Το πρόβλημα του αλατιού αέρα
Μια εγκατάσταση ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης που βρίσκεται 500 μέτρα από τον ωκεανό επεξεργάζεται μέρη σε λουτρά νικελίου, ψευδαργύρου και χρωμίου. Οι εναλλάκτες θερμότητας μέσα σε αυτά τα λουτρά είναι από ανοξείδωτο χάλυβα. Η διεργασία-πλευρική διάβρωση ελέγχεται καλά μέσω της επιλογής υλικού. Ωστόσο, κάθε 18-24 μήνες, τα πηνία αναπτύσσουν διαρροές οπών στις εξωτερικές επιφάνειες πάνω από το επίπεδο του υγρού-στη σωλήνωση παροχής ατμού και επιστροφής συμπυκνώματος, στους βραχίονες στήριξης και στα μη βυθισμένα τμήματα του πηνίου.
Ο ένοχος δεν είναι η χημεία της διαδικασίας. Είναι η ατμόσφαιρα. Ο θαλασσινός αέρας με άλατα-μεταφέρει 5-20 mg/m³ αερολύματος χλωρίου, εναποτίθεται σε κάθε εκτεθειμένη μεταλλική επιφάνεια. Κατά τις υγρές νύχτες, το υγροσκοπικό αλάτι απορροφά την υγρασία, σχηματίζοντας μια συμπυκνωμένη άλμη χλωρίου στην επιφάνεια του μετάλλου. Τις ζεστές μέρες, η άλμη στεγνώνει, συγκεντρώνοντας περαιτέρω το χλωρίδιο. Η κυκλική έκθεση σε υγρό-ξηρό χλωρίδιο προκαλεί διάβρωση με κοιλότητες πιο επιθετική από τη διάβρωση συνεχούς βύθισης στην πλευρά της διαδικασίας.
Αυτή η ατμοσφαιρική επίθεση συχνά παραβλέπεται στην επιλογή υλικού εναλλάκτη θερμότητας, η οποία εστιάζει στη συμβατότητα χημικών πλευρών της διεργασίας-. Στις παράκτιες εγκαταστάσεις, το εξωτερικό περιβάλλον μπορεί να είναι ο περιοριστικός παράγοντας για τη διάρκεια ζωής του εξοπλισμού.
Ο Μηχανισμός της Ατμοσφαιρικής Διάβρωσης
Η διάβρωση ατμοσφαιρικού χλωριδίου του ανοξείδωτου χάλυβα ακολουθεί διαφορετική διαδρομή από τη διάβρωση με εμβάπτιση. Ο βασικός παράγοντας είναι η κυκλική υγρή-ξηρή κατάσταση. Κατά τη διάρκεια της υγρής φάσης, τα ιόντα χλωρίου συγκεντρώνονται σε μικροσκοπικά ελαττώματα επιφάνειας. Η λεπτή μεμβράνη ηλεκτρολύτη έχει υψηλή ηλεκτρική αντίσταση, αλλά είναι επαρκής για να υποστηρίξει τα κύτταρα εντοπισμένης διάβρωσης. Το οξυγόνο, ελεύθερα διαθέσιμο από την ατμόσφαιρα, δρα ως το καθοδικό αντιδραστήριο.
Κατά τη διάρκεια της ξηρής φάσης, το χλωριούχο άλας κρυσταλλώνεται. Οι κρύσταλλοι αναπτύσσονται μέσα σε επιφανειακές ρωγμές, ασκώντας μηχανική πίεση που διευρύνει τη σχισμή. Ο επόμενος υγρός κύκλος διεισδύει βαθύτερα. Κατά τη διάρκεια εκατοντάδων κύκλων υγρού-στεγνώματος, η αρχικά μικροσκοπική σχισμή γίνεται ορατό λάκκο.
Ο ανοξείδωτος χάλυβας 316L, ανθεκτικός στη βύθιση στο θαλασσινό νερό σε θερμοκρασία περιβάλλοντος, είναι ευάλωτος σε ατμοσφαιρικά χλωριούχα κοιλώματα επειδή η υγρή-ξηρή ανακύκλωση δημιουργεί συγκεντρώσεις χλωρίου που υπερβαίνουν κατά πολύ το θαλασσινό νερό. Μια κορεσμένη άλμη με χλωριούχο άλας στον πυθμένα του λάκκου μπορεί να περιέχει 50.000-100.000 ppm χλωρίου - πολύ πάνω από τα 20.000 ppm στο θαλασσινό νερό.
Το τιτάνιο αποδίδει καλύτερα από τον ανοξείδωτο χάλυβα στην έκθεση σε χλωριούχα της ατμόσφαιρας, αλλά δεν είναι άνοσο. Πάνω από 80 μοίρες, το τιτάνιο μπορεί να υποστεί ρωγμές λόγω διάβρωσης λόγω θερμού άλατος όταν υπάρχουν εναποθέσεις χλωρίου σε επιφάνειες που έχουν καταπονηθεί.
Πίνακας 1: Αντοχή στη διάβρωση του ατμοσφαιρικού χλωριδίου σε παράκτιο περιβάλλον (Απόσταση από τον ωκεανό: 500 m, εναπόθεση χλωρίου: 15 mg/m²/ημέρα)
| Υλικό | Διάβρωση λακκούβων μετά από 2 χρόνια | Διάβρωση ρωγμών στα στηρίγματα | Κίνδυνος διάβρωσης λόγω καταπόνησης | Απαιτείται συντήρηση |
|---|---|---|---|---|
| Ανοξείδωτο ατσάλι 304 | Σοβαρές (μέσα από-κουκκίδες τοίχου) | Αυστηρός | Μέτριος | Αντικαταστήστε εντός 2 ετών |
| Ανοξείδωτο ατσάλι 316L | Μέτρια έως σοβαρή | Μέτριος | Χαμηλός | Αντικαταστήστε ή επισκευάστε μέσα σε 3-4 χρόνια |
| Titanium Grade 2 | Πολύ ελαφρύ | Μικρός | Μέτρια πάνω από 80 βαθμούς | Επιθεωρήστε ετησίως. αντικαταστήστε μέσα σε 8-10 χρόνια |
| Χαλκός-νικέλιο 90/10 | Μέτρια (ομοιόμορφη) | Μικρός | Κανένας | Επιθεωρήστε ετησίως. αντικαταστήστε μέσα σε 5-7 χρόνια |
| PTFE | Κανένας | Κανένας | Κανένας | Μόνο οπτική επιθεώρηση |
Ο Μηχανισμός Ανοσίας PTFE
Το PTFE έχει ανοσία στην προσβολή χλωρίου με οποιονδήποτε μηχανισμό. Ο δεσμός άνθρακα-φθορίου έχει ενέργεια διάστασης περίπου 485 kJ/mol. Η διαθέσιμη ενέργεια από την προσρόφηση ιόντων χλωρίου, την ενυδάτωση ή οποιαδήποτε άλλη διαδικασία διάβρωσης της ατμόσφαιρας είναι τάξεις μεγέθους κάτω από αυτό το όριο. Δεν υπάρχει θερμοδυναμική κινητήρια δύναμη για την αντίδραση του χλωρίου με το PTFE.
Το υλικό είναι επίσης απρόσβλητο στο μηχανικό συστατικό της ατμοσφαιρικής επίθεσης. Οι κρύσταλλοι χλωρίου δεν μπορούν να διεισδύσουν ή να σφηνωθούν στην επιφάνεια του PTFE επειδή η επιφάνεια δεν έχει όρια κόκκων, δεν έχει μικρο-σχισμές και ελαττώματα μεμβράνης οξειδίου. Η χαμηλή επιφανειακή ενέργεια (18-20 mN/m) αποτρέπει την ισχυρή πρόσφυση των κρυστάλλων αλατιού. Οποιοδήποτε χλώριο εναποτίθεται στην επιφάνεια του PTFE ξεπλένεται από την επόμενη βροχή ή συμπύκνωση χωρίς υπολείμματα.
Αυτή η ατρωσία επεκτείνεται σε ολόκληρο το συγκρότημα του εναλλάκτη θερμότητας-σωλήνες, τις κεφαλές, τις πλάκες στήριξης και τις εξωτερικές συνδέσεις σωληνώσεων όταν κατασκευάζονται από PTFE ή κατάλληλα φθοροπολυμερή υλικά. Δεν υπάρχει όριο ατμοσφαιρικής διάβρωσης στη διάρκεια ζωής του εξοπλισμού σε παράκτια περιβάλλοντα.
Η Ζώνη Διάβρωσης Συμπυκνωμάτων
Τα μη βυθισμένα τμήματα των εναλλάκτη θερμότητας έχουν ένα ιδιαίτερα επιθετικό μικρο-περιβάλλον. Το συμπύκνωμα ατμού στην εξωτερική επιφάνεια από τη συμπύκνωση υγρού αέρα δημιουργεί μια συνεχώς υγρή ζώνη. Στους μεταλλικούς εναλλάκτες, αυτή η ζώνη υφίσταται τους υψηλότερους ρυθμούς διάβρωσης επειδή η επιφάνεια δεν είναι ποτέ στεγνή και δεν μπορούν να σχηματιστούν παθητικές μεμβράνες οξειδίου.
Το PTFE δεν έχει παθητικό φιλμ για συντήρηση. Η συνεχώς υγρή ζώνη δεν διαφέρει από τη ζώνη διαλείπουσας υγρασίας ή την ξηρή ζώνη. Το υλικό είναι εξίσου αδρανές και στα τρία περιβάλλοντα.
Αποτελέσματα πεδίου από εγκατάσταση παράκτιας επιμετάλλωσης
Μια διακοσμητική εγκατάσταση επιχρωμίωσης που βρίσκεται στην Ακτή του Κόλπου αντικατέστησε τους θερμαντήρες εμβάπτισης από ανοξείδωτο χάλυβα με εναλλάκτες θερμότητας PTFE μετά από τρεις αστοχίες πηνίου σε πέντε χρόνια, όλες από εξωτερικές κοιλότητες χλωρίου πάνω από τη στάθμη του υγρού. Τα αποτυχημένα πηνία έδειχναν μέσα από-κοίλους τοίχου συγκεντρωμένους στις σωληνώσεις εισόδου ατμού και στα σημεία επαφής του βραχίονα στήριξης-περιοχές όπου συλλέχτηκε και στέγνωσε κυκλικά η συμπύκνωση με χλωριούχο-.
Μετά την εγκατάσταση PTFE, τρία χρόνια λειτουργίας στο ίδιο παράκτιο περιβάλλον δεν παρήγαγαν εξωτερική διάβρωση, οπές και διαρροές. Οι ετήσιες οπτικές επιθεωρήσεις επιβεβαίωσαν ότι οι επιφάνειες PTFE παρέμειναν αμετάβλητες. Ο προϋπολογισμός συντήρησης για την αντικατάσταση του εναλλάκτη θερμότητας εξαλείφθηκε για αυτές τις δεξαμενές.
Περίληψη
Οι εναλλάκτες θερμότητας PTFE χειρίζονται την επίθεση χλωριούχου άλατος στις παράκτιες εγκαταστάσεις ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης μέσω της πλήρους χημικής αδράνειας στα ιόντα χλωρίου, της απουσίας ορίων κόκκων ή των παθητικών μεμβρανών που είναι επιρρεπείς σε διάτρηση και της χαμηλής επιφανειακής ενέργειας που αποτρέπει την πρόσφυση κρυστάλλων αλατιού. Σε αντίθεση με τον ανοξείδωτο χάλυβα και το τιτάνιο, τα οποία υφίστανται εξωτερικά σκασίματα λόγω υγρού-ξηρού κυκλώματος χλωρίου στα μη-βυθισμένα τμήματα, το PTFE δεν επηρεάζεται από το ατμοσφαιρικό χλωρίδιο ανεξάρτητα από τη συγκέντρωση ή τη συχνότητα κύκλου.
Η εξάλειψη της εξωτερικής διάβρωσης επεκτείνει τη διάρκεια ζωής του εξοπλισμού πέρα από το όριο πλευρικής διάβρωσης της διεργασίας-που περιορίζει τους μεταλλικούς εναλλάκτες. Στις παράκτιες εγκαταστάσεις, το PTFE συχνά ξεπερνά τον εξοπλισμό διεργασίας που εξυπηρετεί.
Η μηχανική ανάλυση για τις προδιαγραφές του εναλλάκτη θερμότητας PTFE σε περιβάλλοντα παράκτιας ή διαβρωτικής ατμόσφαιρας είναι διαθέσιμη με την υποβολή της τοποθεσίας της εγκατάστασης, της απόστασης από το αλμυρό νερό, των δεδομένων ανέμου και της υγρασίας που επικρατούν και του τρέχοντος ιστορικού διάβρωσης του εξοπλισμού.
