Comment éliminer la corrosion stagnante des bulles d'air sur les tubes chauffants en titane dans les cuves de fermentation scellées

# Document : Numéro d'article technique. 68 ## Titre : Méthodes pour prévenir la stagnation et la corrosion des bulles d'air sur les tubes chauffants en titane dans des cuves de fermentation scellées Lorsqu'il est chauffé, l'air dissous se sépare en minuscules bulles dans des récipients de fermentation complètement scellés. Une zone stagnante gazeuse-liquide biphasée-se forme lorsque ces gouttelettes adhèrent à la paroi extérieure des tubes chauffants en titane pendant une période prolongée. Le film liquide continu nécessaire à l'auto-réparation du film passif de dioxyde de titane est détruit par ce microenvironnement unique, qui induit une corrosion par piqûre concentrée localisée. Cette corrosion se manifeste fréquemment sur la moitié supérieure du corps du tube et sur le dessus des ensembles chauffants à brides. Cet article fournit une analyse complète du mécanisme de corrosion dû à la stagnation des bulles et propose un ensemble complet de solutions de conception structurelle et d'ajustement du fonctionnement pour éliminer fondamentalement les risques de rétention de bulles. ## 1. Mécanisme de corrosion des bulles d'air stagnantes sur les surfaces en titane 1. La réparation incomplète du film passif est une conséquence d'un apport intermittent d'oxygène. L'oxygène dissous en phase liquide est isolé de la zone couverte de bulles. Le film passif TiO₂ en question ne peut pas être réapprovisionné en oxygène afin de cicatriser les rayures et les zones amincissantes. La paroi du tube recouverte de liquide-est une cathode intacte riche en oxygène-, tandis que la zone couverte de bulles-devient une anode active déficiente en oxygène-, entraînant une auto-corrosion galvanique sur le même tube en titane. Cycle après cycle, les fissures de corrosion continuent de s'étendre vers le bas. 2. Enrichissement de la concentration de soluté aux marges des bulles La limite gazeuse-liquide des bulles est un site d'évaporation liquide continue. En conséquence, les acides organiques, les chlorures et les sucres précipitent et s’accumulent le long de l’anneau à bulles, entraînant la formation d’une microzone hautement concentrée et hautement corrosive. Cette microzone accélère la gravure matricielle localisée. 3. Le film passif subit des fractures de contrainte thermique qui alternent entre des conditions sèches et humides. L'alternance périodique de contact avec un gaz sec et d'immersion dans un liquide humide sur la surface du tube est provoquée par l'expansion et la contraction des bulles en réponse aux fluctuations de température. Les microfissures denses sont générées par l’application répétitive de contraintes de traction et de compression sur le film passif fragile, qui à son tour crée des canaux pour la pénétration des ions corrosifs. ## 2. Principaux facteurs contribuant à la stagnation des bulles 1. La disposition de l'installation des conduits de chauffage n'est pas raisonnable. Le scénario le plus grave d’accumulation de bulles implique l’installation horizontale de longs tubes chauffants en titane. Les bulles montent et s’accumulent sur l’arc supérieur du tube, les rendant incapables de s’échapper. Les bulles qui s'élèvent au-dessus de l'ensemble sont également piégées par des tubes installés trop près du haut du réservoir.. 2. Vitesse d'écoulement du fluide inadéquate. Les microbulles produites par le chauffage ne peuvent pas être éliminées par un flux de liquide statique ou à faible vitesse-. L'effet de récurage sur la surface du tube est perdu lorsque la vitesse d'écoulement est inférieure à 0,6 m/s.. 3. Densité de puissance de surface excessive. La capacité du flux de liquide à transporter des bulles est largement dépassée par la charge thermique élevée, qui génère instantanément un grand nombre de petites bulles de vapeur, ce qui entraîne une couverture cumulative de bulles.. 4. Fonctionnement statique à basse pression dans un récipient hermétique. et de nouvelles bulles sont continuellement séparées pendant le chauffage. 5. Les zones aveugles de capture des bulles sont formées par des renforts de soudure encastrés et des espaces entre les supports en PTFE et les parois des tubes, qui sont des zones mortes locales. Ces zones sont celles où les petites bulles s’accumulent et se fondent en de grandes poches d’air persistantes. ## 3. Optimisation de la conception structurelle pour éviter la rétention de bulles 1. Améliorer l'inclinaison de l'installation du conduit de chauffage. Les tubes chauffants en titane doivent être installés avec une inclinaison de 10 à 15 degrés vers le haut, de l'extrémité de la bride à l'extrémité libre ; la disposition horizontale est interdite. Les bulles montent jusqu'à la surface liquide du réservoir pour être évacuées en glissant le long de la surface inclinée du tube jusqu'à l'extrémité libre. La disposition verticale des tubes est le choix optimal pour les conteneurs de petit volume-, car elle élimine pratiquement l'accumulation de bulles.. 2. Élargissez la distance entre le sommet du réservoir et les faisceaux de tubes. La distance verticale entre le haut du groupe de tubes chauffants et le niveau minimum de liquide de fonctionnement ne doit pas être inférieure à 300 mm, garantissant qu'il y a suffisamment d'espace pour que les bulles s'échappent vers le haut. 3. Les surfaces de contact de la soudure et du support sont polies pour obtenir une finition lisse. Meuler tous les cordons de soudure pour obtenir une transition d'arc douce sans renfort saillant ; choisissez des supports en PTFE avec une forme d'arc à large surface-pour éviter les espaces concaves qui capturent les bulles. 4. Installez des déflecteurs de guidage de flux autour du tube de chauffage. Pour créer un écoulement de liquide de récurage en spirale autour de la paroi du tube, installez des plaques de dérivation en amont du faisceau de tubes. Cela éliminera continuellement les microbulles attachées. ## 4. Contrôle de fonctionnement standardisé pour minimiser la génération et la rétention de bulles 1. Réguler une densité de puissance de surface raisonnable Afin de réduire la quantité de microbulles séparées par le chauffage, la densité de puissance des cuves de fermentation scellées est réduite de 20 % par rapport aux cuves ouvertes, conformément à la norme de conception de charge thermique élevée-à faible charge thermique. 2. Maintenir une vitesse de flux de circulation moyenne d'au moins 1,0 m/s. Avant de chauffer, activez la pompe de circulation pour garantir la formation d'un liquide de récurage stable ; il est important d'éviter un seul chauffage statique sans circulation. 3. Légère aération continue pendant la culture à température constante La promotion du mélange global des liquides, l'évacuation des gaz dissous sursaturés du réservoir et la réduction de la précipitation de nouvelles bulles sur la paroi du tube sont toutes facilitées par une aération à l'air comprimé.. 4. Opération d'augmentation de température en gradient Pour éviter la séparation de bulles de masse instantanées à la suite d'une augmentation soudaine de la température, il est recommandé que le processus de chauffage soit effectué à un taux inférieur ou égal à 3 degrés/min pendant la phase de démarrage. 5. Dégonflage constant du réservoir pendant la maintenance Pour réduire la saturation des gaz dissous dans le milieu et évacuer les gaz accumulés dans la partie supérieure du réservoir, la vanne d'échappement du réservoir doit être ouverte pendant 10-15 minutes tous les trois jours. ## 5. Technique d'inspection et de jugement de la corrosion par stagnation des bulles Une fois l'entretien de vidange du réservoir terminé, utilisez une lumière vive pour examiner la surface du tube : - Caractéristique typique : Une zone de corrosion par piqûres gris foncé en forme d'anneau, répartie sur le demi-cercle supérieur des tubes horizontaux, conformément à la piste de couverture de bulles à long terme-Test de potentiel électrochimique : Le potentiel de la zone de couverture de bulles est de 80 à 120 mV inférieur à celui de la zone d'immersion liquide inférieure du même tube, suggérant de graves dommages passifs au film. - Mesure d'épaisseur par ultrasons : la perte d'épaisseur de la paroi supérieure de l'arc est nettement supérieure à celle du fond du tube.|Source de danger de stagnation des bulles|Mesure d'élimination ciblée|Effet de base|| ----|----|----|| Disposition des tubes horizontaux piégeant les bulles|Installer des tubes avec une inclinaison vers le haut de 10 degrés à 15 degrés ou une disposition verticale|Les bulles glissent et s'échappent sans fixation à long terme sur la surface|Un faible débit de liquide ne parvient pas à éliminer les microbulles|Maintenez un débit de circulation de 1,0 m/s ou plus et installez des déflecteurs de guidage de flux.|Le récurage continu du liquide élimine les petites bulles nouvellement générées.|Précipitation de bulles de masse à haute densité de puissance.|Réduisez la densité de puissance surfacique de 20 % pour les réservoirs scellés.|Supprime la séparation instantanée des bulles à grande échelle.|Réservoir statique scellé pour gaz dissous sursaturés.|Micro-aération continue + évacuation régulière du réservoir.|Réduisez la teneur en gaz dissous pour réduire la génération de bulles.|Bulles d'espacement de soudure/support Les microzones biphasées gaz-liquide déficientes en oxygène sont formées par des poches d'air stagnantes sur les tubes chauffants en titane, ce qui entraîne une corrosion par piqûre localisée auto-galvanique. Afin d'éviter la fixation à long terme des bulles sur la paroi du tube, la solution fondamentale comprend une disposition structurelle du tube incliné, un récurage circulant à haute vitesse, une conception à faible charge thermique et un fonctionnement d'aération continu. La détection rapide des défauts précoces de corrosion des bulles et la prévention des fuites à travers la paroi des tubes chauffants en titane peuvent être obtenues grâce à une inspection visuelle régulière et à des tests potentiels pendant la maintenance.