Flüssigkühlsystem Erosion-Korrosion


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Gewährleistung längerer Lebensdauern durch Management von Erosions-Korrosion

Wärmetauscher und Kaltplatten werden in Kühlanwendungen verwendet, um Wärme von einem Ort an einen anderen mit hilfe einer Wärmeübertragungsflüssigkeit wie Wasser, Ethylenglykol und Wasserlösung, Öl usw. zu entfernen und zu übertragen. Es gibt Tausende von Kombinationen von Flüssigkeiten und Fluidpfadmaterialien, die in diesen Anwendungen verwendet werden. Eines der Wichtigsten kriterien für die Auswahl der Fluidwegmaterialien in diesen Komponenten sollte die Korrosionsbeständigkeit der Materialien sein. Korrosion gibt es in vielen verschiedenen Formen, einschließlich "Erosionskorrosion". Es ist wichtig, sowohl Flüssigkeitseigenschaften als auch Materialeigenschaften zu kennen, um Erosionskorrosion zu minimieren und Systemleistung und Lebensdauer zu optimieren.




Was ist Erosion-Korrosion?

Erosions-Korrosion ist eine Beschleunigung der Korrosionsrate im Metall aufgrund der relativen Bewegung einer Flüssigkeit und einer Metalloberfläche. Es tritt in der Regel in Rohrbögen & Ellenbogen, Rohrverengungen, und andere Strukturen, die Strömungsrichtung oder Geschwindigkeit ändern. Der Mechanismus für diese Art von Korrosion ist der kontinuierliche Fluss von Flüssigkeit, die jede Schutzfolie oder Metalloxid von der Metalloberfläche entfernt. Es kann sowohl in Gegenwart als auch in Abwesenheit von Schwebstoffe im Strömungsstrom auftreten. In Gegenwart von Schwebstoff ist der Effekt sehr ähnlich wie beim Sandstrahlen, und selbst starke Folien können bei relativ geringen Fließgeschwindigkeiten entfernt werden. Sobald die Metalloberfläche freigelegt ist, wird sie von den korrosiven Medien angegriffen und durch Flüssigkeitsreibung erodiert. Wenn die passive Schicht aus Metalloxid nicht schnell genug regeneriert werden kann, kann es zu erheblichen Schäden kommen.

Einige Materialien sind widerstandsfähiger gegen Erosionskorrosion unter den gleichen Flüssigkeitsbedingungen. Erosionskorrosion ist am häufigsten in weichen Legierungen wie Kupfer und Aluminium. Obwohl die Erhöhung der Durchflussmenge des Fluids in Ihrer Kühlanwendung seine Leistung erhöhen kann, kann es auch die Erosionskorrosion erhöhen. Daher ist es wichtig zu bestimmen, wie groß die Erhöhung der Durchflussmenge auf Ihre thermische Leistung sein wird, da Sie eine minimale Verbesserung der Leistung mit einem signifikanten Rückgang der Lebensdauer Ihres Wärmetauschers oder Ihrer Kaltplatte sehen können.

Die folgende Grafik zeigt die Auswirkungen der Flüssigkeitsgeschwindigkeit auf Leistung und Erosion auf einen 3/8" Kupferrohr-Flossen-Flüssigkeits-Luft-Wärmetauscher. Die Grafik zeigt, dass im turbulenten Strömungsbereich (Re > 4000) und bei Volumendurchflussraten von weniger als 2 gpm die Wassergeschwindigkeiten innerhalb der empfohlenen Werte von weniger als 8 ft/sec (2 gpm) für Kupferschläuche liegen (siehe Tabelle 1). Bei gleichem Durchmesser führt eine Verdoppelung der Durchflussmenge im turbulenten Strömungsbereich nicht zu einer Verdoppelung der thermischen Leistung. Eine Verdoppelung der Durchflussmenge in den laminaren und Übergangsregionen kann jedoch die Leistung der Wärmetauscher mehr als verdoppeln.



Tabelle 1: Maximale empfohlene Wassergeschwindigkeiten für bestimmte Materialien

Wasser

Kohlenstoffarmer Stahl

10 ft/sec

Edelstahl

15 ft/sec

Aluminium

6 ft/sec

Kupfer

8 ft/sec

90-10 Cupronickel

10/ ft/sec

70-30 Cupronickel

15 ft/sec




Kontrolle der Erosion-Korrosion

Einige Methoden zur Minimierung der Erosionskorrosion umfassen die Verbesserung der Fließlinien innerhalb des Rohres durch Entgraten (d. h. das Glätten von Unregelmäßigkeiten), das Erwirken von Biegungen größere Winkel und das Allmähliche Ändern von Rohrdurchmessern statt abrupt. Andere Methoden umfassen die Verlangsamung der Durchflussmenge (Minimierung von Turbulenzen), die Verringerung der Menge an gelöstem Sauerstoff, das Ändern des pH-Werts und das Umschalten des Rohrmaterials auf ein anderes Metall oder eine andere Legierung.

Neben dem verwendeten Fluidpfadmaterial ist es auch wichtig, die Temperatur Ihrer Flüssigkeit zu berücksichtigen. Bei höheren Temperaturen sollten die Durchflussraten gesenkt werden, um Erosionskorrosion zu minimieren. Beispielsweise sollten die Wasserdurchflussgeschwindigkeiten in der Regel 8 ft/sec für kaltes Wasser und 5 ft/sec für heißes Wasser (bis zu ca. 140 °F) nicht überschreiten. In Systemen, in denen die Wassertemperaturen routinemäßig 140 °F überschreiten, sollten die Durchflussgeschwindigkeiten 3 ft/sec nicht überschreiten. Die maximal empfohlenen Wassergeschwindigkeiten in anderen typischen Rohrmaterialien finden Sie in Tabelle 1. Bei anderen Flüssigkeiten kann die maximal zulässige Fluidgeschwindigkeit berechnet werden aus:

Zulässige Geschwindigkeit für gegebene Flüssigkeit] = [Zulässige Geschwindigkeit für Wasser] x [Dichte des Wassers/Dichte der gegebenen Flüssigkeit] 1/2.

Es wird immer einen Kompromiss zwischen thermischer Leistung und Zuverlässigkeit/Lebensdauer in jedem Kühlsystem geben. Die Erhöhung des Flüssigkeitsflusses bringt Ihnen nur bis zu einem Punkt mehr Kühlung oder Leistung. Danach können erhöhte Flüssigkeitsgeschwindigkeiten schnell beginnen, die innere Metalloberfläche der Schläuche zu erodieren und korrodieren. Designer sollten viele verschiedene Faktoren berücksichtigen, z. B. die oben beschriebenen, um die beste Lösung für ihre Anwendung zu ermitteln.


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