La corrosión-acelerada por flujo es un modo de falla común que fácilmente se pasa por alto en el diseño de sistemas de tuberías de calefacción. Cuando el medio circulante fluye a una velocidad excesivamente alta, o pasa a través de cambios repentinos en el diámetro de la tubería, codos, tes y válvulas de estrangulación, el fluido de alta-velocidad limpia continuamente la pared interna del acero inoxidable 316, quitando la densa película pasiva rica en cromo- sobre la superficie del metal. Una vez que la película protectora está dañada y no puede repararse a tiempo con oxígeno disuelto en el medio, la matriz metálica expuesta sufrirá disolución anódica continuamente. Mientras tanto, el fluido de alta-velocidad a menudo transporta partículas sólidas suspendidas, lo que provoca daños por erosión-corrosión en el acoplamiento, lo que rápidamente provoca un adelgazamiento local de las paredes e incluso perforaciones en las posiciones de mutación del campo de flujo. Muchos accidentes por fugas en tubos de calefacción se concentran en codos y secciones de tuberías de diámetro-variable, que son manifestaciones típicas de defectos de diseño del campo de flujo. La adaptación razonable de la velocidad del flujo, la transición estructural simplificada y la optimización de la uniformización del flujo pueden estabilizar la película pasiva protectora, restringir fundamentalmente la corrosión-acelerada del flujo y la erosión-corrosión y eliminar los puntos de corrosión de alto-riesgo causados por una distribución irrazonable del fluido.
Las direcciones principales de optimización del diseño del campo de flujo circulante incluyen cuatro dimensiones clave: control de intervalo de velocidad de flujo razonable, estructura de transición de tubería simplificada, configuración del componente de rectificación de flujo y eliminación de la zona muerta de vórtice. En primer lugar, limite estrictamente la velocidad del flujo del medio dentro del rango seguro, evite una velocidad de flujo baja que provoque una deposición de incrustaciones y una velocidad de flujo alta que cause daños por abrasión pasiva de la película. En segundo lugar, cancelar la expansión abrupta, la contracción abrupta y las estructuras de conexión en ángulo recto-, adoptar codos de gran-radio y juntas de transición graduales ahusadas para reducir la turbulencia del flujo local y la intensidad del vórtice. En tercer lugar, instalar rectificadores de flujo y rejillas de rectificación en la entrada de tuberías de larga-distancia y en los extremos frontales de los equipos para estabilizar el flujo turbulento desordenado en un flujo laminar uniforme, debilitando la socavación local de alta-velocidad. En cuarto lugar, optimizar el diseño de los ramales para eliminar las zonas muertas de vórtices de baja-velocidad formadas por derivaciones y confluencias, prevenir la sedimentación de partículas y el enriquecimiento local de iones corrosivos. Un ajuste inadecuado de la velocidad del flujo, un radio de curvatura demasiado pequeño y la falta de medidas de rectificación del flujo provocarán una erosión local de alta turbulencia a largo plazo, lo que hará que el tubo de calentamiento pierda la protección pasiva de la película y caiga en el círculo vicioso de corrosión continua y adelgazamiento de las paredes.
Tabla 1 Tipo de medio, grado de riesgo de flujo, rango de velocidad de flujo seguro y esquema de optimización del campo de flujo
| Grado de riesgo de flujo|Características del medio circulante|Velocidad de flujo de diseño seguro|Medidas de optimización del campo de flujo central|Principal tipo de corrosión evitada|| ----|----|----|----|| Bajo riesgo|Agua limpia desionizada, sin partículas sólidas en suspensión|1,0–1,5 m/s|Codo de radio grande (R mayor o igual a 1,5D), transición gradual del diámetro|Corrosión acelerada por flujo de fregado de película pasiva|| Riesgo Medio|Agua circulante industrial, trazas de impurezas finas en suspensión|0,8–1,2 m/s|Instalar un enderezador de flujo de entrada y optimizar el diseño de la confluencia de los ramales|Corrosión por picaduras y adelgazamiento local inducida por turbulencias|| Alto riesgo|Aguas residuales de proceso que contienen pequeñas partículas sólidas abrasivas|0,6–1,0 m/s|Pulido de precisión interior de doble cara + diseño de tubería completamente aerodinámico|Daños en los acoplamientos por erosión-corrosión y abrasión de partículas|| Riesgo extremo|Medio de transferencia de calor de alta temperatura y alta velocidad, fluctuación frecuente del flujo|0,5–0,9 m/s|Rejilla de rectificación de flujo + diseño de sección de amortiguación de múltiples etapas, evita el flujo de cortocircuito|Flujo turbulento alterno, fatiga, corrosión acelerada |
Las empresas deben incorporar la verificación de la simulación del campo de flujo en el enlace de revisión del diseño de la tubería, utilizar software de simulación de fluidos para predecir la distribución de la velocidad, la intensidad de la turbulencia y la posición del vórtice de todo el sistema, y ajustar el diámetro de la tubería y el esquema de diseño para áreas con una velocidad de flujo local excesiva antes de la construcción. Durante el procesamiento de tuberías, todas las posiciones de soldadura deben pulirse suavemente para eliminar el refuerzo de soldadura y las rebabas de soldadura internas, evitar que las estructuras sobresalientes perturben el campo de flujo y formen puntos de fregado locales de alta-velocidad. Después de poner en servicio el sistema, se debe probar la velocidad de flujo real de cada tubería principal y secundaria, y se debe usar equipo de conversión de frecuencia para ajustar el caudal de las tuberías que exceden el umbral de velocidad segura para evitar-una operación de sobrecarga a largo plazo. Todos los informes de simulación de campo de flujo, los parámetros de diseño del diámetro de la tubería y los datos de las pruebas de aceptación de la velocidad del flujo se archivarán en la plataforma de trazabilidad digital y se vincularán al archivo del proyecto. Para tuberías con estructuras de mutación de campo de flujo obvias que se han puesto en operación, se debe organizar una transformación de rectificación de flujo durante el mantenimiento de parada planificado para agregar secciones de amortiguamiento y enderezadores de flujo. En el proceso de operación diaria, limpie regularmente el equipo de filtrado en la entrada de la tubería para reducir la concentración de partículas suspendidas en el medio y desacelerar el efecto de daño por erosión de las partículas sólidas en la película pasiva de la pared de la tubería. Al mismo tiempo, realice periódicamente la detección ultrasónica del espesor de la pared en posiciones de alto-riesgo, como codos y secciones de-diámetro variable, para rastrear la tendencia de atenuación del espesor de la pared y realizar alertas tempranas de peligros ocultos de corrosión acelerada por el flujo-.
El diseño optimizado del campo de flujo de fluido en circulación estabiliza el ambiente hidrodinámico dentro de la tubería de calefacción y evita de manera efectiva el daño continuo por abrasión a la película pasiva de acero inoxidable causado por fluidos turbulentos de alta-velocidad y partículas sólidas. Combinado con un tratamiento de pulido de la pared interior, purificación por filtración media y regulación dinámica del caudal, crea un sistema hidrodinámico de protección anti-corrosión para tubos calefactores de acero inoxidable 316. La optimización científica del campo de flujo elimina las fallas por corrosión concentrada en las posiciones de mutación estructural de las tuberías locales, reduce la velocidad de atenuación del espesor de la pared de las tuberías, extiende en gran medida la vida útil de los equipos de calefacción en condiciones de trabajo de medio circulante y garantiza el funcionamiento estable y eficiente a largo plazo-de los sistemas industriales de intercambio de calor.
