Mengapa Pemanas Perendaman Titanium dalam Campuran Etilen Glikol/Air 50/50 dengan 500 ppm Klorida pada suhu 90 derajat Gagal Lebih Cepat karena Korosi Celah Dibandingkan dengan Penipisan Seragam?

Kombinasi etilen glikol/air (50/50 vol%) sering digunakan sebagai cairan perpindahan panas dalam sistem termal matahari, HVAC, dan pendingin mesin. Pada suhu 90 derajat, 500 ppm klorida dari glikol yang rusak atau air riasan bermusuhan dengan titanium. Meskipun titanium sangat tahan terhadap korosi seragam dalam campuran ini, dengan laju korosi di bawah 0,02 mm per tahun, kegagalan terutama disebabkan oleh korosi celah pada penyangga tabung, flensa, dan gasket. Geometri celah menyebabkan peningkatan konsentrasi klorida dan penurunan konsentrasi oksigen, sedangkan produk pemecahan glikol (asam glikolat, asam format) menurunkan pH lokal. Laju perambatan korosi celah adalah 0,3-1,0 mm/tahun, 15-50 kali lebih cepat dibandingkan penjarangan seragam. Kegagalannya cukup terbatas dan perforasi terjadi ketika 95% permukaan tabung dibiarkan utuh.

Mekanisme Dominasi Celah dalam Campuran Glikol/Air

Dalam larutan curah, etilen glikol meningkatkan viskositas, yang menurunkan difusi oksigen. Stabilitas film pasif dijamin oleh oksigen yang cukup dan konsentrasi klorida yang moderat. Dalam celah (misalnya di bawah penyangga PTFE atau pada paking) oksigen dengan cepat habis melalui proses katodik dan tidak disuplai. Klorida berdifusi ke dalam celah untuk menjaga netralitas listrik dan mencapai tingkat 2.000 hingga 10.000 ppm. Glikol terurai secara termal pada suhu 90 derajat menjadi asam organik (glikolat, format, oksalat). Asam ini menurunkan pH lokal celah menjadi 3-4. Klorida, pH rendah dan penipisan oksigen bersama-sama menurunkan lapisan pasif. Korosi pada anoda celah bersifat aktif, didorong oleh katoda eksternal yang besar pada sisa permukaan tabung. Jika arus galvanik antara celah (anoda) dan bagian luar (katoda) dipertahankan, laju pelarutannya signifikan. Akhirnya, terjadi perforasi.

Perbandingan Kuantitatif Laju Korosi Seragam dan Celah

Pengujian terkontrol dalam 50/50 etilen glikol/air dengan 500 ppm klorida (mulai pH 6,5) pada 90 derajat selama 2.000 jam telah menunjukkan tingkat korosi yang sangat berbeda. Laju korosi umum pada tabung halus tanpa celah hanya 0,008 hingga 0,015 mm/tahun. Permukaannya cemerlang dan bebas lubang, menunjukkan film pasif yang stabil. Dengan kecepatan ini, ketebalan dinding 1,2 mm akan memberikan masa pakai lebih dari 50 tahun. Namun laju korosi celah mencapai 0,30–0,70 mm/tahun di bawah dukungan PTFE dengan celah celah 0,2 mm. Tahap inisiasi berlangsung antara 200 dan 500 jam, dan alur dengan kedalaman 0,3–0,6 mm berkembang dalam 1.000 jam. Dengan gasket karet yang memiliki celah 0,1 mm, laju korosi celah meningkat menjadi 0,50 hingga 1,00 mm/tahun, dimulai dalam 100 hingga 300 jam dan melubangi dinding 1,2 mm dalam 1200 hingga 2400 jam. Pada sambungan gulungan tabung ke lembaran tabung, laju korosi celah adalah 0,20 hingga 0,50 mm per tahun dengan permulaan dalam 300 hingga 800 jam.

Dampak Degradasi Klorida dan Glikol terhadap Keparahan Celah

Tingkat keparahan serangan celah merupakan fungsi kuat dari kondisi glikol dan konsentrasi klorida. Glikol segar (dengan inhibitor) pada 100 ppm klorida memberikan pH celah 5,5 setelah 500 jam dengan laju korosi 0,10-0,25 mm per tahun. Glikol segar tanpa hambatan pada 500 ppm klorida turun menjadi pH 4,5 dengan laju 0,30-0,60 mm per tahun. Glikol yang terurai secara termal (500 jam pada 90 derajat ) dengan 500 ppm klorida menghasilkan pH 3,5. Kecepatannya 0,60-1,00 mm/tahun. Glikol yang rusak parah dengan lebih dari 1.000 ppm asam organik dengan 1.000 ppm klorida, pH 3,0, laju korosi celah 1,00-1,80 mm per tahun. Pada kondisi ini, laju korosi seragam <0,025 mm/tahun, menunjukkan korosi celah sebagai mekanisme kegagalan yang dominan.

Tindakan Pencegahan Korosi Celah Glikol/Pemanas Air

Tabel di bawah memberikan pedoman untuk mengurangi korosi celah pada kombinasi etilen glikol/air pada suhu 90 derajat, berdasarkan konfigurasi pemanas dan penilaian risiko celah.

Pengaturan Pemanas Bahaya CelahUsulan Perubahan Desain Perkiraan Laju Korosi Celah (mm/tahun)
Spacer tabung PTFE (jarak 0,2-0,5 mm) Lasan Titanium tinggi mendukung penggantian<0.02
Flensa dengan gasket karetSangat tinggi Gunakan konektor yang dilas atau dibraze<0.02
Roller memperluas tabung dalam tubesheet Sedang Tabung las-ke-tubesheet setelah pemuaian 0,05–0,10
Perlengkapan kompresi tinggi Hilangkan; gunakan alat kelengkapan yang dilas<0.02
Mendesain ulang celah yang ada Tidak dapat mendesain ulang Sedang Gunakan pita PTFE untuk menambal celah 0,15–0,30
Rekayasa Lebih dari Penghapusan Retak

Ketahanan korosi celah sangat dipengaruhi oleh kadar titanium. Tingkat 7 (paladium yang distabilkan) memiliki waktu permulaan 3-5 kali lebih lama dan tingkat propagasi 50-70% lebih rendah dibandingkan Tingkat 2 pada celah glikol/air. Ketebalan dinding memberikan kelonggaran material. Dinding 2,0 mm dengan korosi celah 0,5 mm per tahun akan bertahan selama 4 tahun, namun dinding 1,2 mm hanya akan bertahan 2,4 tahun. Paket penghambat glikol penting; inhibitor berbasis nitrit mendorong korosi celah titanium, sedangkan inhibitor berbasis molibdat atau azol tidak berbahaya. Sampel glikol reguler untuk pH, klorida, dan konsentrasi asam organik memungkinkan pemeliharaan prediktif. Menambahkan monoetanolamina untuk menjaga pH glikol di atas 8,0 sangat mengurangi serangan celah.

Membuat spesifikasi dengan wawasan

Rancang pemanas imersi titanium untuk 50/50 etilen glikol / air dengan 500 ppm klorida pada suhu 90C. Jadikan-bebas celah: gunakan penyangga tabung yang dilas, flensa yang dilas, dan sambungan tabung yang dilas-ke-lembar tabung. Jika tidak ada retakan yang hilang, gunakan titanium Kelas 7, dan periksa semua lokasi celah setiap tiga bulan dengan borescope atau penetran pewarna. Untuk pemanas yang sudah beroperasi dan mengalami korosi celah, pasang kembali dengan pita PTFE atau penyegel silikon untuk menutupi celah tersebut dan tambahkan natrium molibdat ke glikol pada 200 ppm sebagai penghambat korosi. Periksa glikol apakah pH turun di bawah 6,0 selama pengoperasian; jika ditemukan penurunan pH, segera ubah muatan glikol. Korosi celah dapat menyebabkan kegagalan pemanas 15-50 kali lebih cepat dibandingkan penjarangan seragam. Mengetahui hal ini, insinyur tersebut menekankan pengurangan celah dibandingkan pemilihan tingkat material dalam layanan etilen glikol/air.