A sós levegő probléma
Az óceántól 500 méterre található galvanizáló létesítmény nikkel-, cink- és krómfürdőben dolgozza fel az alkatrészeket. A fürdők belsejében lévő hőcserélők rozsdamentes acélból készülnek. A folyamatoldali korróziót- az anyagválasztás jól szabályozza. Ennek ellenére 18-24 havonta a tekercsek lyukacsos szivárgásokat okoznak a külső felületeken a folyadékszint felett- a gőzellátó és a kondenzvíz-visszavezető csövekben, a tartókonzolokon és a tekercs nem merülő részein.
Nem a folyamat kémiája a bűnös. Ez a légkör. Sós-tengeri levegő, amely 5-20 mg/m³ klorid-aeroszolt tartalmaz, lerakódik minden kitett fémfelületen. Párás éjszakákon a higroszkópos só magába szívja a nedvességet, és koncentrált klorid sóoldatot képez a fém felületén. A forró napokon a sóoldat megszárad, és a klorid tovább koncentrálódik. A ciklikus nedves-száraz klorid expozíció agresszívabb lyukkorróziót okoz, mint a folyamatos merítési korrózió a folyamat oldalon.
Ezt az atmoszférikus támadást gyakran figyelmen kívül hagyják a hőcserélő anyagának kiválasztásakor, amely a folyamatoldali kémiai kompatibilitásra összpontosít. A part menti létesítményekben a külső környezet korlátozhatja a berendezések élettartamát.
A légköri korróziós mechanizmus
A rozsdamentes acél atmoszférikus kloridos korróziója más utat követ, mint a merítési korrózió. A kulcstényező a ciklikus nedves{1}}száraz állapot. A nedves fázis során a kloridionok mikroszkopikus felületi hibákba koncentrálódnak. A vékony elektrolitfilm nagy elektromos ellenállással rendelkezik, de elegendő a lokális korróziós cellák támogatására. A légkörből szabadon elérhető oxigén katódos reagensként működik.
A száraz fázis során a kloridsó kikristályosodik. A kristályok a felszíni réseken belül nőnek, mechanikai feszültséget fejtenek ki, ami kiszélesíti a rést. A következő nedves ciklus mélyebbre hatol. Több száz nedves-száraz ciklus során a kezdetben mikroszkopikus rés látható gödörré válik.
A 316L rozsdamentes acél, amely környezeti hőmérsékleten ellenáll a tengervízbe való bemerülésnek, érzékeny a légköri klorid lyukacsosodásra, mivel a nedves-száraz ciklus a tengervízét jóval meghaladó kloridkoncentrációt hoz létre. A gödör alján lévő telített klorid sóoldat 50 000-100 000 ppm kloridot tartalmazhat, ami jóval meghaladja a tengervíz 20 000 ppm-ét.
A titán jobban teljesít, mint a rozsdamentes acél a légköri klorid expozícióban, de nem immunis. 80 fok felett a titán forró sós feszültség korróziós repedést szenvedhet, ha klorid lerakódások vannak jelen a feszültség alatt álló felületeken.
1. táblázat: Atmoszférikus klorid korrózióval szembeni ellenállás a tengerparti környezetben (Távolság az óceántól: 500 m, klorid lerakódás: 15 mg/m²/nap)
| Anyag | Gödrös korrózió 2 év után | Réskorrózió a támaszoknál | Stresszkorróziós repedésveszély | Karbantartás szükséges |
|---|---|---|---|---|
| Rozsdamentes acél 304 | Súlyos (-fali gödrökön keresztül) | Szigorú | Mérsékelt | 2 éven belül cserélje ki |
| Rozsdamentes acél 316L | Közepesen súlyos | Mérsékelt | Alacsony | Csere vagy javítás 3-4 éven belül |
| Titán 2. fokozat | Nagyon enyhe | Enyhe | Mérsékelt 80 fok felett | évente ellenőrizze; 8-10 éven belül cserélje ki |
| Réz-Nikkel 90/10 | Mérsékelt (egyenletes) | Enyhe | Egyik sem | évente ellenőrizze; 5-7 éven belül cserélje ki |
| PTFE | Egyik sem | Egyik sem | Egyik sem | Csak szemrevételezéssel |
A PTFE immunitási mechanizmus
A PTFE bármilyen mechanizmus révén immunis a klorid támadással szemben. A szén-fluor kötés disszociációs energiája körülbelül 485 kJ/mol. A kloridion adszorpciójából, hidratálásából vagy bármely más légköri korróziós folyamatból elérhető energia nagyságrendekkel e küszöb alatt van. A kloridnak nincs termodinamikai hajtóereje, hogy reakcióba lépjen a PTFE-vel.
Az anyag immunis a légköri támadások mechanikai összetevőivel szemben is. A kloridkristályok nem tudnak behatolni vagy beékelődni a PTFE felületébe, mert a felületen nincsenek szemcsehatárok, mikro{1}}repedések és oxidfilm-hibák. Az alacsony felületi energia (18-20 mN/m) megakadályozza a sókristályok erős tapadását. A PTFE felületén lerakódott kloridot a következő eső vagy páralecsapódás során maradék nélkül öblítik le.
Ez a védettség kiterjed a teljes hőcserélő egységre-, a csőfejekre, a tartólemezekre és a külső csőcsatlakozásokra, ha PTFE-ből vagy megfelelő fluorpolimer anyagokból készülnek. A part menti környezetben a berendezések élettartamára nincs korlátozva a légköri korrózió.
A kondenzátum korróziós zóna
A hőcserélők nem -merített részei különösen agresszív mikro{1}}környezetnek vannak kitéve. A nedves levegő páralecsapódásából származó gőzkondenzátum a külső felületen folyamatosan nedves zónát hoz létre. A fémes hőcserélőkben ez a zóna szenved a legnagyobb korróziós sebességtől, mivel a felület soha nem szárad ki, és nem képződhetnek passziváló oxidfilmek.
A PTFE-nek nincs karbantartható passzív filmje. A folyamatosan nedves zóna nem különbözik az időszakosan nedves zónától vagy a száraz zónától. Az anyag mindhárom környezetben egyformán inert.
Egy part menti borítási létesítmény szántóföldi eredményei
Az Öböl-parton található dekoratív krómozási létesítmény a rozsdamentes acél merülőfűtőket PTFE hőcserélőre cserélte, miután öt év alatt három tekercs meghibásodást tapasztalt, mindezt a folyadékszint feletti külső kloridgödrök miatt. A meghibásodott tekercsek a gőzbevezető csöveken és a tartókonzol érintkezési pontjain koncentrálódó-fali gödrökön keresztül,-olyan területeken mutatkoztak meg, ahol a kloriddal-terhelt kondenzátum összegyűlt és ciklikusan kiszáradt.
A PTFE beszerelése után három éven át ugyanazon a tengerparti környezetben nem keletkezett külső korrózió, nem keletkezett lyukak és nem szivárogtak. Az éves szemrevételezések megerősítették, hogy a PTFE felületek változatlanok maradtak. A hőcserélő cseréjére szánt karbantartási költségvetést ezeknél a tartályoknál megszüntették.
Összegzés
A PTFE hőcserélők a part menti galvanizáló létesítményekben a levegőben terjedő kloridtámadást a kloridionokkal szembeni teljes kémiai tehetetlenségük, a szemcsehatárok vagy a lyukképződésre érzékeny passzív filmek hiánya és az alacsony felületi energia révén kezelik, amely megakadályozza a sókristályok adhézióját. Ellentétben a rozsdamentes acéllal és a titánnal, amelyek külső lyukacsosodást szenvednek a nedves-száraz klorid körforgása miatt a nem-merített szakaszokban, a PTFE-re nincs hatással a légköri klorid, függetlenül a koncentrációtól vagy a ciklus gyakoriságától.
A külső korrózió kiküszöbölése meghosszabbítja a berendezés élettartamát a fémcserélőket korlátozó folyamatoldali korróziós{0}határon túl. A part menti létesítményekben a PTFE gyakran túléli az általa kiszolgált technológiai berendezéseket.
A PTFE hőcserélő specifikációira vonatkozó mérnöki elemzés a part menti vagy korrozív atmoszférájú környezetben elérhető a létesítmény helyének, a sós víztől való távolságnak, az uralkodó szél- és páratartalomadatoknak, valamint a berendezés jelenlegi korróziós előzményeinek benyújtásával.
