Cum se compară rezistența la coroziune în spații a unui oțel inoxidabil super duplex cu PTFE din apa de mare?

Schimbătoarele de căldură pentru răcirea cu apă sărată sunt fabricate atât din oțel inoxidabil super duplex, cât și din PTFE, dar se protejează în moduri fundamental diferite. Super duplex se bazează pe un strat subțire de oxid pasiv care poate fi degradat local într-o fisură. PTFE nu este capabil să se corodeze chimic, neavând nici peliculă de oxid, nici structură metalică.

Acest lucru este deosebit de important în sistemele cu apă de mare caldă, unde zonele stagnante, depozitele și îmbinările mecanice strânse sunt inevitabile. În discuția de inginerie actuală a super-duplex versus apa de mare a coroziunii în fisuri PTFE, nu este o chestiune de a compara două materiale, ci două comportamente de coroziune total diferite.

De ce este importantă coroziunea în crăpături pentru sistemele cu apă de mare
Apa de mare este unul dintre cele mai ostile fluide industriale care apar în natură. Concentrația ridicată de clorură, oxigenul dizolvat, activitatea biologică și conductivitatea asigură condiții perfecte pentru coroziunea localizată.

Crăpăturile se găsesc de obicei în sistemele de răcire la:

Îmbinări între tuburi

Interfețe pentru garnituri

Pelicule și depozite murdare

Fața cu flanșă

Interfete de fixare

Regiuni cu-debit scăzut

Chiar și materialele cu rezistență generală bună la coroziune pot eșua rapid în aceste geometrii restrânse.

Rezistența la coroziune a oțelului inoxidabil Super Duplex
Oțelurile inoxidabile super duplex, cum ar fi 2507, se bazează pe un strat de oxid pasiv bogat-crom, care crește în mod natural pe suprafața metalului pentru a oferi rezistență la coroziune.

Acest strat pasiv este o mică barieră între aliaj și mediul marin. Filmul este auto-vindecat în condițiile obișnuite de curgere, unde este introdusă o mică deteriorare.

Protecția este sporită de mai multe elemente de aliere:

Cromul sporește pasivarea

Molibdenul îmbunătățește rezistența la pitting

Filmul pasiv este stabilizat de azot.

Nichelul ajută la echilibrarea fazelor duplex

Prin urmare, aceste aliaje sunt deosebit de potrivite pentru numeroase aplicații marine în comparație cu oțelurile inoxidabile tradiționale.

Dezavantajul Super Duplex: Coroziune în crevață
Oțelul inoxidabil super duplex are o rezistență mare la coroziune în vrac, dar este susceptibil la atacuri localizate de fisuri în anumite condiții.

Înfometarea de oxigen în crăpătură
Oxigenul dizolvat se epuizează rapid într-un gol staționar îngust. Reumplerea oxigenului este limitată și, prin urmare, stratul de oxid pasiv nu se poate menține eficient.

Când filmul pasiv este distrus:

Ionii de clorură se concentrează în crăpătură

Aciditate locală crescută

Dizolvarea metalului se accelerează

Coroziunea se accelerează automat.

Forma restrânsă oferă un micro-mediu eficient chimic agresiv, izolat de apa de mare din jur.

Temperatura critică a fisurii
Pentru super duplex 2507 în apă de mare, temperatura critică a crăpăturii este de obicei în jur de 35 până la 40 de grade.

Odată depășit acest prag, probabilitatea dezintegrarii peliculei pasive este mult mai mare, mai ales în condiții de stagnare sau de debit scăzut.

Acest interval de temperatură este adesea depășit în timpul funcționării sistemelor de răcire marine calde:

Ape tropicale, serviciu maritim.

Condensatorul funcționează, cald

Starea echipamentului: staționar

Funcționare defectuoasă a schimbătorului de căldură

Evenimente de circulație Slab

Când este inițiată, coroziunea crevată se poate propaga rapid chiar și cu o rezistență bună la coroziune a aliajului.

PTFE și comportamentul său fundamental diferit împotriva coroziunii
PTFE parcurge o cale foarte diferită de rezistență la apa sărată.

Super duplex duce un război electrochimic. PTFE pur și simplu nu vrea să participe.

PTFE este un polimer complet fluorurat fără rețea metalică, fără granițe și fără potențial electrochimic. PTFE este impermeabil la acest mecanism de defecțiune, deoarece coroziunea în crăpături este un proces electrochimic.

De ce PTFE nu poate suferi coroziune prin fisuri
PTFE este intrinsec rezistent din următoarele motive:

Fără ruptură de peliculă de oxid pasiv

Nu se creează potențial galvanic

Nicio reacție electrochimică nu este cauzată de clorură

Fără dizolvare anodică localizată"

PTFE este stabil din punct de vedere chimic în mările stagnante, în zonele sărace-de oxigen sau sub depozite.

Această imunitate este necondiționată, nu condiționată.

Comportamentul temperaturii în apa de mare
PTFE are o rezistență chimică foarte bună în apa de mare la temperatură ridicată.

PTFE este evaluat pentru serviciul continuu de apă pentru o perioadă tipică de până la aproximativ:

Temperatura de funcționare continuă 110 grade

Acest interval este considerabil mai mare decât parametrii de funcționare ai majorității sistemelor de răcire cu apă de mare.

Dimpotrivă, performanța la coroziune a super-duplexului devine mai sensibilă atunci când temperatura apei sărate atinge sau depășește temperatura critică a fisurilor.

Vestea proastă despre PTFE
În timp ce PTFE este complet rezistent la coroziunea în crăpături, există compromisuri tehnice asociate cu utilizarea sa.

Conductivitate termică redusă
PTFE este un slab conductor de căldură în comparație cu aliajele metalice.

Valori tipice ale conductibilității termice:

Conductivitate termică aproximativă a materialului (W/mK)
Oțel inoxidabil super duplex ~14-19 W/m·K PTFE ~0,25 W/m·K
Această discrepanță considerabilă scade eficiența transportului de căldură și poate necesita:

Schimbatoare cu suprafete marite

Piese de perete mai subțiri

Alte geometrii pentru schimbătoare

Capacitate de-presiune scăzută
Rezistența mecanică a PTFE este mult mai mică decât oțelul super duplex.

Aşa:

Presiune nominală redusă

Sprijinul structural este mai important

Trebuie luat în considerare comportamentul de fluare

Aplicațiile cu vid pot necesita consolidare

Stabilitatea dimensiunii
Expansiunea termică a PTFE este mult mai mare decât cea a metalelor, de aceea proiectarea schimbătorului și a țevilor trebuie luată în considerare cu atenție.

Unde PTFE are un mare avantaj de fiabilitate
În multe sisteme marine este aproape imposibil să se elimine toate golurile.

De exemplu:

fascicule de tuburi

Îmbinare Garnită

Schimbătoare predispuse la murdărie

Locurile de acumulare a biofilmului

Echipament de rezervă în poziție

În aceste setări, modelul de fiabilitate pentru PTFE este fundamental diferit, deoarece nu există un mecanism de coroziune localizat care să înceapă.

Acest atribut poate fi deosebit de util în:

Sisteme de răcire offshore

Plante{0}}de îndepărtare a sării

Prelucrare chimică marine

Condensatoare cu apă de mare caldă

Circuitele de răcire economisesc

În aplicațiile în care accesul la inspecție este limitat sau repercusiunile defecțiunii sunt severe, dezavantajele PTFE în ceea ce privește proprietățile termice și mecanice pot fi compensate prin eliminarea completă a mecanismului de coroziune.

Super Duplex vs PTFE pentru serviciul de apă de mare
Diferența dintre cele două materiale poate fi văzută mai clar în modurile lor de defectare dominante.

Proprietate Super Duplex 2507 PTFE
Protecție pasivă împotriva oxidului. Mecanism de coroziune .Inert chimic
Probabilitatea de coroziune a crăpăturii Niciunul Posibil peste 35-40 de grade
Conductivitate termică Ridicată Foarte scăzută
Capacitatea de presiune Bună restricționată
Rezistență mecanică ridicată medie
Activitate electrochimică Da Nu
Debitul de apă în continuu Mare cu limite Până la ~110 grade
Această comparație este un bun exemplu al motivului pentru care evaluările de coroziune a apei de mare super duplex și PTFE sunt atât de dependente de prioritățile de operare ale sistemului.

Concluzie
PTFE este o soluție fundamental mai durabilă împotriva coroziunii în crăpături decât chiar și oțelurile inoxidabile super duplex premium pentru schimbătoarele de căldură cu apă de mare și sistemele de răcire în care fisurile stagnante nu pot fi îndepărtate complet. Aliaje precum 2507 super duplex oferă o rezistență excelentă la coroziune în diverse medii marine, dar protecția lor depinde de menținerea unei pelicule de oxid pasiv fragile care poate fi descompusă local în fisurile lipsite de oxigen peste aproximativ 35 până la 40 de grade.

PTFE, pe de altă parte, nu are deloc proces de coroziune electrochimică. Este un polimer complet fluorurat care rezistă la atacul clorurii, la stagnarea apei de mare și la chimia locală a crăpăturilor.

Compartimentul-constă în scăderea conductivității termice, capacitatea de presiune mai scăzută și un design mecanic mai complex. Cu toate acestea, în aplicațiile în care fiabilitatea la coroziune este mai importantă decât eficiența termică, PTFE oferă o soluție cu risc zero real pentru protecția împotriva coroziunii în crăpături.

Cea mai bună protecție în ingineria coroziunii nu este o acoperire mai bună-cu auto-vindecare, ci un material care nu are nevoie de unul.