Két teljesen különböző védelmi stratégia
A 316L rozsdamentes acél és a PTFE egyaránt ellenáll a korróziónak az ipari használat során. A benyomás itt megáll. A mechanizmusok, amelyekkel elérik ezt az ellenállást, alapvetően eltérőek,-és ezek a különbségek határozzák meg, hogy túlélik-e vagy meghiúsulnak-e a nagy-kloridtartalmú szennyvízpárolgásban.
A 316L körülbelül 2-5 nanométer vastag passzív króm-oxid rétegre támaszkodik. Ez a láthatatlan film spontán képződik, amikor az acélfelület oxigénnel érintkezik. Ez egy dinamikus, élő védekezés. Oxidáló környezetnek folyamatosan karban kell tartania. Ha a környezet redukálóvá válik, vagy ha agresszív ionok hatolnak be a filmbe, a védelem lokálisan összeomlik és korrózió kezdődik.
A PTFE a molekulaszerkezetére támaszkodik. A szén-fluor kötések termodinamikailag stabilak. Nincs fenntartandó passzív réteg, nincs szükség környezeti feltételekre a folyamatos védelemhez, és nincs olyan ion, amely képes áthatolni a fluor-szénhidrogén láncon. A védekezés az anyag velejárója, nem függ a környezettől.
A 316 literes passzív réteg klorid támadás alatt
Magas-kloridtartalmú szennyvízpárolgás esetén a kloridkoncentráció eléri az 5000-50000 ppm-et vagy magasabbat 80-100 fokos hőmérsékleten. Ezek a körülmények egy bizonyos fizikai okból agresszívek a rozsdamentes acéllal szemben: a kloridion kicsi, nagyon mozgékony, és az oxigénnel verseng a passzív filmfelületen lévő adszorpciós helyekért.
A 316L passzív filmje nem teljesen egyenletes. Mikroszkopikus hibákat, zárványokat és szemcsehatár-metszéspontokat tartalmaz, ahol a film vékonyabb vagy kevésbé rendezett. A kloridionok elsősorban ezeken a gyenge pontokon adszorbeálódnak. Adszorbeálásuk után megzavarják a film javító mechanizmusát. A szabaddá vált nemesfém helyben feloldódik, gödröt hozva létre.
A gödör környezete fokozatosan agresszívebbé válik. A fémionok hidrolizálnak, így a gödör belsejében a pH 1-2-re csökken. A kloridionok bevándorolnak a gödörbe, hogy fenntartsák a töltéssemlegességet, tovább koncentrálva az agresszív kémiát. A gödör autokatalitikusan növekszik, miközben a környező felület passzív és látszólag sértetlen marad.
A 316L-ben lévő molibdén némi védelmet nyújt a lyukképződés ellen, mivel oldhatatlan molibdén-klorid komplexeket képez, amelyek blokkolják az aktív gödörhelyeket. Ez javítja a ütésállóságot a 304-hez képest, de nem biztosít immunitást. Magas-klorid-párologtatás esetén 316 literes gödör keletkezik.
1. táblázat: Korróziós mechanizmusok összehasonlítása nagy-kloridpárolgás esetén (10 000 ppm Cl⁻, 90 fok)
| Jellegzetes | Rozsdamentes acél 316L | PTFE |
|---|---|---|
| Védelmi mechanizmus | Passzív Cr₂O3 film (2-5 nm) | Szén{0}}fluor molekuláris kötések |
| A környezettől való függés | Oxidáló körülményeket igényel | Nincs környezeti függőség |
| Klorid támadási mód | Lokalizált filmbontás → pitting | Nincs interakció |
| Gödrös korrózió mértéke | 0,1-0,5 mm/év (honosított) | 0 mm/év |
| Réskorrózió veszélye | Magas a tömítéseknél, lerakódásoknál | Egyik sem |
| Feszültségkorróziós repedésveszély | Mérsékelt 60 fok felett kloridokban | Egyik sem |
| A kudarc kiszámíthatósága | Alacsony (hirtelen lyukas szivárgás) | N/A (nincs korróziós hiba üzemmód) |
| Élettartam párolgásban | 2-5 év jellemző | 15+ év |
A PTFE inherens tehetetlenségi mechanizmusa
A PTFE nem képez passzív réteget. A polimerlánc minden atomja már a legstabilabb oxidációs állapotában van. A szénatomok teljesen telítettek a fluor{2}}a legelektronegatívabb elemmel. Nincs magasabb oxidációs állapot, amelyet a szén elérhet, nincs elektron, amely átadná magát az oxidálószernek, és nincs reaktív hely, ahol a klorid megtámadhatná.
A szénvázat körülvevő fluoratomok spirális burkot hoznak létre, amely fizikailag védi a szénláncot a környezettel való érintkezéstől. A PTFE felületéhez közeledő kloridion csak fluoratomokkal találkozik, amelyekkel nem tud reagálni. A kloridnak nincs termodinamikai hajtóereje a fluor kiszorítására.
A PTFE molekulatömege és kristályossága befolyásolja a permeációs ellenállását, de a korrózióállósága független ezektől a tényezőktől. Még a kis-molekulatömegű-PTFE is kémiailag közömbös a kloridoldatokkal szemben. Az anyag nem tud korrodálódni, mert a kémiai reakcióút egyszerűen nem létezik.
Az elpárologtató tervezésének gyakorlati vonatkozásai
A mechanikai különbségnek közvetlen tervezési következményei vannak. A 316 literes hőcserélő klorid párologtatási szolgáltatásban konzervatív falvastagságot igényel, hogy lehetővé tegye a lyukkorróziót a tervezési élettartam során. A hegesztési varratok utólagos-hegesztést igényelnek a passzív film integritásának helyreállításához. Az üzemeltetési eljárásoknak fenn kell tartaniuk az oxidációs feltételeket. A kloridkoncentrációt ellenőrizni és ellenőrizni kell. Ezen intézkedések ellenére a hőcserélő véges, kissé kiszámíthatatlan élettartammal rendelkezik.
Egy PTFE hőcserélő ugyanabban a szolgáltatásban nem követeli meg ezen óvintézkedések egyikét sem. A falvastagság nem igényel korróziót. A hegesztési varratok nem léteznek-a csövek varrat nélküliek. Az üzemi körülmények nem igénylik a korrózió elleni felügyeletet. Az élettartamot mechanikai tényezők, például a kúszás és a kifáradás korlátozzák, nem pedig a kémiai lebomlás.
Összegzés
A 316L és a PTFE korróziógátló mechanizmusa- alapjaiban különbözik. 316L egy dinamikus passzív filmtől függ, amely érzékeny a klorid behatolására és a helyi lebontásra. A PTFE a szén-fluor kötések belső termodinamikai stabilitásától függ, amelyeket a klorid nem tud megtámadni.
Magas-klorid-tartalmú szennyvízpárolgás esetén ez a mechanikai különbség 316 literes élettartamot jelent években mérve, előre nem látható lyukképződési hibával, szemben a PTFE évtizedekben mért élettartamával, korróziós hibamód nélkül. A gyakorlati következmény az egyszerűbb tervezés, kevesebb karbantartás és kiszámítható hosszú távú teljesítmény a PTFE-vel.
A speciális szennyvízpárologtatási alkalmazások hőcserélő anyagának kiválasztására vonatkozó műszaki elemzés a kloridkoncentráció, az üzemi hőmérséklet, a pH, az egyéb agresszív ionkoncentrációk és a berendezés aktuális élettartamára vonatkozó adatok benyújtásával érhető el.
