Problem sa slanim vazduhom
Postrojenje za galvanizaciju smješteno 500 metara od okeana prerađuje dijelove u kupkama od nikla, cinka i hroma. Izmjenjivači topline unutar ovih kupatila su od nehrđajućeg čelika. Procesna{3}}bočna korozija se dobro kontroliše odabirom materijala. Ipak, svakih 18-24 mjeseca, kalemovi razvijaju rupice curenja na vanjskim površinama iznad nivoa tečnosti-u cjevovodu za dovod pare i povrata kondenzata, potpornim konzolama i ne-uronjenim dijelovima zavojnice.
Krivac nije procesna hemija. To je atmosfera. Morski vazduh-natrpan solima, koji nosi 5-20 mg/m³ aerosola hlorida, taloži se na svakoj izloženoj metalnoj površini. Tokom vlažnih noći, higroskopna so apsorbuje vlagu, formirajući koncentrisani hlorid na površini metala. Tokom toplih dana, slana otopina se suši, dodatno koncentrirajući hlorid. Ciklična izloženost mokro-suvom hloridu uzrokuje jačku koroziju agresivniju od kontinuirane korozije uranjanja na strani procesa.
Ovaj atmosferski napad se često zanemaruje pri odabiru materijala za izmjenjivač topline, koji se fokusira na hemijsku kompatibilnost{0}}strane procesa. U obalnim objektima, vanjsko okruženje može biti ograničavajući faktor za vijek trajanja opreme.
Mehanizam atmosferske korozije
Atmosferska hloridna korozija nehrđajućeg čelika slijedi drugačiji put od korozije uranjanja. Ključni faktor je ciklično mokro-suvo stanje. Tokom vlažne faze, joni klorida se koncentrišu u mikroskopskim površinskim defektima. Tanki film elektrolita ima visoku električnu otpornost, ali je dovoljan da podrži lokalizirane ćelije korozije. Kiseonik, slobodno dostupan iz atmosfere, deluje kao katodni reaktant.
Tokom suhe faze, hloridna so kristalizuje. Kristali rastu unutar površinskih pukotina, vršeći mehanički stres koji proširuje pukotinu. Sljedeći mokri ciklus prodire dublje. Tokom stotina mokrih{3}}suhih ciklusa, prvobitno mikroskopska pukotina postaje vidljiva jama.
Nehrđajući čelik 316L, otporan na uranjanje u morsku vodu na sobnoj temperaturi, osjetljiv je na atmosferske hloridne rupice jer mokro{1}}suho kruženje stvara koncentracije klorida koje daleko premašuju morsku vodu. Zasićena hloridna slana otopina na dnu jame može sadržavati 50.000-100.000 ppm hlorida - daleko iznad 20.000 ppm u morskoj vodi.
Titan se ponaša bolje od nehrđajućeg čelika u izloženosti atmosferskim hloridima, ali nije imun. Iznad 80 stepeni, titanijum može da pretrpi pucanje od korozije usled naprezanja toplom soli kada su naslage hlorida prisutne na površinama koje su pod stresom.
Tabela 1: Otpornost na atmosfersku koroziju hlorida u obalnom okruženju (udaljenost od okeana: 500m, taloženje hlorida: 15 mg/m²/dan)
| Materijal | Pitting korozija nakon 2 godine | Korozija pukotina na nosačima | Rizik pucanja od korozije pod naponom | Potrebno održavanje |
|---|---|---|---|---|
| Nerđajući čelik 304 | Teška (kroz-jame u zidovima) | Ozbiljno | Umjereno | Zamijenite u roku od 2 godine |
| Nerđajući čelik 316L | Umjerena do teška | Umjereno | Nisko | Zamijenite ili popravite u roku od 3-4 godine |
| Titanijum 2 | Vrlo malo | Lagano | Umjereno iznad 80 stepeni | Godišnje pregledati; zamijeniti u roku od 8-10 godina |
| Bakar{0}}Nikal 90/10 | umjereno (ujednačeno) | Lagano | Nema | Godišnje pregledati; zamijeniti u roku od 5-7 godina |
| PTFE | Nema | Nema | Nema | Samo vizuelni pregled |
PTFE mehanizam imuniteta
PTFE je imun na napad hlorida bilo kojim mehanizmom. Veza ugljenik-fluora ima energiju disocijacije od približno 485 kJ/mol. Energija dostupna iz adsorpcije jona klorida, hidratacije ili bilo kojeg drugog procesa atmosferske korozije je redova veličine ispod ovog praga. Ne postoji termodinamička pokretačka sila da hlorid reaguje sa PTFE.
Materijal je imun 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) sprečava snažno prianjanje kristala soli. Svaki hlorid koji se taloži na površini PTFE ispire se sljedećom kišom ili kondenzacijom bez ostatka.
Ovaj imunitet se proteže na cijeli sklop izmjenjivača topline{0}}cijevi, kolektore, potporne ploče i vanjske priključke cijevi kada su proizvedeni od PTFE ili odgovarajućih fluoropolimernih materijala. Ne postoji ograničenje atmosferske korozije na vijek trajanja opreme u obalnom okruženju.
Zona korozije kondenzata
Ne-uronjeni dijelovi izmjenjivača topline doživljavaju posebno agresivno mikro{1}}okruženje. Kondenzat pare na vanjskoj površini od kondenzacije vlažnog zraka stvara kontinuirano vlažnu zonu. U metalnim izmjenjivačima ova zona trpi najveću stopu korozije jer površina nikada nije suha i ne mogu se formirati pasivizirajući oksidni filmovi.
PTFE nema pasivni film za održavanje. Kontinuirano vlažna zona se ne razlikuje od povremeno vlažne zone ili suve zone. Materijal je podjednako inertan u sve tri sredine.
Rezultati na terenu iz postrojenja za oblaganje
Dekorativno hromirano postrojenje koje se nalazi na obali Meksičkog zaliva zamenilo je imerzione grejače od nerđajućeg čelika sa PTFE izmenjivačima toplote nakon što su doživjeli tri kvara zavojnice u pet godina, sve zbog eksternog hloridnog udubljenja iznad nivoa tečnosti. Pokvareni zavojnici su se pokazivali kroz-jame u zidu koncentrisane na dovodnim cijevima za paru i kontaktnim tačkama nosača{2}}područja gdje se kondenzacija opterećena hloridom-skuplja i suši ciklički.
Nakon ugradnje PTFE, tri godine rada u istom obalnom okruženju nisu proizvele vanjsku koroziju, piting i curenje. Godišnji vizuelni pregledi potvrdili su da su PTFE površine ostale nepromijenjene. Budžet održavanja za zamjenu izmjenjivača topline je eliminiran za te spremnike.
Rezime
PTFE izmjenjivači topline podnose napad klorida iz zraka u obalnim postrojenjima za galvanizaciju kroz potpunu kemijsku inertnost na hloridne jone, odsustvo granica zrna ili pasivnih filmova osjetljivih na piting, i nisku površinsku energiju koja sprječava adheziju kristala soli. Za razliku od nehrđajućeg čelika i titanijuma, koji pate od vanjskih rupica zbog cikliranja mokrog-suhog klorida u nepotopljenim dijelovima, PTFE nije pod utjecajem atmosferskog klorida bez obzira na koncentraciju ili učestalost ciklusa.
Eliminacija vanjske korozije produžava vijek trajanja opreme izvan granice korozije na strani procesa koja ograničava metalne izmjenjivače. U obalnim instalacijama, PTFE često nadmašuje procesnu opremu koju opslužuje.
Inženjerska analiza specifikacije PTFE izmjenjivača topline u obalnom ili korozivnom okruženju dostupna je nakon dostavljanja lokacije postrojenja, udaljenosti od slane vode, preovlađujućih podataka o vjetru i vlažnosti i trenutne istorije korozije opreme.
