Welk type plaatselijke corrosie zal met name waarschijnlijk optreden bij het vloeistofomleidingspunt in een vierwegconnector

I. Het 4-weg T-stuk: een knooppunt met een hoog risico in leidingsystemen

De 4-weg T-fitting , dat dient als kerncomponent voor convergerende en divergerende stromingen in complexe vloeistofnetwerken, wordt onderworpen aan een unieke combinatie van mechanische spanning, vloeistofdynamica en corrosieve factoren. Door zijn aparte geometrie is het een knooppunt met een hoog risico binnen het hele systeem.

In tegenstelling tot rechte pijpsecties omvat het interieur van een 4-weg T-stuk de gewelddadige kruising en scherpe bochten van vier stroomkanalen in een centrale kamer. Deze specifieke interne geometrie, met name bij de zijinlaten waar de vloeistof een scherpe fase ondergaat 90∘ richtingsverandering veroorzaakt abrupte veranderingen in de vloeistofsnelheid en -druk. Bijgevolg veroorzaakt deze geometrie specifieke soorten plaatselijke corrosie. Deze gelokaliseerde vormen vertonen corrosiesnelheden die aanzienlijk hoger zijn dan algemene corrosie, wat gemakkelijk leidt tot perforatie door de muur en catastrofale storingen.

II. Primaire soorten gelokaliseerde corrosie bij stromingsdraaizones

In de stromingsdraaizones van 4-weg T-fittingen zijn twee van de meest voorkomende en destructieve vormen van plaatselijke corrosie Flow Accelerated Corrosion (FAC) en Erosion-Corrosion.

2.1 Stroomversnelde corrosie (FAC)

2.1.1 Professioneel mechanisme van FAC

Flow Accelerated Corrosion, historisch soms maar onnauwkeurig erosie-corrosie genoemd, wordt nu duidelijk geclassificeerd in de moderne corrosiewetenschap. FAC beschrijft vooral het fenomeen waarbij de beschermende oxidelaag op het metaaloppervlak (zoals magnetiet) ontstaat Fe3​O4​ op staal) wordt ofwel chemisch opgelost, ofwel versneld mechanisch verwijderd als gevolg van de verhoogde vloeistofsnelheid en turbulentie, waardoor de corrosie van het basismetaal wordt versneld.

FAC is het resultaat van de interactie van elektrochemische corrosie en vloeistofdynamica. De kernprincipes zijn:

1. Controle van de massaoverdrachtssnelheid: In neutrale of zwak alkalische waterige oplossingen (bijv. ketelvoedingswater, condensaat) wordt de metaalcorrosiesnelheid vaak geregeld door de massaoverdrachtssnelheid van opgeloste zuurstof of gehydrateerde ionen naar het metaaloppervlak. De hoge turbulentie binnen de draaizone van een 4-weg T-stuk verdunt de oppervlaktediffusielaag (Nernst Diffusion Layer) aanzienlijk.

2. Versnelde oplossing van de oxidelaag: Hoge snelheid en zeer turbulente stroming, vooral in zuurstofarm of zuurstofarm water met een hoge zuiverheid, versnelt het oplossen van de beschermende oxidelaag in de bulkvloeistof als oplosbare ionen.

3. Blootstelling van het substraat: Zodra de beschermende laag is verwijderd, corrodeert het blootgestelde basismetaal snel en vormt het een nieuwe oxidelaag. Deze nieuw gevormde laag wordt echter snel opgelost of verwijderd door de versnelde stroming. Dit vormt een vicieuze cirkel, die leidt tot snelle wandverdunning.

2.1.2 Waarom 4-way tees FAC-hotspots zijn

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

• Hoge schuifspanning: Omdat de vloeistof a 90∘ Bij een bocht worden extreem hoge vloeistofschuifspanningen gegenereerd aan de binnenkant van de bocht (vooral aan de randen van de aftakkingsinlaten), waardoor de oxidelaag rechtstreeks wordt aangetast.

• Gelokaliseerde hoge turbulentie: Gelokaliseerde turbulentie met hoge intensiteit, gevormd door stroomscheidings- en recirculatiezones, verbetert de massaoverdrachtssnelheden aanzienlijk, waardoor het oplossen van de oxidelaag wordt versneld.

2.2 Erosie-corrosie

2.2.1 Professioneel mechanisme van erosie-corrosie

Erosie-corrosie verwijst specifiek naar het synergetische effect van mechanische slijtage en chemische corrosie wanneer het medium vaste deeltjes bevat (bijvoorbeeld zand, slakken, katalysatorpoeders). De deeltjes raken het metaaloppervlak met hoge kinetische energie.

• Mechanische erosie: Vaste deeltjes botsen en strippen het metalen rooster weg, waardoor materiaalverlies ontstaat.

• Synergetisch effect: Mechanische erosie versnelt de corrosie: de deeltjesinslagen verwijderen niet alleen de beschermende oxidelaag, maar leggen ook een nieuw, actiever metaaloppervlak bloot, waardoor de elektrochemische corrosiesnelheid omhoog schiet. Tegelijkertijd maakt de losse en poreuze aard van corrosieproducten ze gevoeliger voor schuren en verwijdering door de deeltjes, waardoor het erosieproces verder wordt versneld.

2.2.2 Erosie-corrosie-hotspots in 4-weg-T-stukken

Bij een 4-weg T-stuk zijn de meest ernstige gebieden voor erosie-corrosie de directe botsingspunten na de bocht en het binnenste bochtgebied van de stromingsafbuiging. Vanwege de traagheid tijdens de bocht hebben zware deeltjes de neiging hun lineaire momentum te behouden, waardoor ze met hogere snelheden en hoeken op de tegenoverliggende binnenwand van de draaiende tak botsen.

Dit fenomeen is vooral uitgesproken bij systemen die slurry's met een hoog vastestofgehalte transporteren of die met hoge stroomsnelheden werken.

III. Andere gelokaliseerde soorten corrosie

Naast FAC en erosiecorrosie kunnen de geometrische kenmerken van 4-weg T-stukken andere vormen van plaatselijke corrosie veroorzaken onder specifieke mediaomstandigheden:

3.1 Spleetcorrosie

Als het 4-weg T-stuk gebruik maakt van schroefdraadverbindingen of flensverbindingen, en er kleine, moeilijk schoon te maken spleten ontstaan bij de draadwortels, onder de pakking of in de laszone, kan er spleetcorrosie optreden. Binnen een afgesloten spleet is de vloeistofvernieuwing beperkt, wat leidt tot plaatselijke veranderingen in de zuurstofconcentratiegradiënten, pH-niveaus en chloride-ionenconcentratie. Dit vormt een corrosiecel, wat resulteert in het snel oplossen van het metaal in de spleet.

3.2 Door turbulentie veroorzaakte putcorrosie

Hoewel turbulentie vaak de algemene corrosie remt, kan turbulentie bij zeer turbulente stroming met hoge snelheid in media die hoge concentraties chloride-ionen bevatten (zoals zeewater) plaatselijke erosie op het metaaloppervlak veroorzaken, waardoor kleine actieve plekken ontstaan. Deze plekken hebben de neiging om te evolueren naar putcorrosiekernen. Zodra zich een put vormt, drijft het autokatalytische mechanisme de corrosie diep in het materiaal, wat uiteindelijk tot perforatie leidt.