Bagaimana Ketahanan Erosi-Korosi 70-30 Cupronickel Dibandingkan dengan PTFE di Air Laut Kecepatan Tinggi?
Tinggalkan pesan
Pergerakan air asin, terutama ketika membawa pasir tersuspensi atau pecahan cangkang, berfungsi sebagai sandblaster cair di dalam tabung penukar panas. Dua bahan yang biasanya digunakan dalam layanan air laut--tembaga-nikel 70-30 dan PTFE--merespons secara berbeda terhadap penyalahgunaan mekanis ini. Tantangannya lebih dari sekedar ketahanan terhadap korosi. Perjuangan sebenarnya adalah melawan degradasi akibat dampak partikel berkecepatan tinggi.
Hasilnya mungkin tampak bertentangan dalam perbandingan air laut korosi erosi cupronickel 70-30 versus PTFE. Karena PTFE secara kimiawi inert terhadap air laut, sedangkan paduan tembaga masih merupakan logam yang aktif secara elektrokimia. Namun dalam keadaan aliran berkecepatan tinggi yang bersifat abrasif, paduan logam yang lebih keras terkadang dapat bertahan lebih lama dari polimer yang lebih lunak ketika erosi menjadi mode kegagalan yang dominan.
Erosi Sistem Air Laut-Korosi
Erosi-korosi adalah fenomena gabungan mekanis dan elektrokimia.
Pengaruh Kecepatan Fluida
Ketika kecepatan air laut meningkat,
Turbulensi semakin parah
Lapisan batas tipis
Peningkatan energi tumbukan partikel
keausan permukaan semakin cepat
Dengan padatan tersuspensi, material secara fisik dikeluarkan dari dinding tabung oleh aliran fluida.
Pasir sebagai bahan abrasif
Partikel pasir halus dapat menyebabkan :
Pencungkilan permukaan
Strip film
Pemotongan mikro
Dampak kelelahan berulang
Tingkat keparahan bervariasi pada:
Konsentrasi partikel
Ukuran partikel
Kekerasan partikel
Bentuk partikel
Kecepatan aliran
Partikel kuarsa sangat berbahaya karena ketajaman, kekerasan, dan geometri sudutnya.
Bagaimana 70-30 Cupronickel Melindungi Dirinya Sendiri
Paduan tembaga-nikel 70-30 kira-kira:
70% tembaga
30% nikel
Untuk waktu yang lama paduan ini telah digunakan untuk penukar panas maritim karena pembentukan lapisan oksida pelindung.
Lapisan Oksida Penyembuhan Diri.-
Paduan ini berkembang jika terkena air laut:
Lapisan oksida tembaga melekat kuat
Lapisan oksida ini membentuk lapisan pelindung terhadap kerusakan lebih lanjut.
Logamnya dilapisi dengan-kulit keramik yang dapat menyembuhkan sendiri. Satu-satunya pertahanan polimer adalah kelicinannya.
Hambatan pada Kecepatan Aliran Tinggi
Dalam air laut yang bersih, lapisan oksida dapat stabil pada kecepatan sebagai berikut:
3-4 m/detik
Dalam kisaran ini:
Penghapusan film masih dibatasi
Serangan Permukaan Masih Terkendali
Lapisan pelindung selalu direformasi
Jika lapisan oksida sedikit terganggu akibat abrasi, logam yang terbuka akan dengan cepat teroksidasi ulang dan mengembalikan perlindungan.
Ketangguhan Paduan (Mekanis)
Bahan dasar tembaga-nikel di bawahnya juga memberikan ketahanan mekanis.
Paduannya adalah
Fleksibilitas
Sulit
Tahan retak
Kapasitas Penyerapan Energi Dampak
Kekuatan mekanis ini membantu mencegah kerusakan permukaan yang parah bahkan dalam kondisi aliran turbulen.
Reaksi PTFE terhadap Air Laut yang Abrasif
Bedanya dengan PTFE adalah ia bukan logam dan tidak mengandalkan perlindungan elektrokimia.
Kelembaman Kimia Lengkap PTFE adalah:
Ketahanan korosi terhadap air laut
Tidak rentan terhadap serangan klorida
Tahan terhadap biofouling kimia
Stabil dalam air garam.
Tidak ada proses korosi sehingga tidak ada lapisan oksida yang terurai.
Gosok mekanis murni
Bagi PTFE, proses kegagalan sebenarnya hanya bersifat mekanis.
Permukaan polimer dapat terkena:
goresan
Erosi permukaan
Erosi partikel
Hilangnya materi secara progresif
PTFE kira-kira sekeras kuku manusia, oleh karena itu pada kecepatan aliran tinggi dapat rusak karena benturan berulang dengan pasir.
Batas Kecepatan PTFE
PTFE tidak memiliki kekerasan paduan logam, dan kecepatan operasi amannya dalam layanan abrasif jauh lebih rendah.
Aliran Air Bersih vs Aliran Bermuatan Pasir
PTFE bekerja dengan baik di air laut bersih dengan kondisi aliran sedang.
Namun, untuk layanan bubur berpasir:
Batas kecepatan praktis dapat dikurangi menjadi sekitar 1-2 m/s
Di luar rentang ini:
Tingkat keausan dapat meningkat dengan cepat
Permukaannya mungkin menipis.
Kemunduran-integritas struktural jangka panjang
Batas yang diperbolehkan sangat bergantung pada konsentrasi dan agresivitas padatan tersuspensi.
Signifikansi Karakteristik Partikel
Erosi PTFE jauh lebih besar jika partikelnya:
Bulat bukan bersudut
Besar, tidak bagus
Keras tidak lembut
Meskipun lumpur halus pada konsentrasi rendah hanya menyebabkan sedikit kerusakan, partikel silika yang tajam dapat melarutkan polimer jauh lebih keras.
Mengapa 70-30 Cupronickel terkadang lebih tahan lama dibandingkan PTFE
Ketika mempertimbangkan media korosi kimia murni, PTFE umumnya lebih disukai.
Namun, perbandingannya tidak sama dalam kasus kondisi air laut yang abrasif.
Kelambanan dan kekerasan
70-30 keunggulan Cu-Ni
Peningkatan kekerasan permukaan
Perlindungan oksida-penyembuhan diri
Ketahanan yang lebih baik terhadap pemotongan partikel
PTFE menyediakan:
Kekebalan kimia total
Perilaku permukaan gesekan rendah
Tidak ada degradasi elektro-kimia
Namun kelemahan utama dalam layanan erosif adalah kelembutan.
Perlindungan Tunggal PTFE adalah Gesekan
Keuntungannya adalah PTFE mempunyai koefisien gesek yang rendah.
Permukaan yang licin dapat:
Mengurangi adhesi partikel
Mengurangi gesekan geser
Menghilangkan beberapa dampak transfer energi
Namun, keunggulan ini mungkin tidak cukup untuk mengkompensasi berkurangnya kekerasan material di bawah aliran abrasif yang kuat.
Aplikasi Khas Setiap Bahan
Pemilihan material yang optimal tergantung pada apakah korosi atau erosi merupakan faktor utama dalam penerapannya.
Dimana 70-30 Cupronickel Bersinar
Cupronickel terus menunjukkan kinerja yang sangat baik di:
kondensor untuk penggunaan laut
Peralatan pendingin, angkatan laut
Perpipaan Air Asin aliran tinggi
Layanan penukaran toleran pasir
terutama bila kecepatan alirannya besar tetapi sifat kimianya agak khas.
Dimana PTFE Bersinar
PTFE unggul dalam bidang berikut:
Campuran Air Laut dari Bahan Kimia yang Sangat Korosif
Sistem klorinasi
Pengasaman perairan laut
Sistem Pengendalian Biofouling
asalkan padatan abrasif tersuspensi terbatas.
Dampak Desain Sistem
Kinerja material juga sangat bergantung pada bentuk penukar dan desain hidrolik.
Kontrol Aliran
Mengurangi erosi dapat mencakup:
Mengurangi kecepatan aliran
Dengan siku yang lebih halus
Menghilangkan perubahan arah secara tiba-tiba
Pemasangan pemisah pasir
Strategi Desain Hibrid
Beberapa sistem mencampur bahan dengan sengaja:
PTFE di Lingkungan yang Agresif Secara Kimia
Cu-Ni di area abrasif dengan aliran tinggi
Dengan cara ini seseorang dapat secara selektif memanfaatkan setiap zat.
Ringkasan
Evaluasi 70-30 cupronickel dibandingkan PTFE dalam air laut berkecepatan tinggi merupakan trade-off rekayasa klasik antara kelembaman kimia versus ketahanan mekanis. PTFE benar-benar tahan terhadap korosi oleh air laut, meskipun permukaannya yang relatif lunak dapat terkikis parah bila terkena aliran-yang bergerak cepat dan sarat pasir. Dalam praktiknya, dalam kondisi seperti itu, kecepatan dibatasi sekitar 1-2 ms-1.
Sebaliknya, 70-30 tembaga-nikel melindungi dirinya dengan lapisan oksida tembaga yang kuat dan dapat pulih sendiri yang dapat mentolerir kecepatan air asin 3-4 m/s dalam layanan bersih dan terus pulih dari kerusakan abrasif sedang. Lapisan pelindung ini, bersama dengan ketangguhan dan ketahanan mekanis paduannya, dapat memungkinkan masa pakai lebih lama di lingkungan laut yang sangat erosif.
Jadi, pada penggunaan air laut berpasir yang berat, paduan logam yang lebih sulit mungkin secara keseluruhan lebih tahan lama dibandingkan polimer yang unggul secara kimia. Pada akhirnya, pemilihan material untuk sistem termal maritim adalah pertarungan antara dua kekuatan yang berbeda: kemampuan logam untuk menyembuhkan dirinya sendiri dan menerima pukulan fisik, dan kemampuan polimer untuk mengabaikan bahan kimia.
