Problem słonego powietrza
Galwanizernia zlokalizowana 500 metrów od oceanu przetwarza części w kąpielach niklowych, cynkowych i chromowych. Wymienniki ciepła wewnątrz tych wanien są wykonane ze stali nierdzewnej. Korozja procesowa- jest dobrze kontrolowana poprzez dobór materiałów. Jednak co 18-24 miesiące w wężownicach pojawiają się nieszczelności na powierzchniach zewnętrznych powyżej poziomu cieczy-w rurociągach doprowadzających parę i powrotnym kondensatu, wspornikach wsporczych i niezanurzonych częściach wężownicy.
Winowajcą nie jest chemia procesu. To jest atmosfera. Słone-morskie powietrze zawierające 5-20 mg/m3 aerozolu chlorkowego osadza się na każdej odsłoniętej powierzchni metalicznej. Podczas wilgotnych nocy higroskopijna sól pochłania wilgoć, tworząc na powierzchni metalu stężoną solankę chlorkową. W upalne dni solanka wysycha, powodując dalsze zagęszczenie chlorku. Cykliczna ekspozycja na chlorki na mokro i na sucho powoduje, że korozja wżerowa jest bardziej agresywna niż ciągła korozja zanurzeniowa po stronie procesu.
Ten atak atmosferyczny jest często pomijany przy wyborze materiału na wymiennik ciepła, który koncentruje się na zgodności chemicznej-procesu. W obiektach przybrzeżnych środowisko zewnętrzne może być czynnikiem ograniczającym żywotność sprzętu.
Mechanizm korozji atmosferycznej
Atmosferyczna korozja chlorkowa stali nierdzewnej przebiega inną drogą niż korozja zanurzeniowa. Kluczowym czynnikiem jest cykliczny stan mokry-suchy. W fazie mokrej jony chlorkowe koncentrują się w mikroskopijnych defektach powierzchni. Cienka warstwa elektrolitu ma wysoką rezystancję elektryczną, ale jest wystarczająca do podtrzymania zlokalizowanych ogniw korozyjnych. Tlen dostępny w atmosferze pełni rolę reagenta katodowego.
W fazie suchej chlorek krystalizuje. Kryształy rosną w szczelinach powierzchniowych, wywierając naprężenia mechaniczne, które poszerzają szczelinę. Następny mokry cykl wnika głębiej. W ciągu setek cykli-suchych i mokrych początkowo mikroskopijna szczelina zmienia się w widoczny dół.
Stal nierdzewna 316L, odporna na zanurzenie w wodzie morskiej o temperaturze otoczenia, jest podatna na wżery chlorkowe atmosferyczne, ponieważ w wyniku-suchego obiegu na mokro powstają stężenia chlorków znacznie przekraczające wodę morską. Nasycona solanka chlorkowa na dnie wykopu może zawierać 50 000-100 000 ppm chlorków, znacznie powyżej 20 000 ppm w wodzie morskiej.
Tytan zachowuje się lepiej niż stal nierdzewna w przypadku ekspozycji na chlorki atmosferyczne, ale nie jest odporny. Powyżej 80 stopni tytan może ulegać pękaniu korozyjnemu pod wpływem gorącej soli, gdy na obciążonych powierzchniach występują osady chlorków.
Tabela 1: Odporność na korozję chlorków atmosferycznych w środowisku przybrzeżnym (odległość od oceanu: 500 m, osadzanie się chlorków: 15 mg/m²/dzień)
| Tworzywo | Korozja wżerowa po 2 latach | Korozja szczelinowa na podporach | Ryzyko pękania spowodowanego korozją naprężeniową | Wymagana konserwacja |
|---|---|---|---|---|
| Stal nierdzewna 304 | Poważne (przez-doły w ścianach) | Ciężki : silny | Umiarkowany | Wymień w ciągu 2 lat |
| Stal nierdzewna 316L | Umiarkowane do ciężkiego | Umiarkowany | Niski | Wymień lub napraw w ciągu 3-4 lat |
| Tytan klasy 2 | Bardzo niewielkie | Niewielki | Umiarkowane powyżej 80 stopni | Sprawdzaj co roku; wymienić w ciągu 8-10 lat |
| Miedź-Nikiel 90/10 | Umiarkowany (jednolity) | Niewielki | Nic | Sprawdzaj co roku; wymienić w ciągu 5-7 lat |
| PTFE | Nic | Nic | Nic | Tylko kontrola wzrokowa |
Mechanizm odporności na PTFE
PTFE jest odporny na atak chlorków w dowolnym mechanizmie. Wiązanie węgiel-fluor ma energię dysocjacji około 485 kJ/mol. Energia dostępna w wyniku adsorpcji jonów chlorkowych, hydratacji lub innego procesu korozji atmosferycznej jest o rząd wielkości poniżej tego progu. Nie ma termodynamicznej siły napędowej reakcji chlorku z PTFE.
Materiał jest również odporny na mechaniczne elementy ataku atmosferycznego. Kryształy chlorku nie mogą przeniknąć ani zaklinować się w powierzchni PTFE, ponieważ powierzchnia ta nie ma granic ziaren, mikro-szczelin ani defektów warstwy tlenkowej. Niska energia powierzchniowa (18-20 mN/m) zapobiega silnemu przyleganiu kryształków soli. Wszelkie chlorki, które osadzają się na powierzchni PTFE, są spłukiwane przez następny deszcz lub kondensację bez pozostałości.
Odporność ta rozciąga się na cały zespół wymiennika ciepła-, rury, kolektory, płyty wsporcze i zewnętrzne połączenia rurowe, jeśli są wykonane z PTFE lub odpowiednich materiałów fluoropolimerowych. Nie ma ograniczeń dotyczących korozji atmosferycznej wpływającej na trwałość sprzętu w środowiskach przybrzeżnych.
Strefa korozji kondensatu
Niezanurzone sekcje wymienników ciepła są narażone na szczególnie agresywne-środowisko. Kondensat pary na powierzchni zewnętrznej powstały w wyniku kondensacji wilgotnego powietrza tworzy stale mokrą strefę. W wymiennikach metalowych ta strefa podlega największej szybkości korozji, ponieważ powierzchnia nigdy nie jest sucha i nie mogą tworzyć się pasywujące warstwy tlenków.
PTFE nie posiada warstwy pasywnej, którą trzeba by utrzymać. Strefa stale mokra nie różni się od strefy okresowo mokrej lub strefy suchej. Materiał jest równie obojętny we wszystkich trzech środowiskach.
Wyniki terenowe z przybrzeżnego zakładu poszycia
W zakładzie chromowania dekoracyjnego zlokalizowanym na wybrzeżu Zatoki Perskiej wymieniono grzałki zanurzeniowe ze stali nierdzewnej na wymienniki ciepła z PTFE po trzech awariach wężownic w ciągu pięciu lat, a wszystkie były spowodowane zewnętrznymi wżerami chlorków powyżej poziomu cieczy. W przypadku uszkodzonych wężownic widoczne były-wgłębienia w ścianach skupione w punktach styku rur wlotowych pary i wspornikach-, gdzie-zbierała się i cyklicznie suszyła kondensacja obciążona chlorkami.
Po zainstalowaniu PTFE trzy lata pracy w tym samym środowisku przybrzeżnym nie spowodowały korozji zewnętrznej, wżerów ani wycieków. Coroczne kontrole wizualne potwierdziły, że powierzchnie PTFE pozostały niezmienione. Dla tych zbiorników wyeliminowano budżet remontowy na wymianę wymienników ciepła.
Streszczenie
Wymienniki ciepła PTFE radzą sobie z atakiem chlorków unoszących się w powietrzu w przybrzeżnych zakładach galwanicznych dzięki całkowitej obojętności chemicznej na jony chlorkowe, brak granic ziaren lub folii pasywnych podatnych na wżery oraz niską energię powierzchniową, która zapobiega przyleganiu kryształów soli. W przeciwieństwie do stali nierdzewnej i tytanu, które podlegają zewnętrznym wżerom w wyniku-obiegu mokrego i suchego chlorku w-niezanurzonych sekcjach, chlorek atmosferyczny nie ma wpływu na PTFE niezależnie od stężenia i częstotliwości cykli.
Eliminacja korozji zewnętrznej wydłuża żywotność sprzętu poza granicę korozji po stronie procesu, która ogranicza wymienniki metaliczne. W instalacjach przybrzeżnych PTFE często ma dłuższą trwałość niż sprzęt procesowy, któremu służy.
Analiza techniczna specyfikacji wymiennika ciepła PTFE dla środowisk przybrzeżnych lub z atmosferą korozyjną jest dostępna po podaniu lokalizacji obiektu, odległości od słonej wody, przeważających danych dotyczących wiatru i wilgotności oraz aktualnej historii korozji sprzętu.
