Kako se otpornost superdupleksnog nehrđajućeg čelika na koroziju u pukotini u usporedbi s PTFE-om u morskoj vodi?

Izmjenjivači topline za hlađenje slanom vodom izrađeni su od super dupleks nehrđajućeg čelika i PTFE, ali se štite na fundamentalno različite načine. Super duplex se oslanja na tanak pasivni oksidni premaz koji se može lokalno razgraditi u fisuri. PTFE nije u stanju da hemijski korodira u pukotinama, jer nema ni oksidni film ni metalnu strukturu.

Ovo je posebno značajno u sistemima tople morske vode u kojima su neizbježne stajaće zone, naslage i čvrsti mehanički spojevi. U sadašnjoj tehničkoj raspravi o super dupleksu naspram PTFE morske vode koja izaziva koroziju u pukotinama, ne radi se o poređenju dva materijala, već o dva potpuno različita ponašanja korozije.

Zašto je korozija pukotina važna za sisteme morske vode
Morska voda je jedan od najneprijateljskih industrijskih fluida koji se javljaju u prirodi. Visoka koncentracija hlorida, rastvorenog kiseonika, biološka aktivnost i provodljivost pružaju savršene uslove za lokalizovanu koroziju.

Pukotine se obično nalaze u rashladnim sistemima na:

Spojevi cijevi i lima

Interfejsi zaptivki

Folije i naslage

Lice prirubnice

Interfejsi za pričvršćivanje

Nizak-Stagnirajući regioni protoka

Čak i materijali s dobrom općom otpornošću na koroziju mogu brzo propasti u ovim ograničenim geometrijama.

Otpornost na koroziju Super Duplex nerđajućeg čelika
Super duplex nerđajući čelici kao što je 2507 oslanjaju se na hrom{1}}bogat pasivni oksid premaz koji prirodno raste na metalnoj površini kako bi pružio otpornost na koroziju.

Ovaj pasivni sloj je mala barijera između legure i morskog okruženja. Film se samo-zacjeljuje pod uobičajenim uslovima protoka gdje dolazi do malog oštećenja.

Zaštita je poboljšana s nekoliko legirajućih elemenata:

Krom pojačava pasivizaciju

Molibden poboljšava otpornost na pitting

Pasivni film je stabilizovan dušikom.

Nikl pomaže dupleksnu faznu ravnotežu

Stoga su ove legure posebno pogodne za brojne primjene u pomorstvu u usporedbi s tradicionalnim nehrđajućim čelicima.

Nedostatak Super Duplexa: Korozija na pukotini
Super duplex nehrđajući čelik ima veliku otpornost na koroziju, ali je pod određenim uvjetima podložan lokaliziranom napadu pukotina.

Gladovanje kiseonikom u pukotinama
Otopljeni kisik se brzo iscrpljuje u uskom stacionarnom procjepu. Dopuna kiseonika je ograničena i stoga pasivni oksidni premaz ne može da se održava efikasno.

Kada je pasivni film uništen:

Hloridni joni se koncentrišu u pukotinu

Povećana lokalna kiselost

Otapanje metala se ubrzava

Korozija se sama-ubrzava.

Ograničeni oblik pruža efektivno hemijski agresivno mikro{0}}okruženje, izolovano od okolne morske vode.

Kritična temperatura pukotine
Za super duplex 2507 u morskoj vodi kritična temperatura pukotina je obično oko 35 do 40 stepeni.

Kada se ovaj prag prekorači, vjerovatnoća dezintegracije pasivnog filma je mnogo veća, posebno u stagnirajućim ili niskim okolnostima protoka.

Ovaj temperaturni raspon se često premašuje tokom rada toplih brodskih sistema za hlađenje:

Tropske vode, usluga mora.

Kondenzator radi, topao

Status opreme: stacionarna

Neispravan rad izmenjivača toplote

Događaji cirkulacije Loše

Kada se pokrene, pukotna korozija se može brzo širiti čak i uz dobru otpornost legure na koroziju.

PTFE i njegovo fundamentalno drugačije ponašanje protiv korozije
PTFE ide sasvim drugačijim putem prema otpornosti na slanu vodu.

Super duplex vodi elektrohemijski rat. PTFE jednostavno ne želi da učestvuje.

PTFE je potpuno fluorirani polimer bez metalne rešetke, bez granica zrna i bez elektrohemijskog potencijala. PTFE je otporan na ovaj mehanizam kvara jer je korozija u pukotinama elektrohemijski proces.

Zašto PTFE ne trpi koroziju u pukotini
PTFE je intrinzično otporan iz sljedećih razloga:

Nema rupture pasivnog oksidnog filma

Ne stvara se galvanski potencijal

Klorid ne uzrokuje elektrohemijsku reakciju

Nema lokaliziranog anodnog rastvaranja"

PTFE je hemijski stabilan u stajaćim morima, u zonama{0}}osiromašenim kisikom ili ispod naslaga.

Ovaj imunitet je bezuslovan, nije uslovljen.

Ponašanje temperature u morskoj vodi
PTFE ima vrlo dobru hemijsku otpornost u morskoj vodi na visokim temperaturama.

PTFE je ocijenjen za kontinuirano korištenje vode za tipično do približno:

Radna temperatura kontinuirano 110 stepeni

Ovaj raspon je znatno veći od radnih parametara većine sistema za hlađenje morskom vodom.

Naprotiv, učinak korozije super duplexa postaje osjetljiviji kada temperatura slane vode dostigne ili pređe kritičnu temperaturu pukotina.

Loše vijesti o PTFE-u
Dok je PTFE potpuno otporan na koroziju u pukotinama, postoje tehnički-ustupci povezani s njegovom upotrebom.

Smanjena toplotna provodljivost
PTFE je loš provodnik toplote u poređenju sa metalnim legurama.

Tipične vrijednosti toplotne provodljivosti:

Približna toplinska vodljivost materijala (W/mK)
Super Duplex nerđajući čelik ~14-19 W/m·K PTFE ~0,25 W/m·K
Ovo značajno odstupanje smanjuje efikasnost prijenosa topline i može zahtijevati:

Izmjenjivači sa povećanom površinom

Tanji zidni dijelovi

Ostale geometrije za izmjenjivače

Mogućnost niskog-pritiska
Mehanička čvrstoća PTFE je mnogo niža od super dupleks čelika.

dakle:

Smanjene ocene pritiska

Strukturna podrška je važnija

Ponašanje puzanja mora se uzeti u obzir

Vakuumske aplikacije će možda trebati pojačanje

Stabilnost dimenzije
Toplotna ekspanzija PTFE je mnogo veća nego kod metala, stoga se dizajn izmjenjivača i cijevi mora pažljivo razmotriti.

Gdje PTFE ima veliku prednost u pogledu pouzdanosti
U mnogim morskim sistemima gotovo je nemoguće ukloniti sve praznine.

Npr., na primjer:

Tube bundle

Gasketed Joint

Izmjenjivači skloni zagađivanju

Mjesta akumulacije biofilma

Rezervni uređaj na poziciji

U ovim postavkama, model pouzdanosti za PTFE je fundamentalno drugačiji, jer ne postoji lokalizirani mehanizam korozije koji bi mogao započeti.

Ovaj atribut može biti posebno koristan u:

Sistemi za hlađenje na moru

Postrojenja za{0}}uklanjanje soli

Morska hemijska obrada

Kondenzatori tople morske vode

Rashladni krugovi štede

U aplikacijama u kojima je pristup inspekciji ograničen ili su posledice kvara ozbiljne, nedostaci PTFE u pogledu termičkih i mehaničkih svojstava mogu se nadoknaditi eliminacijom mehanizma korozije u potpunosti.

Super Duplex u odnosu na PTFE za usluge morske vode
Razlika između ova dva materijala može se jasnije vidjeti na njihovim dominantnim oblicima kvara.

Nekretnina Super Duplex 2507 PTFE
Pasivna oksidna zaštita. Mehanizam korozije. Hemijski inertan
Vjerovatnoća korozije pukotina. Nije moguće iznad 35-40 stepeni
Toplotna provodljivost Visoka Veoma niska
Sposobnost pritiska Dobra Ograničena
Mehanička čvrstoća visoka srednja
Elektrohemijska aktivnost Da Ne
Protok vode u kontinuitetu Odličan sa granicama do ~110 stepeni
Ovo poređenje je dobar primjer razloga zašto su super dupleks u odnosu na PTFE procjenu korozije morske vode toliko zavisne od operativnih prioriteta sistema.

Zaključak
PTFE je fundamentalno izdržljivije rješenje protiv korozije pukotina od čak i vrhunskog super duplex nehrđajućeg čelika za izmjenjivače topline i rashladne sisteme morske vode gdje se ustajale pukotine ne mogu u potpunosti ukloniti. Legure kao što je 2507 super duplex nude odličnu otpornost na koroziju u različitim morskim okruženjima, ali njihova zaštita ovisi o održavanju krhkog pasivnog oksidnog filma koji se može lokalno razbiti u pukotinama bez kisika iznad oko 35 stupnjeva do 40 stupnjeva.

PTFE, s druge strane, nema nikakav elektrohemijski proces korozije. To je potpuno fluorirani polimer koji je otporan na napad klorida, stagnirajuću morsku vodu i lokaliziranu hemiju pukotina.

Kompromis{0}}je smanjena toplotna provodljivost, mogućnost nižeg pritiska i složeniji mehanički dizajn. Međutim, u aplikacijama gdje je pouzdanost od korozije važnija od termičke efikasnosti, PTFE pruža pravo rješenje bez rizika za zaštitu od korozije pukotina.

Najbolja zaštita u inženjeringu od korozije nije bolji samozarastajući premaz, već materijal kojem to nije potrebno.