腔体底部堆积晶体,在低速循环工况下,并不会产生高速流体那种强力冲蚀磨损,真正发生的不是直观意义上的冲刷,而是垢下腐蚀、颗粒微动磨蚀、局部滞流结晶叠加形成的复合损伤,很多现场会误以为流速低就对换热板材没有伤害,实际低速条件下晶体沉积带来的腐蚀失效反而更容易慢慢累积,隐蔽性很强。
循环流速偏低的时候,腔体底部的盐晶没有被整体扬起,大部分晶体沉降堆积在底部,只有少量细小晶粒被循环流体裹挟,流体整体动能不足,不足以对换热板表面形成持续切削式冲刷。高速循环是大颗粒撞击、流体剪切为主的冲蚀,低速工况完全是另一套失效逻辑。
首先是换热面局部的垢下腐蚀。底部沉降的晶体,会随着循环流场,在换热板下部、流道转角位置形成局部堆积覆盖。覆盖层下方介质流动近乎停滞,内部盐分会持续浓缩,氧含量、ph 值和主体物料出现明显差异,形成闭塞腐蚀电池。换热板材被晶体盖住的区域成为腐蚀阳极,裸露区域为阴极,慢慢产生点蚀坑。流速越低,晶体越容易滞留在板片表面,垢下腐蚀的发展时间越长,点蚀会逐步向板材深处发展,这类损伤外表不一定能一眼看到,拆开设备才会发现板面密布细小蚀坑。
其次是微动磨蚀,循环回路不是绝对平稳,循环泵本身存在流量脉动,负压腔体内部还有沸腾扰动,即便整体属于低速循环,流场依旧存在小幅的脉动抖动。堆积层内部细小盐晶颗粒,会在流体脉动作用下,在换热板表面做微小往复摩擦,没有大的撞击力,但长期持续的微摩擦,会把板材表面钝化膜一点点磨破。钝化膜一旦破损,高盐介质直接接触基体金属,腐蚀立刻加速,磨蚀和腐蚀互相促进,摩擦破坏保护膜,腐蚀又让基体表面变得粗糙,更容易卡住晶粒,形成恶性循环。这种损伤大多分布在流道下半段,也就是晶体容易沉降的区域,不会是均匀整片磨损,呈现局部点状、条状损伤。
低速循环还会带来流道内部局部死区,晶体持续在死区位置析出长大,慢慢附着在换热面上,形成硬垢层。垢层和板材基体之间缝隙,会滞留高浓度盐浆,进一步放大垢下腐蚀。垢层厚度上升之后,换热效率下降,板片壁温升高,温度提升又会加速电化学腐蚀速率。这里要区分,高流速是越冲越伤,过低流速是越沉越蚀,两者损坏机理不一样。
还有一种次生现象,底部堆积晶体,低速循环只能搅动上层物料,底部大团盐晶处于静止堆积,一旦工况小幅波动,循环流量短暂抬升,部分晶体被突然卷起,短时间就会出现局部冲擦。很多设备长期低速运行,前期看不出问题,在流量波动、启停扰动之后,腐蚀损伤集中爆发。
对比参考,如果循环流速足够合理,能够把底部晶体悬浮起来,不让它沉降堆积,颗粒随流体整体流动,反而不容易形成稳定垢下闭塞区,但流速过高又会带来真正的冲蚀磨损,所以低温蒸发板式换热,循环流速存在合理区间,既不能过低造成沉降堆积诱发垢下腐蚀,也不能流速过高引发颗粒冲蚀。
现场典型现象,长期低速带晶体运行,换热板下部优先出现点蚀穿孔,板片上部完好;拆开腔体底部能看到压实的盐晶沉积层;提升循环流量之后,腐蚀速率会得到抑制,但不是完全消除,如果浆料固含本身很高,再高的流速也无法完全规避颗粒带来的风险。
实操层面,不建议长时间在低速循环下带大量沉积晶体运行,尽量通过调整循环流量避免晶体沉降堆积;当底部已经出现明显晶体堆积,要做强化循环扰动,必要时溶晶清洗,不要依靠低速循环维持生产,低速工况下晶体带来的腐蚀属于慢积累损伤,运行周期拉长之后,板材寿命会被明显压缩。