مشکل هوای نمک
یک تاسیسات آبکاری در 500 متری اقیانوس، قطعات حمام نیکل، روی و کروم را پردازش می کند. مبدل های حرارتی داخل این حمام ها از جنس استیل ضد زنگ هستند. فرآیند{3}}خوردگی جانبی از طریق انتخاب مواد به خوبی کنترل میشود. با این حال، هر 18-24 ماه، کویلها در سطوح خارجی بالاتر از سطح مایع{7}}در لولههای تامین بخار و برگشت میعانات، براکتهای نگهدارنده و بخشهای غوطهور نشده سیمپیچ نشتی ایجاد میکنند.
مقصر شیمی فرآیند نیست. جو است. نمک-هوای مملو از دریا، حامل 5-20 میلیگرم در مترمربع آئروسل کلرید، بر روی هر سطح فلزی در معرض رسوب میگذارد. در طول شبهای مرطوب، نمک مرطوب رطوبت را جذب میکند و آب نمک کلرید غلیظی را روی سطح فلز تشکیل میدهد. در روزهای گرم، آب نمک خشک می شود و کلرید را بیشتر متمرکز می کند. قرار گرفتن در معرض کلرید مرطوب-خشک حلقوی باعث خوردگی حفره ای تهاجمی تر از خوردگی غوطه وری مداوم در سمت فرآیند می شود.
این حمله اتمسفر اغلب در انتخاب مواد مبدل حرارتی نادیده گرفته می شود، که بر روی سازگاری شیمیایی جانبی فرآیند{0}} تمرکز دارد. در تاسیسات ساحلی، محیط خارجی می تواند عامل محدود کننده عمر تجهیزات باشد.
مکانیسم خوردگی اتمسفر
خوردگی کلرید اتمسفر فولاد ضد زنگ مسیری متفاوت از خوردگی غوطه وری را دنبال می کند. عامل کلیدی وضعیت مرطوب{1}}دوره ای خشک است. در طول فاز مرطوب، یون های کلرید در عیوب سطح میکروسکوپی متمرکز می شوند. لایه نازک الکترولیت مقاومت الکتریکی بالایی دارد، اما برای حمایت از سلولهای خوردگی موضعی کافی است. اکسیژن، آزادانه از جو در دسترس است، به عنوان واکنش دهنده کاتدی عمل می کند.
در طول فاز خشک، نمک کلرید متبلور می شود. کریستال ها در شکاف های سطحی رشد می کنند و فشار مکانیکی اعمال می کنند که شکاف را بزرگ می کند. چرخه مرطوب بعدی عمیق تر نفوذ می کند. در طی صدها چرخه مرطوب{3}}خشک، شکاف میکروسکوپی اولیه به یک گودال قابل مشاهده تبدیل میشود.
فولاد ضد زنگ 316L، مقاوم در برابر غوطه ور شدن در آب دریا در دمای محیط، در برابر حفره های کلرید اتمسفر آسیب پذیر است زیرا چرخه مرطوب{1}}خشک غلظت کلرید را بسیار بیشتر از آب دریا ایجاد می کند. آب نمک کلرید اشباع شده در کف گودال می تواند حاوی 50000-100000 ppm کلرید باشد که بسیار بالاتر از 20000 ppm در آب دریا است.
تیتانیوم در مواجهه با کلرید اتمسفر بهتر از فولاد ضد زنگ عمل می کند اما مصون نیست. در دمای بالای 80 درجه، تیتانیوم میتواند دچار ترک خوردگی ناشی از استرس شوری گرم شود، زمانی که رسوبات کلرید روی سطوح تحت تنش وجود داشته باشد.
جدول 1: مقاومت در برابر خوردگی کلرید اتمسفر در محیط ساحلی (فاصله از اقیانوس: 500 متر، رسوب کلرید: 15 میلی گرم بر متر مربع در روز)
| مواد | خوردگی حفره ای بعد از 2 سال | خوردگی شکاف در پشتیبانی | خطر ترک خوردگی ناشی از خوردگی استرس | تعمیر و نگهداری مورد نیاز است |
|---|---|---|---|---|
| فولاد ضد زنگ 304 | شدید (از طریق-چاله های دیوار) | شدید | متوسط | ظرف 2 سال تعویض کنید |
| فولاد ضد زنگ 316 لیتر | متوسط تا شدید | متوسط | پایین | ظرف 3-4 سال تعویض یا تعمیر کنید |
| تیتانیوم درجه 2 | خیلی خفیف | خفیف | متوسط بالای 80 درجه | بازرسی سالانه؛ ظرف 8-10 سال جایگزین کنید |
| مس-نیکل 90/10 | متوسط (یکنواخت) | خفیف | هیچ کدام | بازرسی سالانه؛ ظرف 5-7 سال جایگزین کنید |
| PTFE | هیچ کدام | هیچ کدام | هیچ کدام | فقط بازرسی بصری |
مکانیسم ایمنی PTFE
PTFE با هر مکانیسمی در برابر حمله کلرید ایمن است. پیوند کربن-فلورین دارای انرژی تفکیک تقریباً 485 کیلوژول بر مول است. انرژی موجود از جذب یون کلرید، هیدراتاسیون یا هر فرآیند خوردگی اتمسفر دیگری در حد زیر این آستانه است. هیچ نیروی محرکه ترمودینامیکی برای واکنش کلرید با PTFE وجود ندارد.
این ماده همچنین در برابر اجزای مکانیکی حمله جوی مصون است. کریستالهای کلرید نمیتوانند به سطح PTFE نفوذ کنند یا در سطح PTFE فرو بروند، زیرا سطح فاقد مرز دانهها، شکافهای میکرو{1}}و بدون نقص لایه اکسیدی است. انرژی سطح پایین (18-20 mN/m) از چسبندگی قوی کریستال های نمک جلوگیری می کند. هر کلریدی که روی سطح PTFE رسوب میکند، در اثر باران یا تراکم بعدی، بدون باقیمانده، شسته میشود.
هنگامی که از PTFE یا مواد فلوروپلیمری مناسب ساخته میشود، این ایمنی به کل مجموعه مبدل حرارتی-لوله، سربرگها، صفحات پشتیبانی و اتصالات لولههای خارجی گسترش مییابد. هیچ محدودیتی برای خوردگی جوی برای عمر تجهیزات در محیط های ساحلی وجود ندارد.
منطقه خوردگی میعانات
بخشهای غوطهور نشده مبدلهای حرارتی محیط میکرو-خاصی را تجربه میکنند. میعانات بخار بر روی سطح خارجی ناشی از تراکم هوای مرطوب، یک منطقه مرطوب به طور مداوم ایجاد می کند. در مبدلهای فلزی، این ناحیه از بالاترین نرخ خوردگی رنج میبرد، زیرا سطح هرگز خشک نمیشود و لایههای اکسیدی غیرفعال تشکیل نمیشوند.
PTFE هیچ فیلم غیرفعالی برای نگهداری ندارد. منطقه مرطوب پیوسته با منطقه مرطوب متناوب یا منطقه خشک تفاوتی ندارد. این ماده در هر سه محیط به یک اندازه بی اثر است.
نتایج میدانی از تأسیسات آبکاری ساحلی
تاسیسات تزئینی آبکاری کروم واقع در ساحل خلیج فارس پس از تجربه سه خرابی سیم پیچ در پنج سال، همه از حفره های کلرید خارجی بالاتر از سطح مایع، بخاری های غوطه وری فولاد ضد زنگ را با مبدل های حرارتی PTFE جایگزین کرد. سیمپیچهای شکست خورده از طریق-حفرههای دیواری متمرکز در لولهکشی ورودی بخار و نقاط تماس براکت پشتیبانی میکنند-مناطقی که کلرید{3}}تراکم مملو از کلرید جمعآوری شده و به صورت چرخهای خشک میشود.
پس از نصب PTFE، سه سال کار در همان محیط ساحلی هیچ خوردگی خارجی، بدون حفره و نشتی ایجاد نکرد. بازرسیهای بصری سالانه تأیید کرد که سطوح PTFE بدون تغییر باقی ماندهاند. بودجه تعمیر و نگهداری برای تعویض مبدل حرارتی برای آن مخازن حذف شد.
خلاصه
مبدلهای حرارتی PTFE حمله کلرید هوابرد را در تاسیسات آبکاری ساحلی از طریق بیاثر بودن شیمیایی کامل نسبت به یونهای کلرید، عدم وجود مرز دانهها یا لایههای غیرفعال حساس به حفره شدن و انرژی سطحی کم که از چسبندگی کریستال نمک جلوگیری میکند، کنترل میکنند. بر خلاف فولاد ضد زنگ و تیتانیوم، که به دلیل چرخش کلرید مرطوب-خشک در بخشهای غوطهور نشده، دچار حفرههای خارجی میشوند، PTFE بدون توجه به غلظت یا فرکانس چرخهای تحت تأثیر کلرید اتمسفر قرار نمیگیرد.
از بین بردن خوردگی خارجی عمر تجهیزات را فراتر از فرآیند{0}}حد خوردگی جانبی افزایش می دهد که مبدل های فلزی را محدود می کند. در تاسیسات ساحلی، PTFE اغلب از تجهیزات فرآیندی که در آن خدمت میکند دوام بیشتری دارد.
تجزیه و تحلیل مهندسی برای مشخصات مبدل حرارتی PTFE در محیط های اتمسفر ساحلی یا خورنده پس از ارائه مکان تاسیسات، فاصله از آب نمک، داده های باد و رطوبت غالب و تاریخچه خوردگی تجهیزات فعلی در دسترس است.
