Izturība pret koroziju šķidruma dzesēšanas sistēmās: kāpēc nerūsējošais tērauds pārspēj varu un misiņu

Ievads: slēptie draudi jūsu dzesēšanas cilpā

Datu centra operators Vācijā sešus mēnešus pēc jaunas šķidruma dzesēšanas sistēmas nodošanas ekspluatācijā pamanīja kaut ko satraucošu: dzesēšanas šķidruma plūsmas ātrums samazinājās, un vienai no aukstuma plāksnēm bija krāsas maiņas pazīmes. Vainīgais? Misiņa vārstu komplekts, kas lēni korodējas, nepārtraukti pakļaujot glikola-ūdens maisījumam -, izdalot metāla daļiņas, kas klusi aizsērēja filtrus un degradēja sūkņa blīves.

Šis scenārijs ir biežāk sastopams, nekā gaida lielākā daļa inženieru. Izstrādājot šķidruma dzesēšanas cilpu, sarunā dominē termiskā veiktspēja. Taču materiālu izvēle -, jo īpaši metāls, no kura izgatavoti jūsu vārsti, veidgabali un caurules, - nosaka, vai jūsu sistēma kalpo 5 gadus vai 25 gadus. Un nozarēs, kur dīkstāves laikā tiek zaudēti miljoniem dolāru stundā, šī atšķirība nav niecīga.

Šajā rakstā ir izjaukti faktiskie korozijas mehānismi, kas ietekmē varu, misiņu un nerūsējošo tēraudu šķidrās dzesēšanas vidēs, izskaidrots, kāpēc materiālu hierarhija ir svarīgāka, nekā daudzi saprot, un sniegts praktisks pamats, kā pareizi izsaukt nākamo projektu.

 

 

Nerūsējošā tērauda vārsts šķidruma dzesēšanas sistēmas datu centrā

 

1. Kā korozija faktiski darbojas šķidruma dzesēšanas kontūrā

Korozija slēgtā šķidruma dzesēšanas sistēmā nenotiek tā, kā rūsa veidojas uz āra tērauda - lēni un redzami gadu gaitā. Spiedienā, termiski cikliskā cilpā trīs atšķirīgi mehānismi var vienlaicīgi uzbrukt metāla virsmām:

Ķīmiskā korozijarodas, ja dzesēšanas šķidrums tieši reaģē ar metālu. Etilēnglikols, viens no visizplatītākajiem dzesēšanas šķidrumiem, karstuma un skābekļa iedarbības rezultātā sadalās piecās organiskās skābēs: glikolskābē, glioksiskābē, skudrskābē, ogļskābē un skābeņskābē. Bez korozijas inhibitoriem šīs skābes darbības apstākļos sāk uzbrukt samitrinātām metāla virsmām nedēļu laikā.

Elektroķīmiskā (galvaniskā) korozijatiek aktivizēts, ja vadoša šķidruma klātbūtnē ir savienoti divi metāli ar atšķirīgu elektroķīmisko potenciālu. Piemēram, varš un alumīnijs galvaniskajā sērijā atrodas tālu viens no otra. Savienojiet tos vienā cilpā, - teiksim, alumīnija aukstuma plāksne, kas savienota ar vara cauruli -, un alumīnijs kļūst par atlaišanas anodu, kas galvenokārt korodē pat tad, ja dzesēšanas šķidruma ķīmiskā viela citādi tiek pārvaldīta labi-.

Erozijas korozijaTo izraisa liela{0}}ātruma šķidruma plūsma, kas fiziski nolieto virsmas aizsargājošos oksīdus, pakļaujot svaigu metālu turpmākam ķīmiskam uzbrukumam. Tas ir īpaši svarīgi sistēmās ar šauriem līkumiem, lielu plūsmas ātrumu vai sūkņa kavitāciju.

Izpratne par to, kurš mehānisms dominē jūsu konkrētajā sistēmā, ir pirmais solis ceļā uz pareizo materiālu izvēli.

 

2. Varš un misiņš: spēcīgi termiski izpildītāji, laika gaitā neaizsargāti

Varš jau sen ir bijis noklusējuma izvēle šķidruma dzesēšanas komponentiem, un tas ir pamatota iemesla dēļ: tā siltumvadītspēja aptuveni 400 W/m·K ir viena no augstākajām no jebkura komerciāli pieejama metāla. Īsā-ilguma, zemas-sarežģītības sistēmas, varš darbojas lieliski.

Taču vara ievainojamības parādās ilgstošas ​​darbības apstākļos:

Glikola jutība:Varš un alumīnijs darbojas kā katalizatori neinhibēta etilēnglikola klātbūtnē, paātrinot glikola sadalīšanos kodīgās organiskās skābēs. Kontrolētos laboratorijas testos 100 grādu temperatūrā ar skābekli, kas tika ievadīts šķidrumā, šīs skābes izraisīja izmērāmu koroziju un metālu -organisko savienojumu uzkrāšanos mazāk nekā trīs nedēļu laikā.

Hlorīda uzbrukums:Dzesēšanas šķidrumā izšķīdušie hlorīdi -, kas bieži sastopami sistēmās, kurās izmanto neattīrītu vai nepietiekami apstrādātu ūdeni -, uzbrūk vara oksīda virsmas slānim, izraisot bedrīšu veidošanos un pakāpenisku sienu retināšanu.

Galvaniskais risks jauktās{0}}metālu sistēmās:Varš atrodas galvaniskajā sērijā. Savienojot ar alumīnija komponentiem (izplatīta servera dzesēšanas konfigurācija), tas veicina alumīnija detaļu paātrinātu koroziju.

Misiņš, vara un cinka sakausējums, sarežģīdezincifikācija- selektīvs izskalošanās process, kurā cinku ekstrahē no sakausējuma noteiktos ūdens ķīmiskos apstākļos, atstājot porainu, novājinātu vara matricu. Dzesēšanas sistēmās ar mainīgu pH vai paaugstinātu hlorīda līmeni dezincifikācija dažu gadu laikā var strukturāli apdraudēt misiņa veidgabalus un vārstus.

Abus materiālus var aizsargāt ar atbilstošiem korozijas inhibitoriem, taču inhibitori laika gaitā noārdās, tiem ir nepieciešama regulāra uzraudzība un nomaiņa, kā arī palielina pastāvīgās darbības izmaksas un sarežģītību.

 

3. Kāpēc nerūsējošais tērauds maina vienādojumu

Nerūsējošā tērauda izturība pret koroziju nav pārklājums vai ķīmiska apstrāde -, tā ir raksturīga materiāla mikrostruktūrai. Hroma saturs (vismaz 10,5 masas%) reaģē ar skābekli, veidojot plānu, pašlabojošu hroma oksīda pasīvo slāni uz virsmas. Noskrāpējiet to, un skābekļa klātbūtnē tas pārveidojas dažu minūšu laikā.

Šis pasivēšanas mehānisms nodrošina vairākas priekšrocības šķidruma dzesēšanas lietojumos:

Plaša ķīmiskā saderība.Atšķirībā no vara, nerūsējošais tērauds nekatalizē glikola noārdīšanos. Tas darbojas stabili plašā pH līmeņu diapazonā un ir saderīgs ar dejonizētu ūdeni, glikola šķīdumiem un daudziem īpašiem dzesēšanas šķidrumiem, ko izmanto augstas veiktspējas skaitļošanā un pusvadītāju ražošanā.

Izturība pret galvanisko koroziju labi{0}}izstrādātās sistēmās.Tā kā nerūsējošā tērauda sastāvdaļas var konsekventi norādīt visās caurulēs, vārstos, veidgabalos un kolektoros, galvaniskās savienojuma risks starp dažādiem metāliem ir ievērojami samazināts -, kas ir galvenā priekšrocība sarežģītās CDU (dzesēšanas šķidruma sadales vienības) arhitektūrās.

Virsmas gludums un izturība pret netīrumiem.Austenīta nerūsējošajam tēraudam (304. un 316. klase) ir dabiski gluda virsmas apdare, kas kavē bioplēvju, katlakmens un korozijas blakusproduktu uzkrāšanos. Vara sistēmās katlakmens nogulsnes samazina termisko efektivitāti un rada lokalizētas koncentrācijas šūnas, kas paātrina bedrīšu veidošanos.

Ilgs kalpošanas laiks ar zemākām apkopes izmaksām.Misiņa vārsti šķidruma dzesēšanas sistēmās parasti ir jānomaina 5 līdz 10 gadu laikā. Pareizi norādīti nerūsējošā tērauda komponenti parasti darbojas 15–25 gadus bez materiāla degradācijas -, kas ir būtisks apsvērums datu centru operatoriem, plānojot 20 gadu infrastruktūras dzīves ciklus.

Viens atzītais kompromiss{0}}ir siltumvadītspēja: nerūsējošais tērauds vada siltumu ar ātrumu 15–30 W/m·K, kas ir daudz zemāks par vara 400 W/m·K. Tomēr šķidruma dzesēšanas sistēmā siltumu nes šķidrums - nevis caurules siena -. Sienas biezums ir mazs attiecībā pret plūsmas tilpumu, un nerūsējošā tērauda sienu pievienotā termiskā pretestība ir niecīga salīdzinājumā ar šķidruma robežslāņa termisko pretestību. Ilgtermiņa -nerūsējošā tērauda virsmas stabilitāte faktiski saglabā siltuma pārneses veiktspēju labāk nekā varš, kas uzkrāj oksīdu nogulsnes un nogulsnes, kas pakāpeniski pasliktina termisko efektivitāti.

 

4. Materiālu izvēle praksē: scenārijs,{1}}pamatojoties uz ietvaru

Datu centra šķidruma dzesēšana (CDU, tiešā{0}}uz-čipu, iegremdēšana):Šis ir skaidrākais nerūsējošā tērauda lietošanas gadījums. Sistēmas nepārtraukti darbojas zem ievērojama spiediena, bieži vien ar dzesēšanas šķidrumiem, kuru pamatā ir glikols{1}}. Kolektoriem, sadales caurulēm, vadības vārstiem un sietiņiem jābūt norādītiem no 316 l nerūsējošā tērauda, ​​ja to atļauj budžets, vai no 304 l mazāka -riska sekundārajām ķēdēm. Augsta-kvalitāteNerūsējošā tērauda lodveida vārstsir standarta izvēle plūsmas izolācijai šajās arhitektūrās - tās pilnais-urbuma dizains samazina spiediena kritumu, un nerūsējošais korpuss iztur agresīvo ķīmisko sastāvu, ko rada ilgstošas ​​-glikola iedarbības.

Rūpniecisko procesu dzesēšana (ķīmiskās rūpnīcas, ārzonas, naftas ķīmijas rūpnīcas):Augsta hlorīda koncentrācija un agresīvie procesa šķidrumi padara 316 nerūsējošo tēraudu - ar pievienotu molibdēna saturu, lai uzlabotu pretestību punktos - par atbilstošu specifikāciju. Šajās vidēs aAtloku lodveida vārstsnodrošina drošu, augsta spiediena{0}}pieslēgumu, kas nepieciešams procesa cauruļvadu standartiem, vienlaikus piedāvājot pilnīgu divvirzienu slēgšanu bez cinkošanas riska, kas laika gaitā apdraud misiņa vārstus.

Sarežģītas kolektoru un sadales sistēmas:Ja vienam vārstam vienlaikus ir jānovirza plūsma starp vairākām dzesēšanas ķēdēm - tas ir izplatīts modulāro datu centru dzesēšanas arhitektūrā un precīzās temperatūras kontroles sistēmās - aTrīsceļu lodveida vārsts ar atlokunovērš nepieciešamību pēc vairākiem atsevišķiem vārstiem, samazina iespējamās noplūdes vietas un vienkāršo cauruļvadu izkārtojumu. No nerūsējošā tērauda šī konfigurācija nodrošina virziena plūsmas kontroli nepārtrauktas ekspluatācijas gados bez materiāla degradācijas, kas ierobežo misiņa alternatīvas.

Patērētāju vai maza mēroga{0}}datoru šķidruma dzesēšana:Īsi darba cikli, zemāks spiediens un ne{0}}nepārtraukta darbība padara varu par dzīvotspējīgu un izmaksu{1}}efektīvu izvēli. Siltuma veiktspējas priekšrocības ir reālas, un glikola pārvaldība šajās sistēmās ir vienkārša. Nerūsējošais tērauds ir tehniski pārāks, taču ekonomiskais gadījums šajā mērogā ir vājāks.

 

Leadtek trīsceļu lodveida vārsts ar atloku

 

5. Dzesēšanas šķidruma ķīmijas loma - un kāpēc materiālu izvēle to neaizstāj

Izvēloties nerūsējošo tēraudu, netiek novērsta nepieciešamība pēc pareizas dzesēšanas šķidruma pārvaldības. Pat 316 nerūsējošais tērauds var tikt apdraudēts augsta hlorīda koncentrācijas dēļ -, kas noārda pasīvā oksīda slāni un ierosina bedrīšu veidošanos. Sistēmās, kurās izmanto komunālo ūdeni vai ūdeni ar mainīgu minerālvielu saturu, hlorīda līmeņa uzturēšana zem 200 ppm (daļiņas uz miljonu) ir vispārīga vadlīnija 316 nerūsējošā tērauda pakalpojumam.

Regulāri pārraugiet dzesēšanas šķidruma pH līmeni (nerūsējošā tērauda sistēmām parasti ir ieteicams no neitrāla -līdz-nedaudz sārmains diapazons no 7,0 līdz 9,0), nomainiet inhibitoru iepakojumus saskaņā ar ražotāja grafikiem un izmantojiet Y-sietiņus vai iebūvētos filtrus, lai uztvertu daļiņas, pirms tās sasniedz sūkņus un aukstuma plāksnes.

Mērķis ir sistēma, kurā materiālu atlase un dzesēšanas šķidruma ķīmija darbojas kopā - nerūsējošais tērauds samazina jutību pret ķīmisko vielu novirzi, bet nepadara ķīmijas pārvaldību par neobligātu.

 

Secinājums: ko tas nozīmē jūsu nākamajam projektam

Materiālu izvēle šķidruma dzesēšanai nav detaļa, - tas ir sistēmas-līmeņa lēmums, kas nosaka uzticamību, uzturēšanas izmaksas un kopējo infrastruktūras kalpošanas laiku. Varš joprojām ir lieliski piemērots īstermiņa-augstas-vadītspējas lietojumiem. Bet jebkurai sistēmai, kas, domājams, darbosies nepārtraukti vairāku-gadu periodā, pakļauta glikola dzesēšanas šķidruma iedarbībai vai uzstādīta vidē, kur apkopes logi ir dārgi, nerūsējošais tērauds ir uzticama inženierijas izvēle.

Īstenojami ieteikumi:

• Norādiet nerūsējošo tēraudu (304 vai 316 l) visām primārā šķidruma -ceļa sastāvdaļāmdatu centru, rūpniecisko un procesu dzesēšanas sistēmās, - īpaši vārstos, veidgabalos, kolektoros un sietiņos.
• Izvairieties no jauktām{0}}metāla sistēmāmvara un alumīnija apvienošana bez skaidras galvaniskās saderības plānošanas un inhibitoru pārvaldības.
• Atbilstība videi:316 l liela-hlorīda vai agresīvas{2}}vides lietojumiem; 304 standarta ūdens un glikola pakalpojumam.
• Izveidojiet dzesēšanas šķidruma uzraudzības grafikuneatkarīgi no materiāla izvēles - pārbaudiet pH un inhibitoru koncentrāciju reizi ceturksnī kritiskajās sistēmās.
• Novērtējiet kopējās īpašuma izmaksas, nevis tikai vienības izmaksas.Nerūsējošā tērauda vārsts, kas kalpo 20 gadus par augstākām sākotnējām izmaksām, gandrīz vienmēr ir lētāks nekā misiņa komponentu nomaiņa ik pēc 5–8 gadiem, ņemot vērā darbaspēka, sistēmas dīkstāves un iespējamās ar koroziju saistītās atteices izmaksas.

 

FAQ

Q1: Vai es varu sajaukt nerūsējošā tērauda un vara sastāvdaļas vienā dzesēšanas kontūrā?

Tehniski jā, bet tas prasa rūpīgu pārvaldību. Vara un nerūsējošā tērauda elektroķīmiskais potenciāls ir atšķirīgs - varš ir cēlāks, kas nozīmē, ka nerūsējošā tērauda sastāvdaļas var darboties kā anods un piedzīvot paātrinātu koroziju krustojumos. Ja sajaukšana ir neizbēgama, nodrošiniet stabilu korozijas inhibitoru pārklājumu, saglabājiet zemu vara-un-nerūsējošā tērauda virsmas laukuma attiecību un rūpīgi uzraugiet dzesēšanas šķidruma ķīmisko sastāvu. Ja iespējams, standartizējiet vienu metāla saimi visā cilpā.

Q2: Vai nerūsējošā tērauda zemākā siltumvadītspēja ietekmē dzesēšanas veiktspēju reālā sistēmā?

Lielākajā daļā praktisko šķidruma dzesēšanas sistēmu nē. Dominējošā termiskā pretestība ir šķidruma -līdz -sienas saskarnei (to nosaka plūsmas ātrums un šķidruma īpašības), nevis caur sienu. Nerūsējošā tērauda caurules vai vārsta korpusa plānā sieniņa nodrošina minimālu termisko pretestību. Turklāt nerūsējošā tērauda virsmas stabilitāte nozīmē, ka tajā neuzkrājas katlakmens un oksīdu nogulsnes, kas laika gaitā pakāpeniski pasliktina vara efektīvo termisko veiktspēju.

Q3: Kā es varu zināt, vai dzesēšanas šķidrums uzbrūk manām metāla detaļām?

Pievērsiet uzmanību šīm brīdinājuma zīmēm: neparasta krāsas maiņa vai duļķainība dzesēšanas šķidrumā, pieaugošs spiediena kritums filtros (norāda uz daļiņu uzkrāšanos), dzesēšanas šķidruma pH pazemināšanās zem 7,0 (norāda uz skābes uzkrāšanos) vai redzamas bedrītes vai traipi uz sastāvdaļu virsmām apkopes laikā. Sākotnējā dzesēšanas šķidruma analīze nodošanas ekspluatācijā un pēc tam ceturkšņa testēšana sniedz jums tendences datus, lai savlaicīgi konstatētu pasliktināšanos.

4. jautājums. Kādas kategorijas nerūsējošais tērauds ir vislabākais šķidruma dzesēšanai - 304 vai 316?

304 nerūsējošais tērauds ir piemērots lielākajai daļai standarta dzesēšanas sistēmu, kuru pamatā ir ūdens un glikols{1}} ar labi -kontrolētu ķīmiju. 316 (vai 316 l metinātiem mezgliem), kas pievieno molibdēnu, kas ievērojami uzlabo izturību pret hlorīda-izraisīto bedrīšu veidošanos -, padarot to par labāku izvēli jebkurai ūdens apgādei ar augstāku minerālūdens saturu rūpnieciskām vidēm. Izmaksu prēmija par 316 ir pieticīga salīdzinājumā ar uzticamības pieaugumu sarežģītās vidēs.

Q5: Cik ilgi es varu reāli sagaidīt nerūsējošā tērauda dzesēšanas komponentu kalpošanas laiku?

Pareizi izstrādātā un uzturētā sistēmā nerūsējošā tērauda vārsti, veidgabali un caurules regulāri kalpo no 15 līdz 25 gadiem. Tas ir labvēlīgi salīdzinājumā ar misiņu (parasti 5–10 gadi) un varu (mainīgs, bet jutīgs pret paātrinātu noārdīšanos glikola sistēmās bez rūpīgas inhibitoru pārvaldības). Galvenais ir kvalitātes pielāgošana pielietojumam un dzesēšanas šķidruma ķīmijas saglabāšana materiāla darbības parametru robežās.

 

---

Zhejiang Leadtek Fluid Technology Co., Ltd. ir vairāk nekā 30 gadu pieredze precīzas nerūsējošā tērauda ražošanā ar 37 000 ㎡ ražošanas iekārtu, 400+ modernām iekārtām un produktiem, kas sertificēti atbilstoši ISO 9001, ISO 14001 un CE standartiem. Leadtek šķidruma kontroles produkti tiek izvietoti vairāk nekā 80 valstīs datu centru, naftas ķīmijas, pusvadītāju un pārtikas pārstrādes lietojumprogrammās.

Sazinieties tagad