Jak odporność na korozję szczelinową stali nierdzewnej Super Duplex porównuje się z PTFE w wodzie morskiej?

Wymienniki ciepła do chłodzenia słoną wodą są wykonane zarówno ze stali nierdzewnej super duplex, jak i PTFE, ale chronią się w zasadniczo różny sposób. Super duplex opiera się na cienkiej pasywnej powłoce tlenkowej, która może ulec miejscowej degradacji w szczelinie. PTFE nie ulega chemicznej korozji szczelinowej, ponieważ nie posiada warstwy tlenkowej ani struktury metalicznej.

Jest to szczególnie istotne w systemach z ciepłą wodą morską, gdzie nie da się uniknąć stref stojących, osadów i szczelnych połączeń mechanicznych. W obecnej dyskusji inżynierskiej na temat wody morskiej z korozji szczelinowej super duplex i PTFE nie chodzi o porównanie dwóch materiałów, ale o dwa całkowicie różne zachowania korozyjne.

Dlaczego korozja szczelinowa ma znaczenie dla systemów wody morskiej
Woda morska to jeden z najbardziej wrogich płynów przemysłowych występujących w przyrodzie. Wysokie stężenie chlorków, rozpuszczony tlen, aktywność biologiczna i przewodność zapewniają doskonałe warunki dla miejscowej korozji.

Szczeliny zwykle występują w układach chłodzenia w:

Połączenia rury z arkuszem rurowym

Interfejsy uszczelek

Folie zanieczyszczające i osady

Powierzchnia kołnierza

Mocowanie interfejsów

Regiony o niskim-stagnacji przepływu

Nawet materiały o dobrej ogólnej odporności na korozję mogą szybko ulec uszkodzeniu w przypadku tak ograniczonych geometrii.

Odporność na korozję stali nierdzewnej Super Duplex
Stale nierdzewne super duplex, takie jak 2507, wykorzystują bogatą w chrom-powłokę pasywnego tlenku, która naturalnie rośnie na powierzchni metalu, zapewniając odporność na korozję.

Ta warstwa pasywna stanowi niewielką barierę pomiędzy stopem a środowiskiem morskim. Powłoka ulega samonaprawie-w zwykłych warunkach płynięcia, po czym następuje niewielkie uszkodzenie.

Ochronę wzmacnia kilka pierwiastków stopowych:

Chrom wzmacnia pasywację

Molibden zwiększa odporność na wżery

Folia pasywna jest stabilizowana azotem.

Nikiel wspomaga równowagę faz dupleksowych

Dlatego stopy te szczególnie dobrze nadają się do licznych zastosowań morskich w porównaniu z tradycyjnymi stalami nierdzewnymi.

Wada Super Duplex: korozja szczelinowa
Stal nierdzewna Super Duplex ma dużą odporność na korozję w masie, ale w pewnych warunkach jest podatna na miejscowe ataki szczelinowe.

Głód tlenu w szczelinie
Rozpuszczony tlen szybko się wyczerpuje w wąskiej, stacjonarnej szczelinie. Uzupełnianie tlenu jest ograniczone i dlatego pasywna powłoka tlenkowa nie może się skutecznie utrzymywać.

Kiedy folia pasywna ulegnie zniszczeniu:

Jony chlorkowe gromadzą się w szczelinie

Zwiększona lokalna kwasowość

Rozpuszczanie metalu przyspiesza

Korozja-samoczynnie przyspiesza.

Ograniczony kształt zapewnia efektywne chemicznie agresywne mikro-środowisko, odizolowane od otaczającej wody morskiej.

Krytyczna temperatura pęknięcia
W przypadku super duplexu 2507 w wodzie morskiej krytyczna temperatura szczeliny wynosi zwykle około 35 do 40 stopni.

Po przekroczeniu tego progu prawdopodobieństwo rozpadu warstwy pasywnej jest znacznie wyższe, szczególnie w warunkach stagnacji lub niskiego przepływu.

Ten zakres temperatur jest często przekraczany podczas pracy ciepłych morskich systemów chłodzenia:

Wody tropikalne, obsługa morska.

Skraplacz pracuje, ciepły

Stan sprzętu: stacjonarny

Zanieczyszczona praca wymiennika ciepła

Wydarzenia w obieguSłaba

Po zainicjowaniu korozja szczelinowa może szybko się rozprzestrzeniać, nawet przy dobrej odporności stopu na korozję.

PTFE i jego zasadniczo odmienne zachowanie w walce z korozją
PTFE ma zupełnie inną drogę do odporności na słoną wodę.

Super duplex toczy wojnę elektrochemiczną. PTFE po prostu nie chce w tym uczestniczyć.

PTFE jest całkowicie fluorowanym polimerem bez siatki metalicznej, granic ziaren i potencjału elektrochemicznego. PTFE jest odporny na ten mechanizm awarii, ponieważ korozja szczelinowa jest procesem elektrochemicznym.

Dlaczego PTFE nie może ulegać korozji szczelinowej
PTFE jest samoistnie odporny z następujących powodów:

Brak pęknięcia pasywnej warstwy tlenkowej

Nie powstaje potencjał galwaniczny

Chlorek nie powoduje żadnej reakcji elektrochemicznej

Brak miejscowego rozpuszczania anodowego”

PTFE jest chemicznie stabilny w morzach stojących, w-strefach zubożonych w tlen lub pod złożami.

Immunitet ten jest bezwarunkowy, a nie warunkowy.

Zachowanie temperatury w wodzie morskiej
PTFE ma bardzo dobrą odporność chemiczną w wodzie morskiej w wysokiej temperaturze.

PTFE jest przystosowany do ciągłego przepływu wody przez typowy czas do około:

Temperatura pracy stale 110 stopni

Zakres ten jest znacznie wyższy niż parametry pracy większości systemów chłodzenia wodą morską.

Wręcz przeciwnie, odporność korozyjna super duplexu staje się bardziej wrażliwa, gdy temperatura słonej wody osiąga lub przekracza krytyczną temperaturę szczeliny.

Złe wieści na temat PTFE
Chociaż PTFE jest całkowicie odporny na korozję szczelinową, jego użycie wiąże się-z technicznymi kompromisami.

Zmniejszona przewodność cieplna
PTFE jest słabym przewodnikiem ciepła w porównaniu ze stopami metali.

Typowe wartości przewodności cieplnej:

Materiał Przybliżona przewodność cieplna (W/mK)
Stal nierdzewna Super Duplex ~14-19 W/m·K PTFE ~0,25 W/m·K
Ta znaczna rozbieżność zmniejsza efektywność transportu ciepła i może powodować konieczność:

Wymienniki o zwiększonej powierzchni

Cieńsze elementy ścian

Inne geometrie wymienników

Możliwość niskiego-ciśnienia
Wytrzymałość mechaniczna PTFE jest znacznie niższa niż stali super duplex.

Więc:

Obniżone wartości ciśnienia

Ważniejsze jest wsparcie strukturalne

Należy wziąć pod uwagę zachowanie pełzające

Zastosowania próżniowe mogą wymagać wzmocnienia

Stabilność wymiaru
Rozszerzalność cieplna PTFE jest znacznie większa niż metali, dlatego należy dokładnie przemyśleć konstrukcję wymiennika i rur.

Gdzie PTFE ma dużą przewagę w zakresie niezawodności
W wielu systemach morskich wyeliminowanie wszystkich luk jest prawie niemożliwe.

Np. Na przykład:

Pakiety rur

Uszczelnione złącze

Wymienniki podatne na zabrudzenie

Miejsca gromadzenia się biofilmu

Bieg rezerwowy na swoim miejscu

Przy tych ustawieniach model niezawodności dla PTFE jest zasadniczo inny, ponieważ nie występuje miejscowy mechanizm korozji, który mógłby się rozpocząć.

Atrybut ten może być szczególnie przydatny w:

Morskie systemy chłodzenia

Instalacje do usuwania soli-

Morska obróbka chemiczna

Skraplacze podgrzewają wodę morską

Obiegi chłodzące oszczędzają

W zastosowaniach, w których dostęp kontrolny jest ograniczony lub konsekwencje awarii są poważne, wady PTFE pod względem właściwości termicznych i mechanicznych można zrównoważyć poprzez całkowite wyeliminowanie mechanizmu korozji.

Super Duplex vs PTFE do zastosowań w wodzie morskiej
Różnicę między tymi dwoma materiałami można wyraźniej zobaczyć na podstawie ich dominujących trybów uszkodzeń.

Właściwość Super Duplex 2507 PTFE
Pasywna ochrona tlenkowa. Mechanizm korozji. Chemicznie obojętny
Prawdopodobieństwo korozji szczelinowejBrak Możliwe powyżej 35-40 stopni
Przewodność cieplna Wysoka Bardzo niska
Możliwość ciśnienia Dobra Ograniczona
Wytrzymałość mechaniczna Wysoka Średnia
Aktywność elektrochemiczna Tak Nie
Przepływ wody ciągłyŚwietny z limitami do ~110 stopni
To porównanie jest dobrym przykładem powodu, dla którego oceny korozji szczelinowej super duplex i PTFE w wodzie morskiej są tak zależne od priorytetów operacyjnych systemu.

Wniosek
PTFE jest zasadniczo trwalszym rozwiązaniem chroniącym przed korozją szczelinową niż nawet najwyższej jakości stale nierdzewne super duplex do wymienników ciepła wody morskiej i systemów chłodzenia, gdzie nie można całkowicie usunąć zastałych szczelin. Stopy takie jak 2507 super duplex zapewniają doskonałą odporność na korozję w różnych środowiskach morskich, ale ich ochrona zależy od utrzymania delikatnej pasywnej warstwy tlenkowej, która może lokalnie ulec rozkładowi w szczelinach pozbawionych tlenu w temperaturze powyżej około 35 do 40 stopni.

Z drugiej strony PTFE nie podlega w ogóle procesowi korozji elektrochemicznej. Jest to całkowicie fluorowany polimer odporny na działanie chlorków, stojącą wodę morską i miejscową chemię szczelinową.

Kompromisem jest-zmniejszona przewodność cieplna, niższa wydajność ciśnieniowa i bardziej złożona konstrukcja mechaniczna. Jednakże w zastosowaniach, w których niezawodność korozji jest ważniejsza niż sprawność cieplna, PTFE zapewnia rozwiązanie o zerowym ryzyku w zakresie ochrony przed korozją szczelinową.

Najlepszą ochroną w inżynierii antykorozyjnej nie jest lepsza-samonaprawiająca się powłoka, ale materiał, który jej nie potrzebuje.