Problem sa slanim zrakom
Postrojenje za galvanizaciju smješteno 500 metara od oceana obrađuje dijelove u kupkama nikla, cinka i kroma. Izmjenjivači topline unutar ovih kupki su od nehrđajućeg čelika. Korozija -na strani procesa dobro je kontrolirana odabirom materijala. Ipak, svakih 18-24 mjeseca, zavojnice razviju curenje na vanjskim površinama iznad razine tekućine-u dovodu pare i povratnom cjevovodu kondenzata, potpornim nosačima i neuronjenim dijelovima zavojnice.
Krivac nije procesna kemija. To je atmosfera. Morski zrak -pun soli, koji nosi 5-20 mg/m³ aerosola klorida, taloži se na svakoj izloženoj metalnoj površini. Tijekom vlažnih noći, higroskopna sol upija vlagu, stvarajući koncentriranu otopinu soli na metalnoj površini. Tijekom vrućih dana slana otopina se suši, dodatno koncentrirajući klorid. Cikličko mokro-suho izlaganje kloridu uzrokuje jamičastu koroziju koja je agresivnija od kontinuirane uronjene korozije na strani procesa.
Ovaj atmosferski napad često se zanemaruje pri odabiru materijala za izmjenjivač topline, koji se fokusira na kemijsku kompatibilnost -na strani procesa. U obalnim objektima, vanjski okoliš može biti ograničavajući čimbenik za vijek trajanja opreme.
Mehanizam atmosferske korozije
Atmosferska kloridna korozija nehrđajućeg čelika slijedi drugačiji put od korozije uranjanjem. Ključni faktor je cikličko mokro-suho stanje. Tijekom mokre faze, kloridni ioni se koncentriraju u mikroskopskim površinskim defektima. Tanki film elektrolita ima veliki električni otpor, ali je dovoljan da podrži lokalizirane korozivne ćelije. Kisik, slobodno dostupan iz atmosfere, djeluje kao katodni reaktant.
Tijekom suhe faze, kloridna sol kristalizira. Kristali rastu unutar površinskih pukotina, vršeći mehanički stres koji proširuje pukotinu. Sljedeći mokri ciklus prodire dublje. Tijekom stotina mokro-suhih ciklusa, prvobitno mikroskopski pukotina postaje vidljiva jama.
Nehrđajući čelik 316L, otporan na uranjanje u morsku vodu na sobnoj temperaturi, osjetljiv je na atmosferski kloridni piting jer mokro-suho cikliranje stvara koncentracije klorida daleko veće od morske vode. Zasićena slana otopina klorida na dnu jame može sadržavati 50 000-100 000 ppm klorida - daleko iznad 20 000 ppm u morskoj vodi.
Titan se ponaša bolje od nehrđajućeg čelika u izloženosti atmosferskom kloridu, ali nije otporan. Iznad 80 stupnjeva, titan može pretrpjeti pucanje od korozije uslijed vruće soli kada su naslage klorida prisutne na opterećenim površinama.
Tablica 1: Otpornost atmosferskog klorida na koroziju u obalnom okruženju (Udaljenost od oceana: 500 m, taloženje klorida: 15 mg/m²/dan)
| Materijal | Jamičasta korozija nakon 2 godine | Pukotina korozije na nosačima | Rizik od pucanja od korozije pod naponom | Potrebno održavanje |
|---|---|---|---|---|
| Nehrđajući čelik 304 | Ozbiljan (kroz-rupe u zidu) | Teška | Umjereno | Zamijenite u roku od 2 godine |
| Nehrđajući čelik 316L | Umjerena do teška | Umjereno | Niska | Zamijenite ili popravite unutar 3-4 godine |
| Titan Grade 2 | Vrlo malo | Lagano | Umjereno iznad 80 stupnjeva | Pregledajte jednom godišnje; zamijeniti u roku od 8-10 godina |
| Bakar-nikal 90/10 | Umjereno (ujednačeno) | Lagano | Nijedan | Pregledajte jednom godišnje; zamijeniti u roku od 5-7 godina |
| PTFE | Nijedan | Nijedan | Nijedan | Samo vizualni pregled |
PTFE mehanizam otpornosti
PTFE je otporan na napad klorida bilo kojim mehanizmom. Veza ugljik-fluor ima energiju disocijacije od približno 485 kJ/mol. Energija dostupna iz adsorpcije kloridnih iona, hidratacije ili bilo kojeg drugog procesa atmosferske korozije je nekoliko redova veličine ispod ovog praga. Ne postoji termodinamička pokretačka sila za reakciju klorida s PTFE-om.
Materijal je također otporan na mehaničku komponentu atmosferskog napada. Kristali klorida ne mogu prodrijeti ili se uglaviti u PTFE površinu jer površina nema granice zrna, mikro-pukotine i defekte oksidnog filma. Niska površinska energija (18-20 mN/m) sprječava snažno prianjanje kristala soli. Svaki klorid koji se taloži na PTFE površini ispire se sljedećom kišom ili kondenzacijom bez ostataka.
Ova se otpornost proteže na cijeli sklop izmjenjivača topline-cijev, zaglavlja, potporne ploče i vanjske spojeve cjevovoda kada su izrađeni od PTFE ili odgovarajućih fluoropolimernih materijala. Ne postoji ograničenje atmosferske korozije na vijek trajanja opreme u obalnim okruženjima.
Zona korozije kondenzata
Ne-uronjeni dijelovi izmjenjivača topline izloženi su posebno agresivnom mikro{1}}okruženju. Kondenzat pare na vanjskoj površini od kondenzacije vlažnog zraka stvara kontinuirano mokru zonu. U metalnim izmjenjivačima, ova zona trpi najveće stope korozije jer površina nikada nije suha i ne mogu se stvoriti pasivizirajući oksidni filmovi.
PTFE nema pasivni film koji treba održavati. Stalno vlažna zona ne razlikuje se od povremeno vlažne zone ili suhe zone. Materijal je jednako inertan u sva tri okruženja.
Terenski rezultati iz postrojenja za obalne ploče
Postrojenje za dekorativno kromiranje koje se nalazi na obali Meksičkog zaljeva zamijenilo je uronjene grijače od nehrđajućeg čelika s PTFE izmjenjivačima topline nakon što je u pet godina došlo do tri kvara zavojnice, a sve zbog vanjskog kloridnog udubljenja iznad razine tekućine. Pokvarene zavojnice vidjele su se kroz-rupe u zidu koncentrirane na kontaktnim točkama cijevi za dovod pare i potporne konzole-područja gdje se kondenzacija-puna klorida skupljala i ciklički sušila.
Nakon ugradnje PTFE-a, tri godine rada u istom obalnom okruženju nisu proizvele vanjsku koroziju, udubljenja i curenja. Godišnje vizualne kontrole potvrdile su da su PTFE površine ostale nepromijenjene. Proračun za održavanje zamjene izmjenjivača topline je eliminiran za te spremnike.
Sažetak
PTFE izmjenjivači topline podnose napade klorida u zraku u obalnim postrojenjima za galvanizaciju kroz potpunu kemijsku inertnost prema kloridnim ionima, odsutnost granica zrna ili pasivnih filmova koji su podložni pitingu i nisku površinsku energiju koja sprječava prianjanje kristala soli. Za razliku od nehrđajućeg čelika i titana, koji pate od vanjskih rupa zbog mokro-suhog kruženja klorida u ne-uronjenim dijelovima, na PTFE ne utječe atmosferski klorid bez obzira na koncentraciju ili učestalost cikliranja.
Uklanjanje vanjske korozije produljuje životni vijek opreme iznad granice korozije -na strani procesa koja ograničava metalne izmjenjivače. U obalnim instalacijama, PTFE često traje duže od procesne opreme kojoj služi.
Inženjerska analiza specifikacija PTFE izmjenjivača topline u obalnim ili korozivnim atmosferskim okruženjima dostupna je nakon podnošenja podataka o lokaciji postrojenja, udaljenosti od slane vode, prevladavajućim podacima o vjetru i vlažnosti i trenutnoj povijesti korozije opreme.
