Stagnácia bublín je univerzálnym skrytým nebezpečenstvom korózie v ponorných fermentačných vykurovacích systémoch. Keď povrch vykurovacej rúrky ohrieva médium, rozpustený plyn sa vyzráža a vytvorí drobné bublinky, ktoré sa zhromažďujú v najvyššom bode zväzku rúrok a vytvárajú súvislý vzduchový film. Prostredie s-nedostatkom kyslíka pod vzduchovým filmom ničí povrchovú protikoróznu{3}ochrannú vrstvu a vyvoláva lokálnu dlhodobú-pod-nánosovú koróziu. Rôzne antikorózne vyhrievacie materiály majú rôznu toleranciu voči poškodeniu zadržiavaním bublín a líši sa aj optimálny uhol sklonu inštalácie k výfukovým bublinám. Tento článok analyzuje riziká korózie spôsobené pokrytím vzduchovým filmom na ohrievačoch z nehrdzavejúcej ocele 316L, čistého titánu, kremeňa a PFA a predkladá cielené štandardy dizajnu uhla inštalácie pre každý materiál.
Vyhrievacie rúrky z nehrdzavejúcej ocele 316L sú najcitlivejšie na dlhodobú-koróziu v dôsledku stagnácie bublín. Pasívny film-bohatý na chróm sa nedokáže sám-efektívne opraviť v oblastiach s nedostatkom kyslíka{5}}. Dokonca aj krátkodobé-nepretržité pokrytie bublín spôsobí matné sfarbenie a chloridové ióny vo fermentačnom médiu rýchlo erodujú poškodený film a vytvárajú hlboké jamky. Zvarové oblasti na hornom oblúku vodorovných rúrok z nehrdzavejúcej ocele sa stanú bodmi koncentrovanej korózie, ktoré môžu preniknúť do steny rúry v priebehu jedného roka v podmienkach vysokej-korózie. Na úplné vypustenie bublín je zakázaná horizontálna inštalácia vykurovacích zväzkov z nehrdzavejúcej ocele; minimálny uhol sklonu je regulovaný na 12 stupňov, pričom sací koniec kvapaliny je nižší a výfukový koniec je vyšší. V kombinácii s dizajnom prepážky s cirkulujúcim prietokom prúd kvapaliny nepretržite brúsi horný povrch trubice, aby porušil zvyškové drobné vzduchové bubliny a zabránil hromadeniu statického plynového filmu.
Vyhrievacie trubice z čistého titánu majú silnejšiu antikoróznu -toleranciu pre občasné pokrytie bublín vďaka samo-opravnému pasívnemu filmu TiO₂. Krátkodobý-nedostatok kyslíka spôsobí len mierne zbelenie titánového povrchu a úplné prevzdušnenie počas čistenia CIP môže obnoviť kompaktný ochranný film. Dlhodobé-stabilné zadržiavanie bublín však stále spomaľuje regeneráciu filmu a postupne vytvára lokálne korózne defekty, najmä ak v médiu existujú stopy fluoridu. Odporúčaný inštalačný uhol sklonu pre titánové rúry je 8 stupňov až 10 stupňov, čo vyvažuje rovnomernú výmenu tepla a automatické vypúšťanie bublín. V prípade zväzkov titánových rúrok s veľkým priemerom sú pomocné malé výfukové vetvy umiestnené v najvyššom bode zostavy vykurovania, aby zhromažďovali a vypúšťali nahromadené veľké bubliny, čím sa ďalej skracuje čas pokrytia vzduchovým filmom na stene rúry.
Kremenné antikorózne vykurovacie rúrky-netrpia elektrochemickou koróziou v dôsledku stagnácie bublín, ale plynový film vážne znižuje účinnosť prenosu tepla a prináša skryté riziká tepelného stresu. Nízka tepelná vodivosť kremenného skla vedie k zjavnému teplotnému rozdielu medzi stenou rúrky pokrytou vzduchovým filmom a ponorenou časťou. Opakovaný vplyv rozdielu teplôt vytvára kumulatívne vnútorné mikrotrhliny, čím sa zvyšuje riziko prasknutia skla. Medzitým statické bubliny izolujú čistiacu kvapalinu počas cyklov CIP, pričom na povrchu hornej trubice zanechávajú špinu zvyškového cukru, ktorá pevne priľne, keď je povrch kremeňa naleptaný alkáliou. Kremenné vyhrievacie trubice majú väčší uhol sklonu viac ako 15 stupňov a jednotlivé kremenné trubice s malým priemerom sú inštalované s vertikálnym sklonom, aby sa zaistilo, že nedochádza k mŕtvemu uhla pre hromadenie bublín a rovnomerné pranie kvapaliny na celom povrchu skla.
Ohrievače s povlakom PFA čelia dvojitému nebezpečenstvu stagnácie bublín: zníženej účinnosti výmeny tepla a lokálnemu prehriatiu, ktoré urýchľuje starnutie povlaku. Vzduchový film vytvára dodatočnú tepelnú bariéru na povrchu fluoroplastu, čím zvyšuje skutočnú teplotu základného kovu povlaku vysoko nad nastavenú teplotu média. Dlhodobé-miestne prehriatie spôsobuje, že povlak PFA stráca pružnosť a vytvára mikrotrhlinky a pľuzgiere pri studených-teplých striedavých cykloch. Akonáhle sa bubliny nahromadia na škrabancoch na povrchu náteru, korozívne médium nepretržite preniká a zhrdzavie vnútorný substrát z uhlíkovej ocele. Optimálny inštalačný uhol pre ohrievače PFA je 10 stupňov – 13 stupňov a obehové čerpadlá s vysokým-prietokom sú prispôsobené tak, aby posilňovali pranie s krížovým{9}}prúdením a zabraňovali tomu, aby sa statické bubliny prilepili na fluoroplastový povrch s nízkou{10}}povrchovou{11}}energiou po dlhú dobu.
Pri celkovom návrhu vykurovacieho systému je potrebné nastaviť uhol inštalácie podľa materiálu vykurovacej rúrky namiesto prijatia jednotného horizontálneho usporiadania. Automatické výfukové ventily sú inštalované v najvyššom bode všetkých naklonených vykurovacích zväzkov, aby pravidelne odvádzali agregovaný plyn, čím sa ďalej znižuje riziko korózie stagnácie bublín. Denná hliadková kontrola sa zameriava na horný oblúk zväzku rúrok, aby sa pozorovalo abnormálne sfarbenie a hromadenie nečistôt, pričom sa posudzuje, či uhol inštalácie spĺňa požiadavky na výfuk.
Stručne povedané, vzduchový film zo stagnácie bublín spôsobuje rôzne stupne poškodenia štyroch antikoróznych vyhrievacích rúrok: nehrdzavejúca oceľ rýchlo vytvára prenikajúce jamky, titán pomaly degraduje pasívny film, kremeň hromadí trhliny pri tepelnom namáhaní a povlak PFA starne a vytvára pľuzgiere v dôsledku lokálneho prehriatia. Formulovanie odlišných štandardov naklonených inštalačných uhlov pre každý materiál môže zásadne eliminovať pokrytie statickým plynovým filmom, stabilizovať výkon výmeny tepla a predĺžiť antikoróznu životnosť fermentačných vykurovacích zariadení.
