Vilken typ av lokal korrosion är särskilt sannolikt att inträffa vid vätskeavledningspunkten i en fyrvägskoppling

I. 4-vägs-tee: en högrisknod i rörsystem

Den 4-vägs T-shirt , som fungerar som en kärnkomponent för konvergerande och divergerande flöden i komplexa vätskenätverk, utsätts för en unik kombination av mekanisk stress, vätskedynamik och korrosiva faktorer. Dess distinkta geometri gör den till en högrisknod inom hela systemet.

Till skillnad från raka rörsektioner involverar det inre av en 4-vägs Tee den våldsamma skärningen och skarpa svängningar av fyra flödeskanaler i en central kammare. Denna specifika inre geometri, särskilt vid greninloppen där vätskan genomgår en skarp 90∘ riktningsändring, orsakar plötsliga förändringar i vätskehastighet och tryck. Följaktligen utlöser denna geometri specifika typer av lokal korrosion. Dessa lokaliserade former uppvisar korrosionshastigheter som är betydligt högre än allmän korrosion, vilket lätt leder till genomgående perforering och katastrofala fel.

II. Primära typer av lokal korrosion vid flödesvändningszoner

I flödesvändningszonerna för 4-vägs T-kopplingar är två av de vanligaste och mest destruktiva typerna av lokal korrosion flödesaccelererad korrosion (FAC) och Erosion-Korrosion.

2.1 Flödesaccelererad korrosion (FAC)

2.1.1 Professionell mekanism för FAC

Flödesaccelererad korrosion, ibland historiskt men felaktigt kallad erosion-korrosion, är nu tydligt klassificerad inom modern korrosionsvetenskap. FAC beskriver i första hand fenomenet där det skyddande oxidskiktet på metallytan (som magnetit) Fe3O4 på stål) antingen löses kemiskt eller avlägsnas mekaniskt i en accelererad hastighet på grund av ökad vätskehastighet och turbulens, vilket påskyndar korrosionen av basmetallen.

FAC är ett resultat av interaktionen mellan elektrokemisk korrosion och vätskedynamik. Dess kärnprinciper är:

1. Massöverföringshastighetskontroll: I neutrala eller svagt alkaliska vattenlösningar (t.ex. kokarmatarvatten, kondensat) styrs metallkorrosionshastigheten ofta av massöverföringshastigheten av löst syre eller hydratiserade joner till metallytan. Den höga turbulensen inom vändningszonen hos en 4-vägs T-shirt tunnar avsevärt ut diffusionsskiktet (Nernst Diffusion Layer).

2. Accelererad upplösning av oxidskikt: Höghastighet och högturbulent flöde, särskilt i vatten med låg syrehalt eller syrefattigt högrent vatten, accelererar upplösningen av det skyddande oxidskiktet i bulkvätskan som lösliga joner.

3. Substratexponering: När skyddsskiktet har tagits bort, korroderar den exponerade basmetallen snabbt och bildar ett nytt oxidskikt. Emellertid löses eller avlägsnas detta nybildade skikt snabbt av det accelererade flödet. Detta bildar en ond cirkel som leder till snabb väggförtunning.

2.1.2 Varför 4-Way Tees är FAC Hotspots

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

• Hög skjuvspänning: När vätskan gör en 90∘ sväng genereras extremt höga vätskeskjuvspänningar på insidan av kröken (särskilt vid kanterna av greninloppen), som direkt angriper oxidskiktet.

• Lokaliserad hög turbulens: Högintensiv lokal turbulens som bildas av flödesseparation och recirkulationszoner ökar avsevärt massöverföringshastigheterna, vilket påskyndar upplösningen av oxidskiktet.

2.2 Erosion-Korrosion

2.2.1 Professionell mekanism för erosion-korrosion

Erosion-Korrosion hänvisar specifikt till den synergistiska effekten av mekaniskt slitage och kemisk korrosion när mediet innehåller fasta partiklar (t.ex. sand, slagg, katalysatorpulver). Partiklarna påverkar metallytan med hög kinetisk energi.

• Mekanisk erosion: Fasta partiklar stöter och skalar bort eller stör metallgittret, vilket orsakar materialförlust.

• Synergistisk effekt: Mekanisk erosion påskyndar korrosion: partikelpåverkan tar inte bara bort det skyddande oxidskiktet utan exponerar också en fräsch, mer aktiv metallyta, vilket får den elektrokemiska korrosionshastigheten att skjuta i höjden. Samtidigt gör den lösa och porösa naturen hos korrosionsprodukter dem mer mottagliga för skurning och avlägsnande av partiklarna, vilket ytterligare accelererar erosionsprocessen.

2.2.2 Erosion-Korrosion Hotspots i 4-vägs T-shirts

I en 4-vägs Tee är de allvarligaste områdena för erosion-korrosion de direkta stötpunkterna efter svängen och det inre böjområdet av flödesavböjningen. På grund av tröghet under svängen tenderar tunga partiklar att bibehålla sin linjära rörelsemängd, vilket påverkar den motsatta innerväggen av den svängande grenen med högre hastigheter och vinklar.

Detta fenomen är särskilt uttalat i system som transporterar uppslamningar med hög halt av fasta ämnen eller som arbetar med höga flödeshastigheter.

III. Andra lokaliserade korrosionstyper

Förutom FAC och erosionskorrosion kan de geometriska egenskaperna hos 4-Way Tees utlösa andra former av lokal korrosion under specifika mediaförhållanden:

3.1 Spaltkorrosion

Om 4-vägs T-stycket använder gängade anslutningar eller flänsförband och små, svåra att rengöra sprickor bildas vid gängrötterna, under packningen eller i svetszonen, kan spaltkorrosion uppstå. Inom en sluten spalt är vätskeförnyelsen begränsad, vilket leder till lokala förändringar i syrekoncentrationsgradienter, pH-nivåer och kloridjonkoncentration. Detta bildar en korrosionscell, vilket resulterar i en snabb upplösning av metallen i springan.

3.2 Turbulensinducerad gropfrätningskorrosion

Medan turbulens ofta hämmar allmän korrosion, under högturbulent, höghastighetsflöde i media som innehåller höga koncentrationer av kloridjoner (som havsvatten), kan turbulens orsaka lokal erosion på metallytan, vilket skapar små aktiva fläckar. Dessa fläckar är benägna att utvecklas till gropfrätande kärnor. När en grop väl har bildats driver dess autokatalytiska mekanism korrosionen djupt in i materialet, vilket så småningom leder till perforering.