Stagnacja pęcherzyków jest uniwersalnym, ukrytym zagrożeniem korozją w systemach grzewczych z zanurzoną fermentacją. Gdy powierzchnia rury grzewczej podgrzewa medium, rozpuszczony gaz wytrąca się, tworząc maleńkie pęcherzyki, które gromadzą się w najwyższym punkcie wiązki rur, tworząc ciągłą warstwę powietrza. Ubogie w tlen-środowisko pod warstwą powietrza niszczy-powierzchniową warstwę antykorozyjną i wywołuje lokalną, długoterminową-korozję pod-osadami. Różne antykorozyjne-materiały grzewcze mają różną tolerancję na uszkodzenia wynikające z zatrzymywania pęcherzyków, różni się także optymalny kąt nachylenia instalacji względem pęcherzyków wydechowych. W tym artykule przeanalizowano ryzyko korozji spowodowane przez warstwę powietrza na grzejnikach ze stali nierdzewnej 316L, czystego tytanu, kwarcu i PFA oraz przedstawiono ukierunkowane standardy projektowania kąta instalacji dla każdego materiału.
Rury grzewcze ze stali nierdzewnej 316L są najbardziej wrażliwe na-długoterminową korozję wynikającą z stagnacji pęcherzyków. Bogata w chrom-powłoka pasywna nie jest w stanie-samonaprawić się skutecznie w obszarach, w których brakuje tlenu-warstwa powietrza. Nawet krótkotrwałe-ciągłe pokrycie pęcherzykami spowoduje matowe odbarwienie, a jony chlorkowe w środowisku fermentacyjnym szybko powodują erozję uszkodzonej powłoki, tworząc głębokie wżery. Obszary spoin na górnym łuku poziomych rur ze stali nierdzewnej stają się skoncentrowanymi punktami korozji, które mogą przeniknąć przez ściankę rury w ciągu jednego roku w warunkach pracy-korozyjnych. Aby całkowicie usunąć pęcherzyki, wiązek grzewczych ze stali nierdzewnej nie wolno instalować poziomo; minimalny kąt nachylenia jest kontrolowany pod kątem 12 stopni, przy czym koniec wlotu cieczy jest niższy, a koniec wylotowy wyższy. W połączeniu z konstrukcją przegrody przepływu obiegowego, przepływ cieczy w sposób ciągły przemywa górną powierzchnię rury, aby rozbić resztkowe drobne pęcherzyki powietrza i uniknąć gromadzenia się statycznej warstwy gazu.
Rury grzewcze z czystego tytanu mają większą-tolerancję antykorozyjną w przypadku okresowego pokrywania się pęcherzykami dzięki samonaprawiającej się-powłoce pasywnej TiO₂. Krótkoterminowy-niedobór tlenu spowoduje jedynie nieznaczne wybielenie powierzchni tytanu, a całkowite płukanie napowietrzone podczas czyszczenia CIP może przywrócić zwartą warstwę ochronną. Jednak długotrwałe-stabilne zatrzymywanie pęcherzyków będzie nadal spowalniać regenerację powłoki i stopniowo powodować lokalne defekty korozyjne, zwłaszcza gdy w podłożu występują śladowe ilości fluoru. Zalecany kąt nachylenia instalacji dla rur tytanowych wynosi od 8 stopni do 10 stopni, co równoważy równomierną wymianę ciepła i automatyczne odprowadzanie pęcherzyków. W przypadku wiązek rur tytanowych-o dużej średnicy w najwyższym punkcie zespołu grzewczego umieszcza się pomocnicze małe rury wydechowe, które zbierają i usuwają zagregowane duże pęcherzyki, co jeszcze bardziej skraca czas pokrycia ścianki rury przez warstwę powietrza.
Kwarcowe, antykorozyjne rury grzejne-nie ulegają korozji elektrochemicznej w wyniku stagnacji pęcherzyków, ale warstwa gazu poważnie zmniejsza skuteczność wymiany ciepła i stwarza ryzyko ukrytego naprężenia termicznego. Niska przewodność cieplna szkła kwarcowego powoduje wyraźną różnicę temperatur pomiędzy ścianką rury pokrytą warstwą powietrza a częścią zanurzoną. Powtarzające się uderzenia różnicą temperatur powodują kumulację wewnętrznych mikropęknięć, zwiększając ryzyko pęknięcia szkła. Tymczasem pęcherzyki statyczne izolują płyn czyszczący podczas cykli CIP, pozostawiając resztkowy brud cukrowy na górnej powierzchni rury, który mocno przylega po wytrawieniu powierzchni kwarcu alkaliami. Kwarcowe rury grzewcze przyjmują większy kąt nachylenia, wynoszący ponad 15 stopni, a pojedyncze rurki kwarcowe o małej-średnicy są instalowane z pionowym układem nachylenia, aby zapewnić brak martwego kąta dla gromadzenia się pęcherzyków i równomierne szorowanie cieczy na całej powierzchni szkła.
Grzejniki pokryte PFA są narażone na podwójne ryzyko zastoju pęcherzyków: zmniejszoną wydajność wymiany ciepła i lokalne przegrzanie przyspieszające starzenie się powłoki. Warstwa powietrza tworzy dodatkową barierę termiczną na powierzchni fluoroplastu, podnosząc rzeczywistą temperaturę metalu podstawowego powłoki znacznie powyżej ustawionej temperatury medium. Długotrwałe-miejscowe przegrzanie powoduje, że powłoka PFA traci elastyczność, tworząc mikropęknięcia i pęcherze w wyniku naprzemiennych cykli zimnej-gorącej. Gdy w miejscach zadrapań na powierzchni powłoki zgromadzą się pęcherzyki, medium korozyjne w sposób ciągły przenika, powodując rdzewienie wewnętrznego podłoża ze stali węglowej. Optymalny kąt instalacji grzejników PFA wynosi 10–13 stopni, a pompy obiegowe o wysokim-przepływie są tak dopasowane, aby wzmacniać-przepływ krzyżowy i zapobiegać przyleganiu statycznych pęcherzyków do-powierzchni-powierzchni z fluoroplastiku o niskiej energii przez długi czas.
W ogólnym projekcie systemu grzewczego kąt montażu należy dostosować do materiału rury grzewczej, zamiast przyjmować ujednolicony układ poziomy. W najwyższym punkcie wszystkich nachylonych wiązek grzewczych zainstalowano automatyczne zawory wydechowe, które regularnie usuwają zagregowany gaz, co dodatkowo zmniejsza ryzyko korozji spowodowanej stagnacją pęcherzyków. Codzienna kontrola patrolowa koncentruje się na górnym łuku wiązki rur, aby zaobserwować nietypowe odbarwienia i nagromadzenie brudu, oceniając, czy kąt montażu spełnia wymagania dotyczące spalin.
Podsumowując, warstwa powietrzna powstająca w wyniku stagnacji pęcherzyków powoduje różne stopnie uszkodzeń czterech antykorozyjnych-rur grzewczych: stal nierdzewna szybko wytwarza wżery penetrujące, tytan ulega powolnej degradacji warstwy pasywnej, kwarc gromadzi pęknięcia naprężeniowe, a powłoka PFA starzeje się i tworzą pęcherze w wyniku lokalnego przegrzania. Sformułowanie zróżnicowanych standardów kąta instalacji dla każdego materiału może zasadniczo wyeliminować pokrycie statycznej warstwy gazu, ustabilizować wydajność wymiany ciepła i wydłużyć-okres użytkowania antykorozyjnego urządzeń do ogrzewania fermentacyjnego.
