So beseitigen Sie Luftblasen-Stagnationskorrosion an Titan-Heizrohren in versiegelten Gärtanks

# Dokument: Technischer Artikel Nr.. 68 ## Titel: Methoden zur Verhinderung von Luftblasenstagnation und Korrosion an Titanheizrohren in versiegelten Fermentationsbehältern. Beim Erhitzen trennt sich gelöste Luft in vollständig versiegelten Fermentationsbehältern in winzige Blasen. Wenn diese Tröpfchen über einen längeren Zeitraum an der Außenwand von Titanheizrohren haften, entsteht eine zweiphasige Gas-Flüssigkeitszone-. Der kontinuierliche Flüssigkeitsfilm, der für die Selbstreparatur des passiven Titandioxidfilms erforderlich ist, wird durch diese einzigartige Mikroumgebung zerstört, was zu lokalisierter konzentrierter Lochfraßkorrosion führt. Diese Korrosion tritt häufig an der oberen Hälfte des Rohrkörpers und an der Oberseite von geflanschten Heizbaugruppen auf. Dieser Artikel bietet eine umfassende Analyse des Korrosionsmechanismus der Blasenstagnation und bietet eine umfassende Reihe von strukturellen Design- und Betriebsanpassungslösungen, um die Gefahr der Blasenretention grundlegend zu beseitigen. ## 1. Korrosionsmechanismus für stagnierende Luftblasen auf Titanoberflächen 1. Die unvollständige Reparatur des Passivfilms ist eine Folge der intermittierenden Sauerstoffzufuhr. Der in der flüssigen Phase gelöste Sauerstoff wird aus dem mit Blasen bedeckten Bereich isoliert. Der betreffende TiO₂-Passivfilm kann nicht mit Sauerstoff aufgefüllt werden, um Kratzer und dünner werdende Stellen zu heilen. Die mit Flüssigkeit-bedeckte Rohrwand ist eine sauerstoff-reiche intakte Kathode, wohingegen der mit Blasen-bedeckte Bereich zu einer sauerstoff-defizienten aktiven Anode wird, was zu selbst-galvanischer Korrosion auf demselben Titanrohr führt. Zyklus für Zyklus dehnen sich Korrosionsrisse weiter nach unten aus. . 2. Anreicherung der Konzentration gelöster Stoffe an den Rändern von Blasen. Die Gas--Flüssigkeitsgrenze von Blasen ist ein Ort der kontinuierlichen Flüssigkeitsverdampfung. Dadurch fallen organische Säuren, Chloride und Zuckerstoffe aus und sammeln sich entlang des Blasenrings an, was zur Bildung einer hochkonzentrierten Mikrozone führt, die stark korrosiv ist. Diese Mikrozone beschleunigt die lokale Matrixätzung.. 3. Der passive Film erfährt thermische Spannungsbrüche, die zwischen trockenen und nassen Bedingungen wechseln. Der periodische Wechsel von Kontakt mit trockenem Gas und Eintauchen in feuchter Flüssigkeit auf der Rohroberfläche wird durch die Ausdehnung und Kontraktion von Blasen als Reaktion auf Temperaturschwankungen verursacht. Die dichten Mikrorisse entstehen durch die wiederholte Anwendung von Zug- und Druckspannung auf den spröden Passivfilm, wodurch wiederum Kanäle für das Eindringen korrosiver Ionen entstehen. ## 2. Hauptfaktoren, die zur Blasenstagnation beitragen 1. Die Anordnung der Heizleitungsinstallation ist unangemessen. Das schwerwiegendste Szenario der Blasenansammlung ist die horizontale Installation langer Titan-Heizrohre. Blasen steigen auf und sammeln sich am oberen Bogen des Rohrs, sodass sie nicht mehr entweichen können. Blasen, die über die Baugruppe aufsteigen, werden auch durch Rohre aufgefangen, die zu nahe an der Tankoberseite installiert sind. . 2. Unzureichende Strömungsgeschwindigkeit der mittleren Zirkulation. Die durch Erhitzen erzeugten Mikroblasen können nicht durch statische Flüssigkeitsströmung oder Flüssigkeitsströmung mit niedriger-Geschwindigkeit entfernt werden. Die Scheuerwirkung auf der Rohroberfläche geht verloren, wenn die Strömungsgeschwindigkeit weniger als 0,6 m/s beträgt. . 3. Übermäßige Oberflächenleistungsdichte. Die Fähigkeit des Flüssigkeitsstroms, Blasen zu transportieren, wird durch die hohe Wärmebelastung erheblich überschritten, wodurch sofort eine große Anzahl kleiner Dampfblasen erzeugt wird, was zu einer kumulativen Blasenbedeckung führt. und während des Erhitzens werden kontinuierlich neue Blasen abgetrennt.. 5. Blindbereiche für die Blaseneinfangung werden durch versenkte Schweißverstärkungen und Lücken zwischen PTFE-Trägern und Rohrwänden gebildet, bei denen es sich um lokale tote Zonen handelt. In diesen Bereichen sammeln sich kleine Blasen an und verschmelzen zu großen, hartnäckigen Lufteinschlüssen. ## 3. Optimierung des strukturellen Designs zur Vermeidung von Blasenansammlungen 1. Erhöhen Sie die Neigung der Heizleitungsinstallation. Titan-Heizrohre müssen mit einer Aufwärtsneigung von 10 bis 15 Grad vom Flanschende zum freien Ende installiert werden; Eine horizontale Anordnung ist verboten. Blasen steigen zur Flüssigkeitsoberfläche des Tanks auf und entladen sich, indem sie entlang der geneigten Rohroberfläche zum freien Ende gleiten. Die vertikale Rohranordnung ist die optimale Wahl für Behälter mit kleinem -Volumen, da sie die Ansammlung von Blasen praktisch verhindert.. 2. Erweitern Sie den Abstand zwischen der Tankoberseite und den Rohrbündeln. Der vertikale Abstand zwischen der Oberseite der Heizrohrgruppe und dem minimalen Betriebsflüssigkeitsstand darf nicht weniger als 300 mm betragen, um sicherzustellen, dass ausreichend Platz für das Entweichen der Blase nach oben vorhanden ist.. 3. Die Schweiß- und Stützkontaktflächen sind glatt poliert. Alle Schweißnähte zu einem glatten Lichtbogenübergang ohne hervorstehende Bewehrung verschleifen; Wählen Sie PTFE-Stützen mit einer breiten Bogenform-, um konkave Lücken zu vermeiden, in denen sich Blasen festsetzen.. 4. Installieren Sie Strömungsleitbleche um den Heizschlauch. Um einen spiralförmigen Spülflüssigkeitsstrom um die Rohrwand herum zu erzeugen, installieren Sie Umlenkplatten an der stromaufwärtigen Seite des Rohrbündels. Dadurch werden anhaftende Mikrobläschen kontinuierlich entfernt. ## 4. Standardisierte Betriebssteuerung zur Minimierung der Blasenbildung und -retention 1. Regulieren Sie eine angemessene Oberflächenleistungsdichte. Um die Menge der durch Erhitzen abgetrennten Mikroblasen zu reduzieren, wird die Leistungsdichte von versiegelten Gärtanks im Vergleich zu offenen Tanks um 20 % reduziert, gemäß dem Entwurfsstandard für hohe -Last und niedrige Wärmelast.. 2. Halten Sie eine mittlere zirkulierende Strömungsgeschwindigkeit von mindestens 1,0 m/s ein. Aktivieren Sie vor dem Erhitzen die Umwälzpumpe, um sicherzustellen, dass ein stabiler Flüssigkeitsschlamm entsteht; Es ist wichtig, ein einmaliges statisches Erhitzen ohne Zirkulation zu vermeiden. . 3. Kontinuierliche leichte Belüftung während der Kultivierung bei konstanter Temperatur. Die Förderung der gesamten Flüssigkeitsmischung, die Abgabe von übersättigtem gelöstem Gas aus dem Tank und die Reduzierung neuer Blasenniederschläge an der Rohrwand werden durch Spurenbelüftung mit Druckluft erleichtert. . 4. Betrieb des Gradienten-Temperaturanstiegs Um die Ablösung von sofortigen Massenblasen infolge eines plötzlichen Temperaturanstiegs zu verhindern, wird empfohlen, den Erhitzungsprozess mit einer Geschwindigkeit von kleiner oder gleich durchzuführen auf 3 Grad/min während der Startphase. 5. Kontinuierliche Entleerung des Tanks während der Wartung Um die Sättigung mit gelöstem Gas im Medium zu reduzieren und angesammeltes Gas im oberen Teil des Tanks abzulassen, sollte das Tankauslassventil alle drei Tage für 10-15 Minuten geöffnet werden. ## 5. Blasenstagnationskorrosionsinspektion und -beurteilungstechnik Verwenden Sie nach Abschluss der Tankentleerungswartung ein helles Licht, um die Rohroberfläche zu untersuchen: - Typisches Merkmal: Eine dunkelgraue Lochfraßzone in Form eines Rings, verteilt auf dem oberen Halbkreis horizontaler Rohre, entsprechend der langfristigen Blasenbedeckungsspur. - Elektrochemischer Potentialtest: Das Potential des Blasenbedeckungsbereichs ist 80–120 mV niedriger als das der unteren Flüssigkeit Eintauchbereich desselben Rohrs, was auf eine schwere Beschädigung des passiven Films hindeutet. - Ultraschalldickenmessung: Der Wanddickenverlust im oberen Lichtbogen ist wesentlich größer als der am Boden des Rohrs.|Gefahrenquelle der Blasenstagnation|Gezielte Eliminierungsmaßnahme|Kerneffekt|| ----|----|----|| Horizontale Rohranordnung zum Einfangen von Blasen|Installieren Sie Rohre mit einer Neigung von 10 bis 15 Grad nach oben oder in vertikaler Anordnung|Blasen gleiten und entweichen ohne langfristige Oberflächenhaftung|Bei geringem Flüssigkeitsdurchfluss können Mikrobläschen nicht entfernt werden|Halten Sie eine Zirkulationsströmung von 1,0 m/s oder höher aufrecht und installieren Sie Strömungsleitbleche.|Kontinuierliche Flüssigkeitsreinigung beseitigt neu entstandene winzige Bläschen.|Massenblasenausfällung mit hoher Leistungsdichte.|Reduzieren Sie die Oberflächenleistungsdichte bei versiegelten Tanks um 20 %.|Unterdrücken Sie die sofortige großflächige Blasenablösung.|Statisch versiegelter Tank mit übersättigtem gelöstem Gas.|Kontinuierliche Mikrobelüftung + regelmäßige Tankabsaugung.|Reduzieren Sie den Gehalt an gelöstem Gas, um die Blasenbildung zu reduzieren.|Schweiß-/Stützspaltblasen Gas-Flüssigkeits-Zweiphasen-Mikrozonen mit Sauerstoffmangel werden durch stagnierende Lufteinschlüsse auf Titan-Heizrohren gebildet, was zu selbstgalvanischer lokalisierter Lochfraßkorrosion führt. Um die langfristige Anhaftung von Blasen an der Rohrwand zu verhindern, umfasst die grundlegende Lösung eine geneigte Rohrstrukturanordnung, eine Hochgeschwindigkeits-Zirkulationsreinigung, eine Konstruktion mit geringer Wärmebelastung und einen kontinuierlichen Belüftungsbetrieb. Die rechtzeitige Erkennung früher Blasenkorrosionsdefekte und die Verhinderung von Leckagen durch Wanddurchgänge bei Titan-Heizrohren können durch regelmäßige Sichtprüfungen und mögliche Tests während der Wartung erreicht werden.