Atsparumas korozijai skysčių aušinimo sistemose: kodėl nerūdijantis plienas pranoksta varį ir žalvarį

Įvadas: paslėpta grėsmė jūsų aušinimo kilpoje

Duomenų centro operatorius Vokietijoje praėjus šešiems mėnesiams po naujos aušinimo skysčio aušinimo sistemos paleidimo pastebėjo kažką nerimą keliančio: aušinimo skysčio srautas mažėjo, o vienoje iš šaltų plokščių buvo pakitusi spalva. Kaltininkas? Žalvarinių vožtuvų rinkinys, kuris lėtai korozuoja nuolat veikiant glikolio -vandens mišiniu -, išskirdamas metalines daleles, kurios tyliai užkimšdavo filtrus ir pablogindavo siurblio sandariklius.

Šis scenarijus yra labiau paplitęs, nei tikisi dauguma inžinierių. Kuriant skysčio aušinimo kilpą, pokalbyje dažniausiai dominuoja šiluminis efektyvumas. Tačiau medžiagų pasirinkimas - konkrečiai metalas, iš kurio pagaminti jūsų vožtuvai, jungiamosios detalės ir vamzdeliai, - lemia, ar jūsų sistema tarnaus 5 ar 25 metus. Pramonėse, kuriose prastovos reiškia milijonų dolerių nuostolius per valandą, šis skirtumas nėra nereikšmingas.

Šiame straipsnyje aprašomi tikrieji korozijos mechanizmai, veikiantys varį, žalvarį ir nerūdijantį plieną skystoje aušinimo aplinkoje, paaiškinama, kodėl medžiagų hierarchija yra svarbesnė, nei daugelis suvokia, ir pateikiama praktinė sistema, kaip tinkamai iškviesti kitą projektą.

 

 

Nerūdijančio plieno vožtuvas skysčių aušinimo sistemos duomenų centre

 

1. Kaip korozija iš tikrųjų veikia skysčio aušinimo kilpoje

Korozija uždaroje skysčio aušinimo sistemoje nevyksta taip, kaip rūdys susidaro ant lauko plieno - lėtai ir akivaizdžiai bėgant metams. Slėginėje, termiškai ciklinėje kilpoje trys skirtingi mechanizmai gali vienu metu atakuoti metalinius paviršius:

Cheminė korozijaatsiranda, kai aušinimo skystis tiesiogiai reaguoja su metalu. Etilenglikolis, vienas iš labiausiai paplitusių aušinimo skysčių, veikiamas šilumos ir deguonies skyla į penkias organines rūgštis: glikolio, glioksilo, skruzdžių, anglies ir oksalo rūgštis. Be korozijos inhibitorių šios rūgštys eksploatacinėmis sąlygomis per kelias savaites pradeda atakuoti sudrėkintus metalinius paviršius.

Elektrocheminė (galvaninė) korozijasuveikia, kai sujungiami du metalai, turintys skirtingą elektrocheminį potencialą, esant laidžiam skysčiui. Pavyzdžiui, varis ir aliuminis galvaninėje serijoje yra toli vienas nuo kito. Sujunkite juos toje pačioje kilpoje -, tarkime, aliuminio šaltą plokštę, prijungtą prie vario vamzdelio -, ir aliuminis tampa aukų anodu, pirmiausia koroduojančiu, net jei aušinimo skysčio cheminė sudėtis kitaip-tvarkoma gerai.

Erozinė korozijaTai sukelia didelio{0}}greičio skysčio srautas, fiziškai nusidėvėjęs apsauginius paviršiaus oksidus, todėl šviežias metalas gali būti toliau veikiamas cheminių medžiagų. Tai ypač aktualu sistemose su mažais posūkiais, dideliu srautu arba siurblio kavitacija.

Supratimas, kuris mechanizmas dominuoja jūsų konkrečioje sistemoje, yra pirmasis žingsnis renkantis tinkamas medžiagas.

 

2. Varis ir žalvaris: stiprūs šilumnešiai, laikui bėgant pažeidžiami

Varis jau seniai buvo numatytasis skysčių aušinimo komponentų pasirinkimas ir dėl geros priežasties: jo šilumos laidumas, maždaug 400 W/m·K, yra vienas didžiausių iš visų komerciškai prieinamų metalų. Trumpa-trukmė, mažo-sudėtingumo sistemos, varis veikia puikiai.

Tačiau vario pažeidžiamumas išryškėja nuolatinėmis eksploatavimo sąlygomis:

Glikolio jautrumas:Varis ir aliuminis veikia kaip katalizatoriai esant neslopintam etilenglikoliui, pagreitindami glikolio skaidymąsi į ėsdinančias organines rūgštis. Atliekant kontroliuojamus laboratorinius tyrimus 100 laipsnių temperatūroje, kai į skystį buvo patekęs deguonies, šios rūgštys sukėlė išmatuojamą koroziją ir metalo{2}}organinių junginių kaupimąsi mažiau nei per tris savaites.

Chlorido ataka:Aušinimo skystyje ištirpę chloridai -, dažnai pasitaikantys sistemose, kuriose naudojamas neišgrynintas arba netinkamai išvalytas vanduo -, atakuoja paviršinį vario oksido sluoksnį, sukeldami duobes ir laipsnišką sienelių plonėjimą.

Galvaninė rizika mišriose{0}}metalinėse sistemose:Varis yra aukštai ant galvaninės serijos. Suporuotas su aliuminio komponentais (įprasta serverio aušinimo konfigūracija), jis pagreitina aliuminio dalių koroziją.

Žalvaris, vario ir cinko lydinys, apsunkinacinko pašalinimas- selektyvus išplovimo procesas, kai tam tikromis vandens chemijos sąlygomis iš lydinio išgaunamas cinkas, paliekant porėtą, susilpnintą vario matricą. Aušinimo sistemose, kuriose pH svyruoja arba yra padidėjęs chlorido lygis, per kelerius metus cinko pašalinimas gali struktūriškai pažeisti žalvario jungiamąsias detales ir vožtuvus.

Abi medžiagos gali būti apsaugotos atitinkamais korozijos inhibitoriais, tačiau inhibitoriai laikui bėgant suyra, juos reikia reguliariai stebėti ir pakeisti, o tai padidina nuolatines eksploatacines išlaidas ir sudėtingumą.

 

3. Kodėl nerūdijantis plienas keičia lygtį

Nerūdijančio plieno atsparumas korozijai nėra dengimas ar cheminis apdorojimas -, tai būdinga medžiagos mikrostruktūrai. Chromo kiekis (mažiausiai 10,5 % masės) reaguoja su deguonimi, sudarydamas ploną, savaime{3}}atsitaisantį pasyvų chromo oksido sluoksnį. Nubraukite ir per kelias minutes, esant deguoniui, pasikeis.

Šis pasyvavimo mechanizmas suteikia keletą pranašumų aušinant skystį:

Platus cheminis suderinamumas.Skirtingai nuo vario, nerūdijantis plienas nekatalizuoja glikolio skaidymo. Jis stabiliai veikia esant įvairiems pH lygiams ir yra suderinamas su dejonizuotu vandeniu, glikolio tirpalais ir daugeliu specialių aušinimo skysčių, naudojamų didelio našumo skaičiavimuose ir puslaidininkių gamyboje.

Atsparumas galvaninei korozijai{0}}gerai suprojektuotose sistemose.Kadangi nerūdijančio plieno komponentai gali būti nuosekliai nurodyti vamzdžiuose, vožtuvuose, jungiamosiose detalėse ir kolektoriuose, galvaninio sujungimo tarp skirtingų metalų rizika smarkiai sumažėja - tai yra pagrindinis pranašumas sudėtingose ​​CDU (aušinimo skysčio paskirstymo įrenginio) architektūrose.

Paviršiaus lygumas ir atsparumas užsiteršimui.Austenitinis nerūdijantis plienas (304 ir 316 klasės) turi natūraliai lygų paviršių, kuris neleidžia kauptis bioplėvelėms, nuosėdoms ir korozijos šalutiniams produktams. Vario sistemose nuosėdos sumažina šiluminį efektyvumą ir sukuria vietines koncentracijos ląsteles, kurios pagreitina duobių susidarymą.

Ilgas tarnavimo laikas ir mažesnės priežiūros išlaidos.Skysčių aušinimo sistemų žalvarinius vožtuvus paprastai reikia pakeisti per 5–10 metų. Tinkamai nurodyti nerūdijančio plieno komponentai įprastai veikia nuo 15 iki 25 metų be medžiagų gedimo - – tai labai svarbu duomenų centrų operatoriams, planuojantiems 20 metų infrastruktūros gyvavimo ciklą.

Vienintelis pripažintas kompromisas- yra šilumos laidumas: nerūdijantis plienas praleidžia šilumą esant 15–30 W/m·K, kur kas mažesnis už vario 400 W/m·K. Tačiau skysčio aušinimo sistemoje šilumą perneša skystis -, o ne vamzdžio sienelė -. Sienelės storis yra mažas, palyginti su srauto tūriu, o nerūdijančio plieno sienų pridėta šiluminė varža yra nereikšminga, palyginti su skysčio ribinio sluoksnio šilumine varža. Ilgalaikis nerūdijančio plieno paviršiaus stabilumas iš tikrųjų išsaugo šilumos perdavimo efektyvumą geriau nei varis, kuris kaupia oksidų apnašas ir nuosėdas, kurios palaipsniui mažina šiluminį efektyvumą.

 

4. Praktinis medžiagos pasirinkimas: scenarijus{1}}pagrįstas pagrindas

Duomenų centro skysčio aušinimas (CDU, tiesioginis{0}}į-lustą, panardinamasis):Tai aiškiausias nerūdijančio plieno naudojimo atvejis. Sistemos nuolat veikia esant dideliam slėgiui, dažnai naudojant glikolio{1}} aušinimo skysčius. Kolektoriai, paskirstymo vamzdžiai, valdymo vožtuvai ir filtrai turi būti pagaminti iš 316 l nerūdijančio plieno, jei leidžia biudžetas, arba 304 l mažesnės- rizikos antrinėms grandinėms. Aukšta-kokybėNerūdijančio plieno rutulinis vožtuvasyra standartinis pasirinkimas norint izoliuoti srautą šiose architektūrose - dėl visos angos konstrukcijos sumažinamas slėgio kritimas, o nerūdijantis korpusas yra atsparus agresyviai ilgalaikio glikolio poveikio chemijai.

Pramoninių procesų aušinimas (chemijos gamyklos, atviroje jūroje, naftos chemijos gamyklos):Dėl didelės chlorido koncentracijos ir agresyvių proceso skysčių 316 nerūdijantis plienas - su pridėtu molibdeno kiekiu, kad padidintų atsparumą duobėms, - yra tinkama specifikacija. Tokiose aplinkose aFlanšinis rutulinis vožtuvasužtikrina saugų, aukšto slėgio{0}}jungtį, kurios reikalaujama pagal proceso vamzdynų standartus, ir siūlo visišką dviejų krypčių uždarymą be pavojaus, kad laikui bėgant žalvario vožtuvai pažeidžiami.

Sudėtingos kolektoriaus ir paskirstymo sistemos:Kai vienas vožtuvas turi nukreipti srautą tarp kelių aušinimo grandinių vienu metu - įprasta modulinių duomenų centrų aušinimo architektūrose ir tikslios temperatūros valdymo sistemose - a3 krypčių rutulinis vožtuvas su flanšaispašalina kelių atskirų vožtuvų poreikį, sumažina galimus nuotėkio taškus ir supaprastina vamzdynų išdėstymą. Iš nerūdijančio plieno ši konfigūracija valdo kryptinį srauto valdymą ilgus metus nepertraukiamai eksploatuojant be medžiagų degradacijos, kuri riboja žalvario alternatyvas.

Vartotojams skirtas arba nedidelio masto{0}}asmeninio kompiuterio skystis aušinimas:Dėl trumpų darbo ciklų, mažesnio slėgio ir ne{0}}nuolatinio veikimo varis yra perspektyvus ir ekonomiškas{1}} pasirinkimas. Šiluminio efektyvumo pranašumas yra tikras, o glikolio valdymas šiose sistemose yra nesudėtingas. Nerūdijantis plienas yra techniškai pranašesnis, tačiau šiuo mastu ekonominis atvejis yra silpnesnis.

 

Leadtek 3 krypčių flanšinis rutulinis vožtuvas

 

5. Aušinimo skysčio chemijos vaidmuo - ir kodėl medžiagos pasirinkimas jo nepakeičia

Nerūdijančio plieno pasirinkimas nepašalina tinkamo aušinimo skysčio valdymo poreikio. Net 316 nerūdijantis plienas gali būti pažeistas dėl didelės chlorido koncentracijos -, dėl kurios suardomas pasyvus oksido sluoksnis ir atsiranda duobių susidarymas. Sistemose, kuriose naudojamas komunalinis vanduo arba vanduo su kintamu mineralų kiekiu, chlorido lygio palaikymas žemiau 200 ppm (milijoninių dalių) yra bendras 316 nerūdijančio plieno paslaugų gairės.

Reguliariai stebėkite aušinimo skysčio pH (nerūdijančio plieno sistemoms paprastai rekomenduojamas neutralus -iki-šiek tiek-šarminis diapazonas nuo 7,0 iki 9,0), pakeiskite inhibitorių pakuotes pagal gamintojo tvarkaraščius ir naudokite Y-filtrus arba įtaisytus filtrus, kad surinktumėte kietąsias daleles, kol jos pasiekia siurblius ir šaldymo plokštes.

Siekiama sukurti sistemą, kurioje medžiagų parinkimas ir aušinimo skysčio chemija veiktų kartu. - nerūdijantis plienas sumažina jautrumą cheminių medžiagų dreifui, tačiau chemijos valdymas nėra pasirenkamas.

 

Išvada: ką tai reiškia jūsų kitam projektui

Skysčio aušinimo medžiagų pasirinkimas nėra smulkmena, - tai sistemos-lygio sprendimas, lemiantis patikimumą, priežiūros išlaidas ir visą infrastruktūros tarnavimo laiką. Varis tebėra puikus trumpalaikiams-didelio{4}}laidumo darbams. Tačiau bet kuriai sistemai, kuri, kaip tikimasi, nepertraukiamai veiks daugelį-metų, bus veikiama glikolio aušinimo skysčių arba įrengiama aplinkoje, kurioje priežiūra kainuoja brangiai, nerūdijantis plienas yra patikimas inžinerinis pasirinkimas.

Veiksmingos rekomendacijos:

• Visiems pirminio skysčio{2}}kelio komponentams nurodykite nerūdijantį plieną (304 arba 316 l)duomenų centruose, pramoninėse ir procesų aušinimo sistemose, - ypač vožtuvuose, jungiamosiose detalėse, kolektoriuose ir koštuvuose.
• Venkite mišrių{0}}metalinių sistemųderinant varį ir aliuminį be aiškaus galvaninio suderinamumo planavimo ir inhibitorių valdymo.
• Suderinkite pažymį su aplinka:316 l, skirtas naudoti daug-chloridų arba agresyvioms{2}}terpėms; 304 standartinei vandens ir glikolio paslaugai.
• Sudarykite aušinimo skysčio stebėjimo grafikąnepriklausomai nuo medžiagos pasirinkimo - kas ketvirtį tikrinti pH ir inhibitorių koncentraciją kritinėse sistemose.
• Įvertinkite visas nuosavybės išlaidas, o ne tik vieneto kainą.Nerūdijančio plieno vožtuvas, kuris tarnauja 20 metų už didesnę išankstinę kainą, beveik visada yra pigesnis nei žalvarinių komponentų keitimas kas 5–8 metus, atsižvelgiant į darbo sąnaudas, sistemos prastovą ir galimas su korozija{3}}susijusias gedimo išlaidas.

 

DUK

1 klausimas: ar galiu maišyti nerūdijančio plieno ir vario komponentus toje pačioje aušinimo kilpoje?

Techniškai taip, bet tai reikalauja kruopštaus valdymo. Varis ir nerūdijantis plienas turi skirtingą elektrocheminį potencialą - varis yra kilnesnis, o tai reiškia, kad nerūdijančio plieno komponentai gali veikti kaip anodas ir sankryžose patirti greitesnę koroziją. Jei maišymas neišvengiamas, užtikrinkite tvirtą korozijos inhibitorių dangą, laikykite mažą vario -ir -nerūdijančio plieno paviršiaus santykį ir atidžiai stebėkite aušinimo skysčio cheminę sudėtį. Jei įmanoma, standartizuokite vieną metalinę šeimą visoje kilpoje.

2 klausimas: ar nerūdijančio plieno mažesnis šilumos laidumas kenkia aušinimo efektyvumui tikroje sistemoje?

Daugumoje praktinių skysčių aušinimo sistemų nėra. Dominuojanti šiluminė varža yra skysčio -su{2}}sienos sąsajoje (priklausomai nuo srauto greičio ir skysčio savybių), o ne per pačią sieną. Plona nerūdijančio plieno vamzdžio arba vožtuvo korpuso sienelė užtikrina minimalią šiluminę varžą. Be to, nerūdijančio plieno paviršiaus stabilumas reiškia, kad jame nesikaupia nuosėdos ir oksidų nuosėdos, kurios laikui bėgant palaipsniui mažina efektyvias vario šilumines savybes.

3 klausimas: kaip sužinoti, ar mano aušinimo skystis puola mano metalinius komponentus?

Stebėkite šiuos įspėjamuosius ženklus: neįprastą aušinimo skysčio spalvos pakitimą arba drumstumą, didėjantį slėgio kritimą filtruose (rodo dalelių kaupimąsi), aušinimo skysčio pH sumažėjimą žemiau 7,0 (rodo rūgšties susikaupimą) arba matomų duobių ar dėmių ant komponentų paviršių priežiūros metu. Pradinė aušinimo skysčio analizė paleidimo metu ir vėliau kas ketvirtį atliekami bandymai suteikia tendencijų duomenis, kad anksti pastebėtumėte gedimą.

4 klausimas: kokios rūšies nerūdijantis plienas geriausiai tinka aušinimui skysčiu - 304 arba 316?

304 nerūdijantis plienas tinka daugeliui standartinių vandens ir glikolio -pagrįstų aušinimo sistemų su gerai -kontroliuojama chemija. 316 (arba 316 l suvirintoms sąrankoms) prideda molibdeno, kuris žymiai pagerina atsparumą chloro -sukeltam įdubimui -, todėl tai yra geresnis pasirinkimas bet kokiai vėsiam vandeniui artimo mineralinio vandens sistemoms. Priemoka už 316 yra nedidelė, palyginti su patikimumo padidėjimu sudėtingose ​​​​aplinkose.

5 klausimas: kiek realiai galiu tikėtis, kad nerūdijančio plieno aušinimo komponentai tarnaus?

Tinkamai suprojektuotoje ir prižiūrimoje sistemoje nerūdijančio plieno vožtuvai, jungiamosios detalės ir vamzdeliai reguliariai tarnauja nuo 15 iki 25 metų. Palyginti su žalvariu (tipiškai 5–10 metų) ir variu (kintama, tačiau glikolio sistemose gali greičiau skaidytis be kruopštaus inhibitorių valdymo). Svarbiausia yra pritaikyti rūšį pagal paskirtį ir išlaikyti aušinimo skysčio cheminę sudėtį pagal medžiagos veikimo parametrus.

 

---

Zhejiang Leadtek Fluid Technology Co., Ltd. turi daugiau nei 30 metų precizinio nerūdijančio plieno gamybos patirtį, turi 37 000 ㎡ gamybos įrenginį, 400+ pažangias mašinas ir produktus, sertifikuotus pagal ISO 9001, ISO 14001 ir CE standartus. „Leadtek“ skysčių kontrolės produktai yra naudojami daugiau nei 80 šalių duomenų centrų, naftos chemijos, puslaidininkių ir maisto perdirbimo programose.

Susisiekite dabar