Kapalı fermantasyon tanklarındaki titanyum ısıtma tüplerinde hava kabarcığı durgunluğu korozyonu nasıl ortadan kaldırılır

# Belge: Teknik Makale No. 68 ## Başlık: Kapalı fermantasyon kaplarındaki titanyum ısıtma tüplerinde hava kabarcığı durgunluğunu ve korozyonu önleme yöntemleri Isıtıldığında, çözünmüş hava, tamamen kapatılmış fermantasyon kaplarında küçük kabarcıklara ayrılacaktır. Bu damlacıklar titanyum ısıtma tüplerinin dış duvarına uzun süre yapıştığında, gaz-sıvı iki-fazlı bir durgun bölge oluşur. Titanyum dioksit pasif filminin kendi kendini onarması için gerekli olan sürekli sıvı film-bu benzersiz mikro ortam tarafından yok edilir ve bu da lokalize konsantre oyuklanma korozyonuna neden olur. Bu korozyon sıklıkla tüp gövdesinin üst yarısında ve flanşlı ısıtma düzeneklerinin üst kısmında görülür. Bu makale, kabarcık durgunluğunun korozyon mekanizmasının kapsamlı bir analizini sunmakta ve kabarcık tutma tehlikelerini temelden ortadan kaldırmak için kapsamlı bir dizi yapısal tasarım ve çalışma ayarlama çözümü sunmaktadır. ## 1. Titanyum yüzeylerdeki durgun hava kabarcıklarının korozyon mekanizması 1. Pasif filmin eksik onarımı, aralıklı oksijen beslemesinin bir sonucudur. Sıvı fazdaki çözünmüş oksijen kabarcık-örtülü alandan izole edilir. Söz konusu TiO₂ pasif filmi, çizikleri ve incelmiş alanları iyileştirmek için oksijenle doldurulamaz. Sıvı-kaplı tüp duvarı, oksijen-zengin, bozulmamış bir katottur, oysa kabarcık-kaplı alan, oksijeni-eksik bir aktif anot haline gelir ve bu, aynı titanyum tüp üzerinde kendiliğinden-galvanik korozyona neden olur. Döngüden döngüye, korozyon çatlakları aşağıya doğru genişlemeye devam eder. 2. Kabarcıkların kenarlarında çözünen madde konsantrasyonunun zenginleşmesi Kabarcıkların gaz-sıvı sınırı, sürekli sıvı buharlaşmasının olduğu bir bölgedir. Sonuç olarak, organik asit, klorür ve şeker maddeleri kabarcık halkası boyunca çökelir ve birikerek son derece korozif olan, oldukça konsantre bir mikrobölgenin oluşmasına neden olur. Bu mikro bölge, lokalize matris aşınmasını hızlandırır. 3. Pasif film, kuru ve ıslak koşullar arasında değişen termal stres kırılmalarına maruz kalır. Boru yüzeyindeki kuru gaz teması ve nemli sıvının periyodik olarak değişmesi, sıcaklık dalgalanmalarına tepki olarak kabarcıkların genleşmesi ve daralmasından kaynaklanır. Yoğun mikro çatlaklar, kırılgan pasif filme tekrar tekrar çekme ve basma geriliminin uygulanmasıyla oluşturulur ve bu da aşındırıcı iyonların nüfuz etmesi için kanallar oluşturur. ## 2. Kabarcık durgunluğuna katkıda bulunan birincil faktörler 1. Isıtma borusu kurulumunun düzeni makul değildir. Kabarcık birikiminin en şiddetli senaryosu, uzun titanyum ısıtma tüplerinin yatay kurulumunu içerir. Kabarcıklar tüpün üst kavisi üzerinde yükselip birikerek kaçmalarını imkansız hale getirir. Düzeneğin üzerinde yükselen kabarcıklar aynı zamanda tankın üstüne çok yakın monte edilen tüpler tarafından da tutulur. 2. Yetersiz orta sirkülasyon akış hızı Isıtmayla üretilen mikrokabarcıklar statik veya düşük-hızlı sıvı akışıyla giderilemez. Akış hızı 0,6 m/s'den az olduğunda tüp yüzeyindeki ovalama etkisi kaybolur. 3. Aşırı yüzey güç yoğunluğu Sıvı akışının kabarcıkları taşıma kapasitesi, yüksek ısı yükü nedeniyle önemli ölçüde aşılır, bu da anında çok sayıda küçük buhar kabarcığı oluşturarak kümülatif kabarcık kapsama alanıyla sonuçlanır. 4. Kapalı bir kapta düşük-basınçlı statik çalışma Sürekli havalandırma sirkülasyonunun yokluğunda, çözünmüş gaz tanktan boşaltılamaz sistem ve ısıtma sırasında yeni kabarcıklar sürekli olarak ayrılır. 5. Kabarcık yakalama kör alanları, gömme kaynak takviyesi ve yerel ölü bölgeler olan PTFE destekleri ile boru duvarları arasındaki boşluklar tarafından oluşturulur. Bu alanlar, küçük kabarcıkların biriktiği ve büyük kalıcı hava ceplerine dönüştüğü yerdir. ## 3. Kabarcık tutulmasını önlemek için yapısal tasarımın optimizasyonu 1. Isıtma borusu kurulumunun eğimini artırın. Titanyum ısıtma boruları, flanş ucundan serbest uca kadar 10 derece –15 derece yukarıya doğru eğimle kurulmalıdır; yatay düzenleme yasaktır. Kabarcıklar, eğimli boru yüzeyi boyunca serbest uca doğru kayarak boşaltılmak üzere tankın sıvı yüzeyine yükselir. Dikey boru düzeni, kabarcık birikimini neredeyse tamamen ortadan kaldırdığından-küçük hacimli kaplar için en uygun seçimdir. 2. Kolsuz bluz ile boru demetleri arasındaki mesafeyi genişletin. Isıtma borusu grubunun üst kısmı ile minimum işletim sıvısı seviyesi arasındaki dikey mesafe, kabarcığın yukarı doğru kaçışı için yeterli alan olmasını sağlayacak şekilde 300 mm'den az olmamalıdır. 3. Kaynak ve destek temas yüzeyleri pürüzsüz bir yüzey elde edecek şekilde cilalanmıştır. Tüm kaynak dikişlerini, takviye çıkıntısı olmadan düzgün bir ark geçişine kadar taşlayın; Kabarcıkları yakalayan içbükey boşlukları önlemek için geniş-yüzey yay şekilli PTFE desteklerini seçin. 4. Isıtma borusunun çevresine akış kılavuzu bölmeleri takın. Boru duvarı etrafında spiral bir temizleme sıvısı akışı oluşturmak için, boru demetinin yukarı akış tarafına yönlendirme plakaları takın. Bu, yapışan mikrokabarcıkları sürekli olarak ortadan kaldıracaktır. ## 4. Kabarcık oluşumunu ve tutulmasını en aza indirmek için standartlaştırılmış çalışma kontrolü 1. Makul bir yüzey güç yoğunluğunu düzenleyin. Isıtmadan-ayrılmış mikrokabarcıkların miktarını azaltmak için, kapalı fermantasyon tanklarının güç yoğunluğu, yüksek-yük düşük ısı yükü tasarım standardına{. 2. göre açık tanklara kıyasla %20 azaltılır. En az 1,0 m/s'lik orta dolaşım akış hızını koruyun. Isıtmadan önce, stabil bir sıvı temizleme işleminin oluştuğundan emin olmak için sirkülasyon pompasını etkinleştirin; sirkülasyon olmadan tek bir statik ısıtmadan kaçınmak önemlidir. 3. Sabit bir sıcaklıkta yetiştirme sırasında sürekli hafif havalandırma Genel sıvı karışımının teşvik edilmesi, aşırı doymuş çözünmüş gazın tanktan boşaltılması ve tüp duvarında yeni kabarcık çökelmesinin azaltılması, basınçlı hava havalandırması izlenerek kolaylaştırılır. 4. Gradyan sıcaklık artışının çalışması Ani sıcaklık artışının bir sonucu olarak anlık kütle kabarcıklarının ayrılmasını önlemek için, ısıtma işleminin 3'ten az veya buna eşit bir hızda gerçekleştirilmesi önerilir. başlatma aşamasında derece /dak. 5. Bakım sırasında tankın tutarlı bir şekilde söndürülmesi Ortamdaki çözünmüş gaz doygunluğunu azaltmak ve tankın üst kısmında biriken gazı boşaltmak için tank egzoz valfi her üç günde bir 10-15 dakika süreyle açılmalıdır. ## 5. Kabarcık durgunluğu korozyon incelemesi ve değerlendirme tekniği Tank boşaltma bakımı tamamlandıktan sonra, tüp yüzeyini incelemek için parlak bir ışık kullanın: - Tipik özellik: Uzun-vadeli kabarcık kapsama yoluna uygun olarak yatay tüplerin üst yarım dairesine dağıtılmış, halka şeklinde koyu gri oyuklanma korozyon bölgesi. - Elektrokimyasal potansiyel testi: Kabarcık kapsama alanının potansiyeli alttan 80–120 mV daha düşüktür aynı tüpün sıvıya dalma alanı, ciddi pasif film hasarına işaret ediyor. - Ultrasonik kalınlık ölçümü: Üst ark duvar kalınlığı kaybı, tüpün tabanındaki kayıptan önemli ölçüde daha fazladır.|Kabarcık Durgunluğunun Tehlike Kaynağı|Hedefli Eliminasyon Önlemi|Çekirdek Etkisi|| ----|----|----|| Kabarcıkları yakalayan yatay tüp düzeni|Tüpleri 10 derece –15 derece yukarı eğimle veya dikey düzende takın|Kabarcıklar uzun süreli yüzeye tutunmadan kayar ve kaçar|Düşük sıvı akışı mikro kabarcıkları temizleyemiyor|1,0 m/s veya daha yüksek bir sirkülasyon akışını koruyun ve akış kılavuzu saptırma plakalarını takın.|Sürekli sıvı temizleme, yeni oluşan küçük kabarcıkları ortadan kaldırır.|Yüksek güç yoğunluklu kütle kabarcık çökelmesi.|Kapalı tanklar için yüzey güç yoğunluğunu %20 azaltın.|Anlık büyük ölçekli kabarcık ayrılmasını bastırın.|Statik sızdırmaz tank aşırı doymuş çözünmüş gaz.|Sürekli mikro havalandırma + düzenli tank egzozu.|Kabarcık oluşumunu azaltmak için çözünmüş gaz içeriğini azaltın.|Kaynak/destek boşluğu kabarcıkları Gaz-sıvı iki fazlı, oksijenden yoksun mikrozonlar, titanyum ısıtma tüpleri üzerindeki durgun hava cepleri tarafından oluşturulur ve bu da kendiliğinden galvanik lokalize çukurlaşma korozyonuna neden olur. Kabarcıkların boru duvarına uzun süreli yapışmasını önlemek için temel çözüm, eğimli bir boru yapısal yerleşimi, yüksek hızlı sirkülasyonlu temizleme, düşük ısı yükü tasarımı ve sürekli havalandırma işleminden oluşur. Kabarcık korozyonu kusurlarının erken tespiti ve titanyum ısıtma borularının duvardan sızıntı arızasının önlenmesi, düzenli görsel inceleme ve bakım sırasında potansiyel testler yoluyla sağlanabilir.