In un'asta termica in titanio che surriscalda vapore a bassa-pressione (150 gradi, 4 bar) per l'iniezione in un serbatoio di salamoia, il tubo principale funziona con vapore secco e rimane passivo con un tasso di corrosione inferiore a 0,01 mm all'anno. Tuttavia, la linea di ritorno della condensa, dove il vapore condensa dopo aver trasferito il calore, contiene acqua liquida con cloruri disciolti dal serbatoio della salamoia a causa della diffusione inversa o del trascinamento. Il film di condensa è sottile e concentrato, creando un ambiente di cloruro altamente aggressivo. La combinazione del flusso di condensa e dei cloruri concentrati provoca un attacco di scanalature-un'erosione lineare localizzata-schema di corrosione-sul fondo della linea di ritorno della condensa. La velocità di scanalatura può raggiungere 0,3–1,5 mm all'anno, portando alla perforazione entro 1–5 anni mentre il tubo principale rimane inalterato.

Il meccanismo di attacco scanalato nelle linee di ritorno della condensa

Nella linea del vapore principale, il vapore ad alta-temperatura (150 gradi) è secco e contiene meno dello 0,1% di acqua liquida. Le concentrazioni di cloruro rimangono basse. Nella linea di ritorno della condensa, il vapore si condensa sulle pareti del tubo più freddo, formando una sottile pellicola liquida. I cloruri derivanti dalla diffusione del serbatoio della salamoia-(1.000–10.000 ppm) si concentrano in questa pellicola attraverso l'evaporazione. Il flusso di condensa crea uno sforzo di taglio sul fondo del tubo, rimuovendo meccanicamente la pellicola passiva. La combinazione di elevata concentrazione di cloruro (10.000–50.000 ppm sulla superficie metallica) e flusso rimuove l'ossido protettivo, provocando scanalature lineari lungo il fondo del tubo.

Tassi di scanalatura quantitativi nelle linee di ritorno della condensa

Test controllati in condensa simulata (concentrazioni variabili di cloruro) che scorre a 1 m/s su titanio di grado 2 hanno stabilito le seguenti velocità di scanalatura. Ad una concentrazione di cloruro di condensa di 100 ppm, la velocità di scanalatura è di 0,05–0,10 mm all'anno e il tempo necessario per perforare una parete di 1,5 mm è di 15–30 anni. A 500 ppm, la velocità di scanalatura è di 0,15–0,30 mm all’anno e il tempo necessario per la perforazione è di 5–10 anni. A 1.000 ppm, la velocità di scanalatura è di 0,30–0,60 mm all’anno e il tempo di perforazione è di 2,5–5 anni. A 5.000 ppm, la velocità di scanalatura è di 0,80–1,50 mm all’anno e il tempo di perforazione è di 1–2 anni. A 10.000 ppm, la velocità di scanalatura è di 1,50–3,00 mm all’anno e il tempo di perforazione è di 0,5–1 anno. Per fare un confronto, il tubo principale del vapore secco allo stesso livello di riporto di cloruro non mostra scanalature misurabili.

Influenza della velocità del flusso della condensa e dell'orientamento del tubo sulla scanalatura

La velocità di scanalatura aumenta con la velocità del flusso. A 0,5 m/s e 1.000 ppm di cloruro, la velocità di scanalatura è di 0,15–0,30 mm all'anno. A 1,0 m/s e 1.000 ppm, la velocità è di 0,30–0,60 mm all’anno. A 2,0 m/s e 1.000 ppm, la velocità raggiunge 0,50–1,00 mm all’anno. Anche l'orientamento del tubo è importante; i tubi orizzontali con scanalatura inferiore sono i più sensibili. I tubi verticali con flusso verso il basso presentano meno scanalature perché il film di condensa è distribuito in modo più uniforme. I tubi con frequenti sifoni che rimuovono la condensa hanno velocità di scanalatura inferiori perché il film liquido è più sottile.

Guida alla mitigazione delle scanalature per i sistemi di iniezione di vapore

La tabella seguente fornisce raccomandazioni per prevenire l'attacco di scanalature nelle linee di ritorno della condensa di titanio nei sistemi di iniezione di vapore con serbatoi salamoia.

Ingegneria oltre la mitigazione della scanalatura

Il grado di titanio influisce sulla resistenza alla scanalatura. Il grado 7 (stabilizzato al palladio-) ha velocità di scanalatura 2–3 volte inferiori rispetto al grado 2 nel condensato ad alto-cloruro. Il grado 12 offre un miglioramento intermedio. Lo spessore della parete fornisce un margine di scanalatura; una parete da 2,5 mm con una velocità di scanalatura di 0,5 mm all'anno dura 5 anni. È necessario installare uno scaricatore di condensa nel punto più basso della linea della condensa per rimuovere immediatamente la condensa. Una valvola di ritegno impedisce la diffusione della salamoia-nella linea della condensa. Il lavaggio periodico con acqua dolce (giornaliero) diluisce i cloruri nella linea della condensa. Il tubo deve essere inclinato verso lo scaricatore per evitare accumuli di condensa.

Fare una specifica informata

Per un'asta riscaldante in titanio utilizzata per surriscaldare il vapore iniettato in un serbatoio della salamoia, progettare la linea di ritorno della condensa con un rivestimento in PTFE di 1 mm di spessore, uno scaricatore di vapore nel punto più basso e una valvola di ritegno per impedire la retro-diffusione. Per gli impianti esistenti con scanalature, installare uno spruzzo d'acqua che inietti acqua dolce nella linea della condensa alla velocità di 1 L all'ora per diluire i cloruri. Specificare titanio grado 7 per la linea di ritorno della condensa. Durante il funzionamento, ispezionare annualmente il fondo della linea della condensa utilizzando la mappatura dello spessore ad ultrasuoni; se la scanalatura supera la profondità di 0,3 mm sostituire la sezione interessata. Controllando la concentrazione di cloruro di condensa e utilizzando rivestimenti in PTFE, l'ingegnere previene l'attacco delle scanalature consentendo al tubo principale in titanio di funzionare inalterato.