Problém slaného vzduchu
Zařízení na galvanické pokovování umístěné 500 metrů od oceánu zpracovává díly v niklových, zinkových a chromových lázních. Výměníky tepla uvnitř těchto lázní jsou z nerezové oceli. Koroze na straně procesu-je dobře kontrolována výběrem materiálu. Přesto se každých 18-24 měsíců u výměníků objeví dírky na vnějších površích nad hladinou kapaliny-v potrubí přívodu páry a zpětného vedení kondenzátu, nosných konzolách a neponořených částech výměníku.
Viníkem není procesní chemie. Je to atmosféra. Slaný-mořský vzduch s obsahem 5-20 mg/m³ chloridového aerosolu se ukládá na každém nechráněném kovovém povrchu. Během vlhkých nocí absorbuje hygroskopická sůl vlhkost a na kovovém povrchu vytváří koncentrovanou chloridovou solanku. Během horkých dnů solanka vysychá a dále se koncentruje chlorid. Cyklické vystavení chloridům za mokra a sucha způsobuje důlkovou korozi agresivnější než kontinuální ponorná koroze na procesní straně.
Tento atmosférický útok je často přehlížen při výběru materiálu výměníku tepla, který se zaměřuje na chemickou kompatibilitu-na straně procesu. V pobřežních zařízeních může být vnější prostředí limitujícím faktorem pro životnost zařízení.
Mechanismus atmosférické koroze
Atmosférická chloridová koroze nerezové oceli probíhá jinou cestou než koroze ponorem. Klíčovým faktorem jsou cyklické mokré-suché podmínky. Během mokré fáze se chloridové ionty koncentrují v mikroskopických povrchových defektech. Tenký elektrolytický film má vysoký elektrický odpor, ale je dostatečný k podpoře lokalizovaných korozních článků. Kyslík, volně dostupný z atmosféry, působí jako katodický reaktant.
Během suché fáze krystalizuje chloridová sůl. Krystaly rostou v povrchových štěrbinách a vyvíjejí mechanické napětí, které štěrbinu rozšiřuje. Další mokrý cyklus proniká hlouběji. Během stovek mokrých-cyklů se z původně mikroskopické štěrbiny stane viditelná prohlubeň.
Nerezová ocel 316L, odolná vůči ponoření do mořské vody při okolní teplotě, je citlivá na atmosférické prohlubování chloridů, protože cyklování mokro{1}}sucho vytváří koncentrace chloridů daleko převyšující hladinu mořské vody. Nasycená chloridová solanka na dně jámy může obsahovat 50 000-100 000 ppm chloridu, což je mnohem více než 20 000 ppm v mořské vodě.
Titan funguje lépe než nerezová ocel při vystavení atmosférickým chloridům, ale není imunní. Při teplotách vyšších než 80 stupňů může titan utrpět korozním praskáním za horka, pokud jsou na namáhaných površích přítomny chloridové usazeniny.
Tabulka 1: Atmosférická chloridová korozní odolnost v pobřežním prostředí (vzdálenost od oceánu: 500 m, depozice chloridů: 15 mg/m²/den)
| Materiál | Důlková koroze po 2 letech | Štěrbinová koroze na podpěrách | Nebezpečí praskání v důsledku koroze | Vyžaduje údržbu |
|---|---|---|---|---|
| Nerezová ocel 304 | Těžké (přes-prohlubně ve zdi) | Těžké | Mírný | Vyměňte do 2 let |
| Nerezová ocel 316L | Středně těžké až těžké | Mírný | Nízký | Vyměňte nebo opravte do 3-4 let |
| Titan třídy 2 | Velmi nepatrné | Mírný | Mírné nad 80 stupňů | Kontrolujte ročně; vyměnit do 8-10 let |
| Měď-nikl 90/10 | střední (uniformní) | Mírný | Žádný | Kontrolujte ročně; vyměnit do 5-7 let |
| PTFE | Žádný | Žádný | Žádný | Pouze vizuální kontrola |
PTFE imunitní mechanismus
PTFE je imunní vůči napadení chloridy jakýmkoliv mechanismem. Vazba uhlík-fluor má disociační energii přibližně 485 kJ/mol. Energie dostupná z adsorpce chloridových iontů, hydratace nebo jakéhokoli jiného procesu atmosférické koroze je řádově pod touto prahovou hodnotou. Neexistuje žádná termodynamická hnací síla pro reakci chloridu s PTFE.
Materiál je také imunní vůči mechanické složce atmosférického útoku. Krystaly chloridů nemohou proniknout ani se zaklínit do povrchu PTFE, protože povrch nemá žádné hranice zrn, žádné mikro-štěrbiny a žádné defekty oxidového filmu. Nízká povrchová energie (18-20 mN/m) zabraňuje silné adhezi krystalů soli. Jakýkoli chlorid, který se usadí na povrchu PTFE, je při dalším dešti nebo kondenzaci beze zbytku spláchnut.
Tato odolnost se vztahuje na celou sestavu výměníku tepla-trubky, sběrače, nosné desky a vnější potrubní spoje, pokud jsou vyrobeny z PTFE nebo vhodných fluoropolymerových materiálů. Životnost zařízení v pobřežních prostředích není omezena atmosférickou korozí.
Zóna koroze kondenzátu
Ne-ponořené části výměníků tepla jsou vystaveny obzvláště agresivnímu mikro-prostředí. Parní kondenzát na vnějším povrchu z vlhkého vzduchu vytváří trvale vlhkou zónu. U kovových výměníků tato zóna trpí nejvyšší rychlostí koroze, protože povrch není nikdy suchý a nemohou se tvořit pasivující oxidové filmy.
PTFE nemá žádný pasivní film, který by se musel udržovat. Trvale mokrá zóna se neliší od přerušovaně vlhké zóny nebo suché zóny. Materiál je stejně inertní ve všech třech prostředích.
Výsledky pole z pobřežního pokovovacího zařízení
Zařízení na dekorativní chromování umístěné na pobřeží Mexického zálivu nahradilo ponorné ohřívače z nerezové oceli výměníky tepla z PTFE poté, co během pěti let došlo ke třem selháním výměníku, to vše kvůli vnějším chloridovým důlkům nad hladinou kapaliny. Poškozené výměníky procházely -prohlubněmi ve stěně soustředěnými u vstupního potrubí páry a kontaktních bodů podpěrných držáků-do oblastí, kde se shromažďovala a cyklicky sušila kondenzace- nasycená chloridy.
Po instalaci PTFE neprodukovaly tři roky provozu ve stejném pobřežním prostředí žádnou vnější korozi, žádné důlky a žádné netěsnosti. Každoroční vizuální kontroly potvrdily, že povrchy PTFE zůstaly nezměněny. U těchto nádrží byl eliminován rozpočet na údržbu výměny výměníku tepla.
Shrnutí
Tepelné výměníky PTFE zvládají útoky chloridů ve vzduchu v pobřežních galvanizačních zařízeních díky úplné chemické inertnosti vůči chloridovým iontům, absenci hranic zrn nebo pasivních filmů náchylných k důlkové korozi a nízké povrchové energii, která zabraňuje přilnutí krystalů soli. Na rozdíl od nerezové oceli a titanu, které trpí vnějšími důlky v důsledku mokrého-cyklování suchých chloridů v neponořených částech-, není PTFE ovlivněn atmosférickým chloridem bez ohledu na koncentraci nebo frekvenci cyklů.
Eliminace vnější koroze prodlužuje životnost zařízení za hranici procesní{0}}koroze, která omezuje kovové výměníky. V pobřežních instalacích PTFE často přežije procesní zařízení, kterým slouží.
Technická analýza specifikací PTFE výměníku tepla v pobřežních nebo korozivních prostředích je k dispozici po předložení umístění zařízení, vzdálenosti od slané vody, údajů o převládajícím větru a vlhkosti a aktuální historii koroze zařízení.
