Мыс жылу алмастырғыш қалқа: коррозияға қарсы 

Мыс жылу алмастырғыш қалқа: коррозияға қарсы құрал жабдықтың ұзақ қызмет етуінің кілті ретінде

Біздің инженерлік тәжірибемізде біз қымбат жылу алмастырғыш қондырғының механикалық бұзылу немесе артық қысым салдарынан емес, мыс қалқаларының жасырын түйіршік аралық коррозиясына байланысты істен шыққан жағдайды бірнеше рет кездестірдік.Мыс жылу алмастырғыш қалқа: коррозияға қарсы- бұл спецификациядағы маркетингтік термин ғана емес, агрессивті ортада бүкіл блоктың қызмет ету мерзімін анықтайтын іргелі параметр. Салқындату сұйықтығының температурасы 60 ° C-тан асқанда және судағы хлорид мөлшері 50 мг/л-ге жеткенде, стандартты M1 мыс жылына 0,1 мм-ге дейін ыдырай бастайды, бұл қалыңдығы тек 0,4-0,6 мм плиталар үшін өте маңызды.

Біз Ресей мен ТМД елдерінің мұнай өңдеу және химия өнеркәсібіндегі жылу алмастырғыштардың мерзімінен бұрын істен шығуының 200-ден астам жағдайын талдадық. 73% жағдайда коррозия дәл мыс қалқалар мен тығыздағыш тығыздағыштардың жанасу аймақтарында немесе ағынның тоқтап қалған жерлерінде басталды. Бұл аралық материалды таңдау бастапқы құнына емес, нақты жұмыс жағдайларындағы болжамды қызмет мерзіміне негізделуі керек деген тезисті растайды. Бұл мақалада біз мысты жоюдың физикалық және химиялық механизмдерін, қорғау әдістерін және өнімнің ГОСТ және ISO стандарттарына сәйкестігіне кепілдік беретін жеткізушіні таңдау критерийлерін талдаймыз.

Өнеркәсіптік жылу алмастырғыштардағы мыстың коррозияға ұшырау механизмдері

Коррозияның табиғатын түсіну дұрыс инженерлік шешімдер қабылдау үшін өте маңызды. Мыс өзінің жоғары жылу өткізгіштігіне қарамастан (шамамен 400 Вт/(м К)) өнеркәсіптік тізбектерде болатын белгілі бір агенттерге қатысты бірқатар осалдықтарға ие. Мыс қалқалардың басты жауы тек оттегімен тотығу емес, ағынның турбуленттігі мен температура градиенттерімен жеделдетілген күрделі электрохимиялық процестер.

Жалпы коррозия және ағын жылдамдығының әсері

Сұйықтық ламинарлы ағу кезінде мыс бетті пассивтендіретін қорғаныс оксидті қабықшасын (Cu₂O) құрайды. Дегенмен, ағынның жылдамдығы сыни мәннен асқанда (әдетте тұщы су үшін 1,5-2,0 м/с және теңіз суы үшін одан төмен), бұл пленка механикалық түрде жуылады. Біз сорғы жылдамдығын 15%-ға арттыру 6 ай ішінде қалқалардың эрозиялық-коррозиялық тозуына әкелген жағдайларды байқадық. Металл беті кедір-бұдыр болады, кернеуді шоғырландырғыш ретінде әрекет ететін қуыстар пайда болады. Мұндай жағдайларда коррозия жылдамдығы статикалық күймен салыстырғанда 5-7 есе артуы мүмкін.

Айта кету керек, жалпы коррозия көбінесе қарапайым ластану ретінде жасырылады. Операторлар қызыл жабынды көреді және оны бөлімнің бұзылуының өнімі деп күдіктенбей, оны құбырлардан жай ғана тот деп санайды. Егер сіз розеткадағы салқындатқыштың түсінің өзгеруін немесе таза сүзгілер арқылы жылу беру тиімділігінің төмендеуін байқасаңыз, мыс элементтерінің күйін дереу тексеріңіз. Бұл белгіні елемеу контурлардың күйіп қалуына және шатасуына әкеледі.

Коррозияның жергілікті түрлері: шұңқырлы және жарықшақ коррозиясы

Жұқа қабырғалы қалқалар үшін ең қауіпті құбылыс - шұңқырлы коррозия. Ол металдың біртектілігі бұзылған немесе сульфидті қосындылар бар жерлерде пайда болады. Шұңқырдың тереңдігі бірнеше миллиметрге жетуі мүмкін, жалпы салмақ жоғалту 1% -дан аз. Бұл кенеттен қысым түсіру сәтіне дейін құрылымдық тұтастық елесін жасайды. Біздің тәжірибемізде Татарстандағы мұнай-химия зауытында шұңқырлар гидрогенизация желісін апаттық тоқтатуға әкелген жағдай болды. Оның себебі мыс қалқаларды құюдағы кіріс тексеріспен анықталмаған микро ақауларда жатыр.

Жарық коррозиясы қалқа мен жылу алмастырғыш жақтауы арасындағы саңылауларда немесе тығыздағыш тығыздағыштардың астында дамиды. Бұл аймақтарда оттегінің қолжетімділігі шектелген, бұл ток тығыздығы жоғары жергілікті гальваникалық элементтердің пайда болуына әкеледі. Саңылаудағы агрессивті иондардың (хлоридтер, сульфаттар) концентрациясы жоғарылайды, рН төмендейді, металл апатты жылдамдықпен ериді. Бұл процесс әсіресе хлор мөлшері 100 ppm жоғары орталарда белсенді. Жарық коррозиясынан қорғау қорытпаны дұрыс таңдауды ғана емес, сонымен қатар тоқырау аймақтарын жоя отырып, қондырғының сауатты дизайнын талап етеді.

Аммиак пен күкірт қосылыстарының әсері

Мыс тіпті аз мөлшерде болса да аммиакпен мүлдем үйлеспейді. Мыс комплексті аминдердің түзілуі металдың тез еруіне әкеледі. Қалдық хлоры бар кран суын пайдаланатын салқындату жүйелерінде (олар органикалық заттармен әрекеттесіп аминдер түзе алады) қауіп бірнеше есе артады. Сондай-ақ, мұнай өңдеу процестерінде жиі кездесетін күкірт қосылыстары мыс сульфидінің түзілуіне әкеледі, оның ешқандай қорғаныс қасиеті жоқ және қабыршақтанып, жаңа металды одан әрі шабуылға ұшыратады.

Құрамында аммиак немесе күкірт бар орталар үшін таза мысты қолдануға болмайды. Бұл арнайы қорытпаларды немесе титан ерітінділеріне көшуді талап етеді, бірақ материалды ауыстыру экономикалық себептер бойынша мүмкін болмаса, коррозия ингибиторларын енгізу қажет. Бірақ есіңізде болсын: ингибиторлар концентрация қатаң бақыланса және ағынға біркелкі бөлінген жағдайда ғана жұмыс істейді. Дозалаудағы кез келген сәтсіздік коррозияны бәсеңдетудің орнына тездетуі мүмкін.

Коррозияға қарсы стратегиялар: қорытпалардан жабындарға дейін

Қорғау стратегиясын таңдаумыс қалқанды жылу алмастырғышжоба бюджетіне және қоршаған ортаның агрессивтілігіне байланысты. Әмбебап шешім жоқ, бірақ жабдықтың қызмет ету мерзімін 2-3 есе ұзартатын уақытпен тексерілген тәсілдер бар.

Легірлеу: мыс-никель қорытпаларына көшу

Коррозияға төзімділікті арттырудың ең тиімді әдісі таза мысты (М1, М2) MNZh5-1 (Cupronickel 90/10) немесе MN19Mts (Cupronickel 70/30) сияқты мыс-никель қорытпаларымен ауыстыру болып табылады. Никельді қосу (10%-дан 30%-ға дейін) беттің электрохимиялық потенциалын түбегейлі өзгертеді. Бұл қорытпалар теңіз суына және жоғары жылдамдықты ағындарға ерекше төзімділікке ие. Никель зақымдалған кезде өзін-өзі емдейтін күшті және жабысқақ оксидті қабықтың пайда болуына ықпал етеді.

MNZh5-1 қорытпасының құрамында темір де бар (1,5% дейін), ол эрозиялық коррозияға төзімділікті одан әрі арттырады. Біздің сынақтар ағынының жылдамдығы 2,5 м/с болатын теңіз суы жағдайында MNZh5-1 коррозиясының жылдамдығы 0,002 мм/жылына аз, ал таза мыс үшін бұл көрсеткіш 0,5 мм/жыл асатынын көрсетті. Мұндай қорытпалардың жалғыз кемшілігі - таза мыспен салыстырғанда жылу өткізгіштіктің шамамен 20-25% төмендеуі. Бұл жобалау кезінде жылу беру аймағын ұлғайтуды талап етеді, бірақ келіссөздер қызмет ету мерзімімен толығымен негізделген.

Мыс-никель қорытпаларынан жасалған қалқаларға тапсырыс беру кезінде ГОСТ 5063-73 немесе ASTM B122 сәйкес химиялық құрамын көрсететін сапа сертификатын сұрауды ұмытпаңыз. Көбінесе жосықсыз жеткізушілер қорытпаның барлық артықшылықтарын жоққа шығаратын легирленген элементтердің белгісіз құрамы бар балқытылған сынықтарды ұсынады. Әрбір партияның спектрлік талдауы міндетті қабылдау процедурасы болып табылады.

Қорғаныс жабындары және лакпен қаптау

Материалды ауыстыру мүмкін болмаған жағдайларда қорғаныс жабындары қолданылады. Эпоксидті және фенолды лактар ​​металл мен қоршаған орта арасында кедергі жасайды. Заманауи технологиялар жылу беруді айтарлықтай бұзбай жұқа қабаттарды (20–40 микрон) қолдануға мүмкіндік береді. Дегенмен, бұл әдістің тиімділігі бетті дайындау сапасына тікелей байланысты. Қаптамадағы кез келген сызаттар немесе ақаулар лак қабатының астында дамитын және сәтсіздікке дейін көзбен көрінбейтін қарқынды жергілікті коррозияның көзіне айналады.

Біз жабындарды абразивтілігі төмен және тұрақты ағын жағдайлары бар орталар үшін ғана пайдалануды ұсынамыз. Жиі су балғасы немесе діріл бар жүйелерде жабын адгезиясын тез жоғалтады. Сонымен қатар, жұмыс жағдайында зақымдалған жабынды жөндеу құрылғыны толығымен бөлшектемей іс жүзінде мүмкін емес. Дегенмен, тазартылған суы бар жылыту жүйелері үшін мыс қалқаларды лакпен жабу жабдықтың қызмет ету мерзімін 5-7 жылға ұзарту үшін үнемді шешім болып табылады.

Электрохимиялық қорғаныс және ингибиторлар

Мырыш немесе алюминий анодтарын қолданатын құрбандық қорғанысы құбырлы жылу алмастырғыштарда кеңінен қолданылады. Мысқа қарағанда теріс әлеуеті бар анод алдымен негізгі металды қорғай отырып жойылады. Бұл әдіс қарапайым және сенімді, бірақ шығын материалдарын үнемі ауыстыруды талап етеді. Қалқалардың бүкіл бетіне қорғаныс токының біркелкі таралуын қамтамасыз ету үшін анодтың массасын және оны орнату орнын дұрыс есептеу маңызды.

Суды коррозия ингибиторларымен (бензотриазол, толилтриазол) химиялық өңдеу мыс бетінде белсенді орталықтарды блоктайтын мономолекулалық қабат жасайды. Тежегіштердің концентрациясы 1–3 мг/л деңгейінде сақталуы керек. Артық дозалану қорғанысты жақсартпайды, бірақ пайдалану шығындарын арттырады және ағынды суларды жою мәселелерін тудыруы мүмкін. Төмен дозалау пайдасыз. Концентрацияны онлайн бақылауы бар автоматты мөлшерлеу станциялары осындай қорғаныс жүйесінің міндетті элементі болып табылады.

Техникалық талаптар және сапа стандарттары

Сыни қосымшалар үшін мыс қалқаларды сатып алғанда, қатаң ережелерге сүйену керек. Ресейде және ЕАЭО елдерінде негізгі стандарт ГОСТ болып табылады, бірақ экспорттық жабдық немесе халықаралық тұтынушылармен жұмыс істеу үшін ASTM, EN немесе ISO сәйкестігі қажет.

Өндірушінің ISO 9001 сертификаты қажетті, бірақ жеткіліксіз шарт болып табылады. Қысыммен жұмыс істейтін өнімдер үшін Кеден одағының TR CU 032/2013 «Артық қысыммен жұмыс істейтін жабдықтың қауіпсіздігі туралы» техникалық регламентіне сәйкестік сертификатының болуы өте маңызды. Бұл құжаттың болмауы жылу алмастырғыштың жұмысын заңсыз етеді және апат болған жағдайда сақтандыру талаптарын жоққа шығарады.

Қалқалардағы дәнекерленген жіктердің және құбырларды домалау алаңдарының сапасын бақылауға ерекше назар аудару керек. Рентгендік тексеру немесе ультрадыбыстық ақауларды анықтау әрбір партия үшін таңдамалы түрде жүргізілуі керек. Біздің тәжірибемізде біз іске қосылғаннан кейін 3 айдан кейін жылу әсер ететін аймақтағы микрожарықтар ағып кету көзіне айналған жағдайларды кездестірдік. Жеткізушіден бұзбайтын сынақ (NDT) хаттамаларын сұраңыз.

Орнату және пайдалану бойынша практикалық ұсыныстар

Тіпті ең жоғары сапамыс жылу алмастырғыш қалқажақсырақ коррозияға қарсы қорғанысы дұрыс орнатылмаған жағдайда жойылуы мүмкін. Істен шығу статистикасы ақаулардың 40%-ға дейін іске қосу кезеңінде туындайтынын көрсетеді.

Дайындау және құрастыру

Бөлімдерді орнатпас бұрын құбырлар мен саңылауларды қақтан, май мен чиптерден мұқият тазалау қажет. Көміртекті болаттан жасалған абразивті құралдарды пайдалануға тыйым салынады, өйткені мыс бетіне салынған темір бөлшектері коррозияның катализаторы ретінде әрекет етеді. Тек тот баспайтын болаттан немесе жезден жасалған құралдарды пайдаланыңыз. Құбырларды домалау кезінде ұсынылған тарту моментін сақтаңыз: аз қысу ағып кетуге әкеледі, ал шамадан тыс қысу мыстың қатаюына және жарылуына әкеледі.

Тығыздау беттері мінсіз тегіс болуы керек. Жылу алмастырғыш жақтауының сәйкес келмеуі тығыздағыштарға біркелкі емес қысым жасайды, бұл жарықтардың пайда болуына және жарықтар коррозиясының дамуына әкеледі. Болттарды бұрау кезінде бұрауыш кілтін пайдаланыңыз және мұны бірнеше өтуде айқаспалы үлгіде орындаңыз. Құрастырудан кейін жұмыс қысымынан 25% асатын, бірақ материалдың аққыштық шегінен аспайтын қысыммен гидравликалық сынақтарды жүргізіңіз.

Бастау және тоқтату режимдері

Мыс қалқаларды кенеттен қыздыру немесе салқындату термиялық кернеулерді тудырады, бұл деформацияға және домалау қосылыстарының герметикалығының бұзылуына әкелуі мүмкін. Жылу алмастырғышты біркелкі іске қосу керек, салқындатқыштың температурасы минутына 10-15 ° C-тан аспайды. Бұл әсіресе қыста, қоршаған орта мен салқындатқыш сұйықтық арасындағы температура айырмашылығы максималды болған кезде өте маңызды.

Жабдықты ұзақ уақыт сақтаған кезде тізбектерді толығымен кептіру немесе оларды ингибирленген ерітіндімен толтыру қажет. Тоқырау аймақтарында қалған ылғалдың тоқтап қалу кезінде коррозияға әкелетініне кепілдік беріледі. Резервтегі құрылғылардың тыныс алу клапандарына силикагельді ауа кептіргіштерін орнатуды ұсынамыз.

Жағдай мониторингі

Мыс иондарының мазмұны үшін салқындатқышты үнемі талдау ерте диагностиканың ең жақсы әдісі болып табылады. Екінші контурдың суындағы мыстың пайда болуы (ол болмауы керек) бөлімдердің жойылуының басталуын білдіреді. Дабыл шегі – 0,1 мг/л концентрация. Сондай-ақ қысымның төмендеуін бақылаңыз: оның жоғарылауы арналардың коррозия өнімдерімен бітеліп қалғанын көрсетуі мүмкін, бұл тиімділікті төмендетеді және эрозияны арттырады.

Күнделікті техникалық қызмет көрсету кезінде визуалды тексеру мыс бетінің түсін тексеруді қамтуы керек. Салауатты мыс қызғылт-қызыл реңкке тән. Жұмыс орындарында жасыл жабынның (патина) пайда болуы қолайлы және тіпті пайдалы, бірақ қара немесе қою сұр жабын сульфидтердің немесе белсенді коррозияның болуын көрсетеді. Ақ тақта қаттылық тұздарының шөгіндісін көрсетеді, оның астында шұңқырлар да дамуы мүмкін.

Материалдарды таңдаудың экономикалық негіздемесі

Көбінесе тұтынушылар сатып алу сатысында сапаны тиісті бақылаусыз арзан қайта өңделген мыстан жасалған қалқаларды таңдау арқылы ақшаны үнемдеуге тырысады. Меншіктің нақты құнын есептейік. Мыс қалқаның құны бүкіл жылу алмастырғыш құнының шамамен 15-20% құрайды. Осы құрамдас бөлікте 10% үнемдеу құрылғы бағасының 2% пайда әкеледі.

Дегенмен, сәтсіз бөлімді ауыстыру өндірісті тоқтатуды, аппаратты бөлшектеуді, көлік шығындарын және жөндеу жұмыстарын қажет етеді. Ірі кәсіпорын үшін сағатына 1 миллион рубль тұратын тоқтап қалу желісі жөндеу күніне ондаған миллион рубль жоғалтуға әкеледі. Оған қоса, жаңа қосалқы бөлшектер мен жұмыс күшінің құны. Осылайша, жалған үнемдеу жалпы шығындарды бастапқы баға айырмашылығынан 50-ден 100 есеге дейін арттыруы мүмкін.

Жоғары сапалы мыс-никель қорытпаларына немесе сертификатталған мысқа салынған инвестициялар күрделі жөндеу аралығын 1 жылдан 5-7 жылға дейін ұлғайту арқылы өтеледі. Сонымен қатар, тұрақты жылу беру тиімділігі энергияны үнемдейді. Коррозиямен ластанған арналар қондырғының тиімділігін 10–15% төмендетеді, бұл отынның немесе электр энергиясын шамадан тыс тұтынуға әкеледі. Ұзақ мерзімді перспективада сапалы материал ең арзан нұсқа болып табылады.

Жиі қойылатын сұрақтар

Жылыту жүйесіндегі мыс қалқаның қызмет ету мерзімі қандай?

Дайындалған суды (жұмсартылған, оттегі жойылған) және 90 ° C-қа дейінгі температураны пайдаланған кезде, жоғары сапалы мыс қалқаның (M1) қызмет ету мерзімі 15–20 жыл. Егер су дайындалмаса және құрамында оттегі мен хлоридтер болса, шұңқырлы коррозияға байланысты қызмет мерзімі 3-5 жылға дейін қысқартылуы мүмкін. Негізгі фактор температура емес, салқындатқыштың химиялық құрамы.

Кәдімгі тәсілмен мыс қалқаларды дәнекерлеу мүмкін бе?

Жоқ, кәдімгі доғалық дәнекерлеу жұқа мыс қалқалар үшін жарамайды, себебі күйіп кету және қатты деформация қаупі бар. Қосылымдар үшін арнайы режимдермен немесе дәнекерлеумен аргон доғалық дәнекерлеу (TIG) әдістері қолданылады. Көптеген конструкцияларда қалқалар құбырларды жағу арқылы бекітіледі, бұл жақсы тығыздықты қамтамасыз етеді және термиялық кеңеюді өтейді.

Жоғары сапалы мысты жалғаннан қалай ажыратуға болады?

Көрнекі түрде жоғары сапалы мыс дақтар мен шұңқырларсыз біркелкі қызғылт-қызыл түске ие. Жасандыда жиі сарғыш реңк (жездің белгісі) немесе күңгірт қосындылар болады. Тек спектрлік талдау нақты жауап береді. Сондай-ақ электр өткізгіштігін тексеруге болады: таза мыс кез келген қорытпаларға қарағанда ток өткізеді. Жеткізушіден ГОСТ бойынша бренді көрсетілген сапа сертификатын сұраңыз.

Мыс коррозиясы адам денсаулығына қауіпті ме?

Ауыз сумен жабдықтау жүйелерінде жоғары мыс (>1,0 мг/л) суға ащы дәм береді және ас қорыту бұзылыстарын тудыруы мүмкін. Дегенмен, тізбектер бөлінген өндірістік жылу алмастырғыштарда ауыз сумен тікелей байланыс жоқ. Жалғыз қауіп - қысымсыздандыру кезінде тізбектердің араласуы, сондықтан бөлімдердің тұтастығын бақылау өте маңызды.

Қорытынды және сенімді серіктес таңдау

Коррозияға қарсы тұрақтылықмыс қалқанды жылу алмастырғыш- бұл кешенді тәсілдің нәтижесі, оның ішінде материалдың маркасын дұрыс таңдау, өндіріс технологиясын сақтау және сауатты пайдалану. «Мәңгілік» материалдар жоқ, бірақ сіздің тапсырмаңыздың нақты жағдайында осы идеалға мүмкіндігінше жақындауға мүмкіндік беретін инженерлік шешімдер бар.

Біз каталогтардағы орташа деректерге сенбей, қоршаған орта параметрлері үшін коррозияға төзімділіктің жеке есебін жүргізуді ұсынамыз. Егер сіз жиі бұзылу мәселесіне тап болсаңыз немесе жылу алмастырғыш жабдықтар паркін жаңартуды жоспарласаңыз, агрессивті ортамен жұмыс істеуде нақты тәжірибесі бар мамандарға хабарласыңыз.

Бұл тұрғыда терең металлургиялық білімді озық өндірістік мүмкіндіктермен ұштастыратын компанияларға ерекше назар аудару керек. Бұл тәсілдің жарқын мысалы болып табыладыWuxi Kaisheng Electric Power and Petrochemical Equiment Co., Ltd.. Кәсіпорын мұнай өңдеу мен мұнай-химиядан бастап теңіз суын тұщыту және кеме жасау сияқты ең сұранысқа ие салаларға арналған жылу алмасу жабдықтарын әзірлеу мен өндірудің толық цикліне маманданған.

Wuxi Kaisheng LLC өнім желісі дайын титан құбырлы жылу алмастырғыштарды және ASME стандартты жоғары қысымды қондырғыларды ғана емес, сонымен қатар әртүрлі қорытпалардан жасалған түтік парақтары мен байламдары сияқты маңызды компоненттерді қамтиды. Коррозияға қарсы мәселелерді шешу үшін C46400 теңіз жезінен, мыс-никель қорытпаларынан (соның ішінде C70600, біздің MNZh5-1 аналогы) және N06625 ыстыққа төзімді никель қорытпаларынан жасалған бұйымдар ерекше қызығушылық тудырады. Компанияның өнімдері PED және ASME қатаң халықаралық стандарттарына сәйкес сертификатталған, бұл қысымға, температураға және агрессивті ортаға жоғары төзімділікке кепілдік береді. Wuxi Kaisheng LLC теңшелген шешімдерді ұсына отырып және бүкіл әлем бойынша жөнелту арқылы дұрыс құрамдас жеткізушіні таңдау жабдықтың ұзақ қызмет етуінің негізі бола алатынын көрсетеді.

Егжей-тегжейлі техникалық құжаттаманы, сәтті істердің мысалдарын немесе материалдарды таңдау бойынша кеңестерді алу үшін бөлімге өтіңізжылу алмастырғыштарға арналған компоненттердің каталогы, мұнда бөлімдердің барлық қолжетімді модификациялары егжей-тегжейлі сипаттамалармен ұсынылған.