 통해 예측 유지 관리가 가능합니다. 글리콜 pH를 8.0 이상으로 유지하기 위해 모노에탄올아민을 첨가하면 틈새 공격이 크게 감소합니다.

통찰력을 갖춘 사양 만들기

90C에서 염화물 500ppm을 함유한 50/50 에틸렌 글리콜/물용 티타늄 침지 히터를 설계합니다. 틈이 생기지 않도록-하세요. 용접된 튜브 지지대, 용접된 플랜지, 용접된 튜브-와-튜브시트 접합부를 사용하세요. 균열이 제거되지 않으면 7등급 티타늄을 사용하고 내시경이나 염료 침투제로 분기마다 모든 틈새 부위를 확인하십시오. 틈새 부식이 발생하고 있는 이미 사용 중인 히터의 경우 PTFE 테이프 또는 실리콘 실런트로 다시 장착하여 틈새를 덮고 부식 억제제로 글리콜에 몰리브덴산나트륨을 200ppm으로 추가합니다. 작동 중 글리콜의 pH가 6.0 미만으로 떨어지는지 확인하십시오. pH 저하가 발견되면 즉시 글리콜 충전량을 변경하십시오. 틈새 부식은 균일한 두께 감소보다 15~50배 빠르게 히터 고장을 일으킬 수 있습니다. 이를 알고 엔지니어는 에틸렌 글리콜/물 서비스에서 재료 등급 선택보다 틈새 감소를 강조합니다.