Как устранить застойную коррозию из пузырьков воздуха на титановых нагревательных трубках в герметичных бродильных емкостях

# Документ: Техническая статья №. 68 ## Название: Методы предотвращения застоя пузырьков воздуха и коррозии титановых нагревательных трубок в герметичных бродильных сосудах. При нагревании растворенный воздух разделяется на мельчайшие пузырьки в полностью герметичных бродильных емкостях. Двухфазная застойная зона газа-жидкости- образуется, когда эти капли прилипают к внешней стенке титановых нагревательных трубок в течение длительного периода времени. Сплошная жидкая пленка, необходимая для самовосстановления пассивной пленки диоксида титана, разрушается под действием этой уникальной микросреды, которая вызывает локализованную концентрированную питтинговую коррозию. Эта коррозия часто проявляется на верхней половине корпуса трубы и верхней части фланцевых нагревательных узлов. В этой статье представлен всесторонний анализ коррозионного механизма застоя пузырьков и представлен комплексный набор решений по структурному проектированию и корректировке работы, позволяющих фундаментально устранить опасность удержания пузырьков. ## 1. Механизм коррозии застойных пузырьков воздуха на титановых поверхностях 1. Неполная репарация пассивной пленки является следствием прерывистой подачи кислорода. Растворенный кислород в жидкой фазе изолируется от области, покрытой пузырьком. Пассивная пленка TiO₂, о которой идет речь, не может пополняться кислородом для заживления царапин и истончений. Стенка трубки,-покрытая жидкостью, представляет собой-богатый кислородом неповрежденный катод, тогда как область,-покрытая жидкостью, становится активным анодом с-дефицитом кислорода, что приводит к само-гальванической коррозии той же титановой трубки. Цикл за циклом коррозионные трещины продолжают расширяться вниз.. 2. Обогащение концентрации растворенного вещества по краям пузырьков. Граница пузырьков с газом-жидкостью является местом непрерывного испарения жидкости. В результате вдоль пузырькового кольца осаждаются и накапливаются органические кислоты, хлориды и сахаристые вещества, в результате чего образуется высококонцентрированная микрозона, обладающая высокой коррозионной активностью. Эта микрозона ускоряет локализованное травление матрицы.. 3. Пассивная пленка подвергается термическому разрушению, которое попеременно происходит в сухих и влажных условиях. Периодическое чередование контакта сухого газа и погружения влажной жидкости на поверхность трубки вызвано расширением и сжатием пузырьков в ответ на колебания температуры. Плотные микротрещины образуются в результате повторяющегося приложения растягивающих и сжимающих напряжений к хрупкой пассивной пленке, что, в свою очередь, создает каналы для проникновения агрессивных ионов. ## 2. Основные факторы, способствующие застою пузырька 1. Нерациональная схема установки теплопровода. Самый серьезный сценарий накопления пузырьков предполагает горизонтальную установку длинных титановых нагревательных трубок. Пузырьки поднимаются и скапливаются на верхней дуге трубки, что делает их неспособными выйти наружу. Пузырьки, поднимающиеся над узлом, также улавливаются трубками, установленными слишком близко к верхней части резервуара.. 2. Недостаточная скорость циркуляции среды. Микропузырьки, образующиеся при нагревании, не могут быть удалены статическим или -потоком жидкости с низкой скоростью. Очищающий эффект на поверхности трубы теряется, когда скорость потока меньше 0,6 м/с.. 3. Чрезмерная поверхностная плотность мощности. Способность потока жидкости переносить пузырьки значительно превышается из-за высокой тепловой нагрузки, которая мгновенно генерирует большое количество мелких пузырьков пара, что приводит к кумулятивному покрытию пузырьков.. 4. Статическая работа при низком-давлении в герметичном сосуде. При отсутствии непрерывной аэрационной циркуляции растворенный газ не может быть удален из системы, и новые пузырьки постоянно отделяются во время нагрева.. 5. Слепые зоны захвата пузырьков образуются за счет утопленного усиления сварного шва и зазоров между опорами из ПТФЭ и стенками труб, которые являются локальными мертвыми зонами. В этих областях мелкие пузырьки накапливаются и сливаются в большие постоянные воздушные карманы. ## 3. Оптимизация конструкции для предотвращения удержания пузырьков 1. Увеличьте наклон установки теплопровода. Титановые нагревательные трубки необходимо устанавливать с наклоном вверх на 10–15 градусов от фланцевого конца к свободному концу; Горизонтальное расположение запрещено. Пузырьки поднимаются к поверхности жидкости резервуара для слива, скользя по наклонной поверхности трубки к свободному концу. Вертикальное расположение трубок является оптимальным выбором для контейнеров небольшого-объема, поскольку практически исключает скопление пузырьков.. 2. Увеличьте расстояние между верхней частью резервуара и пучками трубок. Расстояние по вертикали между верхом группы нагревательных трубок и минимальным уровнем рабочей жидкости должно быть не менее 300 мм, обеспечивая достаточное пространство для выхода пузырьков вверх.. 3. Контактные поверхности сварного шва и опоры отполированы до гладкости. Зашлифовать все сварные швы до плавного перехода дуги без выступающей арматуры; выберите опоры из ПТФЭ с широкой-формой дуги поверхности, чтобы избежать вогнутых зазоров, в которых задерживаются пузырьки.. 4. Установите направляющие перегородки вокруг нагревательных трубок. Чтобы создать спиральный поток очищающей жидкости вокруг стенки трубы, установите отводные пластины на входной стороне пучка труб. Это позволит постоянно удалять прикрепленные микропузырьки. ## 4. Стандартизированный контроль работы для минимизации образования и удержания пузырьков 1. Регулируйте разумную поверхностную плотность мощности. Чтобы уменьшить количество нагревающихся-отделенных микропузырьков, удельная мощность герметичных бродильных резервуаров снижается на 20 % по сравнению с открытыми резервуарами в соответствии со стандартом проектирования с высокой-нагрузкой и низкой тепловой нагрузкой. 2.. Поддерживайте среднюю скорость циркулирующего потока не менее 1,0 м/с. Перед нагревом активируйте циркуляционный насос, чтобы обеспечить образование стабильной моющей жидкости; важно избегать однократного статического нагрева без циркуляции.. 3. Непрерывная небольшая аэрация во время культивирования при постоянной температуре. Стимулированию общего перемешивания жидкости, выпуску перенасыщенного растворенного газа из резервуара и уменьшению образования новых пузырьков на стенках трубы способствует следовая аэрация сжатым воздухом.. 4. Работа градиентного повышения температуры. Чтобы предотвратить мгновенное разделение пузырьков массы в результате внезапного повышения температуры, рекомендуется проводить процесс нагрева со скоростью, меньшей или равной 3 градуса/мин на этапе запуска.. 5. Постоянное сдувание резервуара во время технического обслуживания. Чтобы уменьшить насыщение растворенным газом в среде и сбросить накопившийся газ в верхней части резервуара, выпускной клапан резервуара следует открывать на 10-15 минут каждые три дня. ## 5. Методика проверки и оценки пузырьковой застойной коррозии. По завершении технического обслуживания при опорожнении резервуара используйте яркий свет для осмотра поверхности трубок: - Типичная особенность: темно-серая зона точечной коррозии в форме кольца, распределенная по верхнему полукругу горизонтальных трубок, в соответствии с долговременной -дорожкой покрытия пузырьков. -. Испытание электрохимического потенциала: Потенциал области покрытия пузырьков на 80–120 мВ ниже, чем нижний. область погружения в жидкость той же трубки, что указывает на серьезное повреждение пассивной пленки.. - Ультразвуковое измерение толщины: Потеря толщины стенки верхней дуги значительно больше, чем потеря толщины нижней части трубки.|Источник опасности застоя пузыря|Целевые меры по ликвидации|Основной эффект|| ----|----|----|| Горизонтальная компоновка трубки, улавливающая пузыри|Устанавливайте трубы с наклоном вверх на 10–15 градусов или вертикально|Пузырьки скользят и уходят без длительного прикрепления к поверхности|Низкий поток жидкости не способен удалить микропузырьки|Поддерживайте циркуляционный поток на уровне 1,0 м/с или выше и установите направляющие перегородки.|Непрерывная промывка жидкостью устраняет вновь образующиеся крошечные пузырьки.|Осаждение массовыми пузырьками с высокой плотностью мощности.|Уменьшите удельную мощность на поверхности на 20% для герметичных резервуаров.|Подавление мгновенного крупномасштабного разделения пузырьков.|Статический герметичный резервуар с пересыщенным растворенным газом.|Непрерывная микроаэрация + регулярная вытяжка бака.|Уменьшите содержание растворенного газа, чтобы уменьшить образование пузырьков.|Пузырь сварного/опорного зазора Газожидкостные двухфазные микрозоны с дефицитом кислорода образуются застойными воздушными карманами на титановых нагревательных трубках, что приводит к самогальванической локализованной питтинговой коррозии. Чтобы предотвратить длительное прилипание пузырьков к стенке трубы, фундаментальное решение включает в себя наклонную конструкцию трубы, высокоскоростную циркуляционную очистку, конструкцию с низкой тепловой нагрузкой и непрерывную работу аэрации. Своевременное обнаружение ранних дефектов пузырьковой коррозии и предотвращение утечки через стенку титановых нагревательных трубок могут быть достигнуты посредством регулярного визуального осмотра и возможных испытаний во время технического обслуживания.