ما هي أسباب التآكل في المبادلات الحرارية؟

هناك أنواع عديدة من المبادلات الحرارية، والتي تستخدم على نطاق واسع في إنتاج المواد الكيميائية وتلعب دورا هاما. وهي معدات شائعة الاستخدام في العديد من القطاعات الصناعية. أثناء استخدام المبادلات الحرارية، غالبا ما يحدث التآكل. ما هي أسباب هذه الحالة؟ وفيما يلي مقدمة موجزة.

1. اختيار المواد للمبادلات الحرارية: العامل الذي يحدد المادة التي سيتم استخدامها هو اقتصادها. تشمل مواد الأنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ، وسبائك النحاس والنيكل، وسبائك النيكل، والتيتانيوم والزركونيوم، وما إلى ذلك. وتستخدم الأنابيب الملحومة باستثناء الحالات التي لا يمكن استخدامها فيها في الصناعة. يتم استخدام المواد المقاومة للتآكل فقط لجانب الأنبوب، ويتم استخدام الفولاذ الكربوني لجانب الغلاف.

2. التآكل المعدني للمبادلات الحرارية

1) مبدأ تآكل المعادن: يشير تآكل المعادن إلى تدمير المعادن تحت التأثير الكيميائي أو الكهروكيميائي للوسط المحيط بها، وغالباً تحت التأثير المشترك للعوامل الفيزيائية أو الميكانيكية أو البيولوجية، أي تدمير المعادن تحت تأثير تأثير بيئتهم.

2) عدة أنواع شائعة من أضرار التآكل للمبادلات الحرارية:

أ. التآكل الموحد: يسمى تلف التآكل الموحد العياني الذي يحدث على كامل السطح المعرض للوسط أو على مساحة كبيرة بالتآكل الموحد.

ب. التآكل التلامسي: يتلامس معدنان أو سبيكة ذات إمكانات مختلفة ويتم غمرهما في محلول إلكتروليت، مما يؤدي إلى تدفق التيار بينهما. ينخفض ​​معدل تآكل المعدن ذو الجهد الموجب، في حين يزداد معدل تآكل المعدن ذو الجهد السلبي.

ج. التآكل الانتقائي: تسمى الظاهرة التي يدخل فيها عنصر معين في سبيكة بشكل تفضيلي إلى الوسط بسبب التآكل بالتآكل الانتقائي.

د. التآكل المسامي: التآكل الذي يتركز في نقاط صغيرة فردية على سطح المعدن وله عمق أكبر يسمى التآكل التنقري، المعروف أيضًا باسم تآكل الثقب الصغير أو التآكل التنقري.

ه. تآكل الفجوات: يحدث تآكل الفجوات الشديد في الفجوات والمناطق المغطاة للأسطح المعدنية.

و. التآكل التآكل: التآكل التآكل هو نوع من التآكل الذي يعمل على تسريع عملية التآكل بسبب الحركة النسبية بين الوسط وسطح المعدن.

ز. التآكل بين الحبيبات: التآكل بين الحبيبات هو نوع من التآكل الذي يؤدي بشكل تفضيلي إلى تآكل حدود الحبوب والمناطق المجاورة للمعادن أو السبائك، في حين أن تآكل الحبوب نفسها يكون صغيرًا نسبيًا.

ح. تكسير التآكل الإجهادي (SCC) وإجهاد التآكل SCC عبارة عن كسور مادية ناجمة عن العمل المشترك للتآكل وإجهاد الشد في نظام عازل معدني معين.

أنا. تلف الهيدروجين: يمكن أن يتعرض المعدن الموجود في محلول الإلكتروليت للتلف الناتج عن تخلل الهيدروجين بسبب التآكل أو الغسيل الحمضي أو الحماية الكاثودية أو الطلاء الكهربائي.

3. تأثير وسط التبريد على تآكل المعدن، ووسيلة التبريد الأكثر استخدامًا في الصناعة هي المياه الطبيعية المختلفة. هناك العديد من العوامل التي تؤثر على تآكل المعادن، بما في ذلك العوامل الرئيسية وتأثيرها على العديد من المعادن شائعة الاستخدام:

1) الأكسجين المذاب: الأكسجين المذاب في الماء هو مادة مؤكسدة تشارك في العملية الكاثودية، لذلك فهو يعزز التآكل بشكل عام. عندما يكون تركيز الأكسجين في الماء غير متساو، سيتم تشكيل خلية تركيز الأكسجين، مما يسبب التآكل المحلي. بالنسبة للفولاذ الكربوني، والفولاذ منخفض السبائك، وسبائك النحاس، ودرجات معينة من الفولاذ المقاوم للصدأ، يعد الأكسجين المذاب هو العامل الأكثر أهمية الذي يؤثر على سلوك التآكل في الماء.

2) الغازات الذائبة الأخرى: عندما لا يوجد أكسجين في الماء، فإن ثاني أكسيد الكربون سوف يسبب تآكل النحاس والصلب، لكنه لا يعزز تآكل الألومنيوم. كميات ضئيلة من الأمونيا تؤدي إلى تآكل سبائك النحاس، ولكن ليس لها أي تأثير على الألومنيوم والصلب. يعزز كبريتيد الهيدروجين تآكل النحاس والفولاذ، لكن ليس له أي تأثير على الألومنيوم. يقلل ثاني أكسيد الكبريت من قيمة الرقم الهيدروجيني للمياه ويزيد من تآكلها للمعادن.

3) الصلابة: بشكل عام فإن زيادة صلابة المياه العذبة تقلل من تآكل المعادن مثل النحاس والزنك والرصاص والفولاذ. تتميز المياه الناعمة جدًا بقابلية تآكل قوية، ويجب عدم استخدام النحاس والرصاص والزنك في هذا النوع من المياه. على العكس من ذلك، فإن الرصاص مقاوم للتآكل في الماء اليسر وينتج تآكلًا متنقرًا في الماء ذو ​​صلابة عالية.

4) قيمة الرقم الهيدروجيني: يتآكل الفولاذ بشكل أقل في الماء عندما يكون الرقم الهيدروجيني أكبر من 11، ويتآكل أكثر عندما يكون الرقم الهيدروجيني أقل من 7.

5) تأثير الأيونات: يمكن لأيونات الكلوريد أن تلحق الضرر بسطح المعادن الخاملة مثل الفولاذ المقاوم للصدأ، مما يؤدي إلى التآكل أو SCC.

6) تأثير الحجم: مقياس CaCO3 في المياه العذبة. لا تساعد طبقة مقياس CaCO3 على نقل الحرارة، ولكنها مفيدة في منع التآكل.

4. تأثير عملية انتقال الحرارة على التآكل: يختلف سلوك تآكل المعادن في ظل ظروف انتقال الحرارة وعدم انتقال الحرارة. بشكل عام، يؤدي انتقال الحرارة إلى تفاقم تآكل المعادن، خاصة في ظل ظروف الغليان أو التبخير أو الحرارة الزائدة. يختلف تأثير انتقال الحرارة باختلاف الوسائط أو بالنسبة للمعادن المختلفة.

5. طرق مكافحة التآكل: معرفة أسباب التآكل المختلفة في المبادلات الحرارية واختيار التدابير المناسبة لمكافحة التآكل يمكن أن يحقق هدف الاستخدام الفعال للمعدات.