Milyen típusú helyi korrózió fordulhat elő különösen a négyutas csatlakozó folyadékelterelési pontján

I. A 4-utas póló: magas kockázatú csomópont a csőrendszerekben

A 4 irányú pólóillesztés , amely az összetett folyadékhálózatok konvergáló és széttartó áramlásainak központi elemeként szolgál, a mechanikai igénybevétel, a folyadékdinamika és a korrozív tényezők egyedülálló kombinációjának van kitéve. Különleges geometriája magas kockázatú csomóponttá teszi az egész rendszeren belül.

Az egyenes csőszakaszoktól eltérően a 4 utas póló belsejében négy áramlási csatorna heves metszéspontja és éles elfordulása van a központi kamrán belül. Ez a sajátos belső geometria, különösen az elágazó bemeneteknél, ahol a folyadék éles 90∘ irányváltoztatás, hirtelen változást okoz a folyadék sebességében és nyomásában. Következésképpen ez a geometria bizonyos típusú lokalizált korróziót vált ki. Ezek a lokalizált formák korróziós aránya lényegesen magasabb, mint az általános korrózió, ami könnyen átmenő falperforációhoz és katasztrofális meghibásodásokhoz vezethet.

II. A lokalizált korrózió elsődleges típusai az áramlási fordulási zónákban

A 4-utas Tee szerelvények áramlási forgási zónáiban a helyi korrózió két legelterjedtebb és legpusztítóbb típusa az áramlásgyorsított korrózió (FAC) és az eróziós korrózió.

2.1 Flow Accelerated Corrosion (FAC)

2.1.1 Az FAC szakmai mechanizmusa

Az áramlási gyorsított korróziót, amelyet történelmileg, de pontatlanul erózió-korróziónak neveznek, ma már egyértelműen besorolják a modern korróziótudományban. A FAC elsősorban azt a jelenséget írja le, amikor a fémfelületen a védő oxidréteg (például magnetit Fe3O4 acélon) vagy kémiailag oldódik, vagy mechanikai úton, a megnövekedett folyadéksebesség és turbulencia miatt felgyorsult, felgyorsítva ezzel az alapfém korrózióját.

A FAC az elektrokémiai korrózió és a folyadékdinamika kölcsönhatásának eredménye. Alapelvei a következők:

1. Tömegátadási sebesség szabályozása: Semleges vagy gyengén lúgos vizes oldatokban (pl. kazán tápvíz, kondenzátum) a fémkorrózió sebességét gyakran az oldott oxigén vagy a hidratált ionok fémfelületre történő tömegátadási sebessége szabályozza. A nagy turbulencia a 4-utas póló forgási zónájában jelentősen elvékonyítja a felületi diffúziós réteget (Nernst Diffusion Layer).

2. Gyorsított oxidréteg-oldódás: A nagy sebességű és nagy turbulens áramlás, különösen alacsony oxigéntartalmú vagy oxigénmentesített, nagy tisztaságú vízben, felgyorsítja a védő oxidréteg feloldódását az ömlesztett folyadékban, mint oldható ionokat.

3. Az aljzat expozíciója: A védőréteg eltávolítása után a szabaddá vált nemesfém gyorsan korrodálódik, és új oxidréteget képez. Ez az újonnan képződött réteg azonban gyorsan feloldódik vagy eltávolítható a felgyorsult áramlástól. Ez ördögi kört képez, ami a falak gyors elvékonyodásához vezet.

2.1.2 Miért FAC hotspotok a 4 utas pólók?

A turning zone of a 4-Way Tee is a typical FAC hotspot because of:

• Nagy nyírófeszültség: Mivel a folyadék a 90∘ A kanyar belső oldalán (különösen az elágazó bemenetek szélein) rendkívül nagy fluid nyírófeszültségek keletkeznek, amelyek közvetlenül megtámadják az oxidréteget.

• Lokalizált nagy turbulencia: Az áramlási elválasztási és recirkulációs zónák által kialakított nagy intenzitású lokalizált turbulencia jelentősen növeli a tömegátadási sebességet, felgyorsítja az oxidréteg oldódását.

2.2 Erózió-korrózió

2.2.1 Az erózió-korrózió szakmai mechanizmusa

Az erózió-korrózió kifejezetten a mechanikai kopás és a kémiai korrózió szinergetikus hatását jelenti, ha a közeg szilárd részecskéket (pl. homokot, salakot, katalizátorporokat) tartalmaz. A részecskék nagy kinetikus energiával csapnak be a fémfelületre.

• Mechanikai erózió: A szilárd részecskék beütik és leválasztják vagy megbontják a fémrácsot, anyagveszteséget okozva.

• Szinergikus hatás: A mechanikai erózió felgyorsítja a korróziót: a részecskék becsapódása nem csak a védő oxidréteget távolítja el, hanem egy friss, aktívabb fémfelületet is szabaddá tesz, ezáltal az elektrokémiai korrózió sebessége az egekbe szökik. Ezzel egyidejűleg a korróziós termékek laza és porózus jellege érzékenyebbé teszi őket a súrlódásra és a részecskék általi eltávolításra, ami tovább gyorsítja az eróziós folyamatot.

2.2.2 Eróziós-korróziós hotspotok 4 utas pólókban

A 4-utas Tee-nél az erózió-korrózió legsúlyosabb területei a fordulat utáni közvetlen becsapódási pontok és az áramlás eltérítésének belső hajlítási tartománya. A kanyar során fellépő tehetetlenség miatt a nehéz részecskék hajlamosak megőrizni lineáris lendületüket, nagyobb sebességgel és szögben becsapva a forgó ág szemközti belső falát.

Ez a jelenség különösen szembetűnő a magas szilárdanyag-tartalmú iszapokat szállító vagy nagy áramlási sebességgel működő rendszerekben.

III. Egyéb lokalizált korróziótípusok

A FAC és az eróziós korrózió mellett a 4-utas pólók geometriai jellemzői a helyi korrózió egyéb formáit is kiválthatják bizonyos közegviszonyok között:

3.1 Réskorrózió

Ha a 4-utas Tee menetes csatlakozásokat vagy karimás csatlakozásokat használ, és apró, nehezen tisztítható rések képződnek a menetgyökereknél, a tömítés alatt vagy a hegesztési zónában, réskorrózió léphet fel. Egy szűk résen belül a folyadék megújulása korlátozott, ami az oxigénkoncentráció gradienseinek, a pH-szinteknek és a kloridion-koncentrációnak helyi változásához vezet. Ez korróziós cellát képez, ami a fém gyors feloldódását eredményezi a hasadékban.

3.2 Turbulencia által kiváltott lyukkorrózió

Míg a turbulencia gyakran gátolja az általános korróziót, nagy turbulens, nagy sebességű áramlás esetén nagy koncentrációjú kloridionokat tartalmazó közegben (például tengervízben), a turbulencia helyi eróziót okozhat a fém felületén, apró aktív foltokat hozva létre. Ezek a foltok hajlamosak lyukas korróziós magokká fejlődni. Amint kialakul egy gödör, annak autokatalitikus mechanizmusa mélyen az anyagba vezeti a korróziót, ami végül perforációhoz vezet.