Jakie zagrożenia korozją wywołaną mikrobiologicznie (MIC) występują w wymiennikach chłodzonych wodą-ze stali nierdzewnej typu duplex?

To coś więcej niż tylko ograniczenie przepływu, śluzowata powłoka w rurce ze stali nierdzewnej typu duplex to żywa kolonia bakterii, które mogą pochłaniać dziury w ścianie. Nawet stale-wysokostopowe są podatne na ukryte zagrożenie znane jako korozja wywołana mikrobiologicznie (MIC). Aby uniknąć nieplanowanych wycieków i kosztownych przestojów, istotne jest uwzględnienie korozji wywołanej mikrobiologicznie w wymiennikach chłodzonych wodą-ze stali duplex.

Biologiczne podłoże ataku
Ze względu na ich doskonałą odporność na pękanie korozyjne naprężeniowe i wżery chlorkowe, preferowane są stale nierdzewne duplex (takie jak 2205 i 2507). Są jednak podatne na korozję powodowaną przez drobnoustroje. Bakterie-redukujące siarczany (SRB) są najczęstszymi sprawcami. W stojącej lub wolno płynącej wodzie te beztlenowe drobnoustroje rozwijają się i tworzą kolonie wewnątrz ochronnego biofilmu, który jest śluzowatą matrycą złożoną z białek, polisacharydów i szczątków komórkowych, która mocno przylega do powierzchni metalu.

Środowisko bezpośrednio pod biofilmem drastycznie zmienia się z wody masowej po jej rozwinięciu. Bakterie rozkładają jony siarczanowe (SO₄²⁻) w wodzie do siarkowodoru (H₂S), zużywając zasoby organiczne. Bakterie tlenowe znajdujące się na powierzchni biofilmu zużywają tlen, podczas gdy bakteryjne produkty uboczne metabolizmu wytwarzają miejscową kwasowość. Rezultatem jest mikrośrodowisko, które jest:

Kwaśny: pH może spaść nawet do 4.

Odtleniony: zapobiega naprawie pasywnego filmu tlenkowego.

bogaty w siarkowodór, substancję żrącą atakującą pasywne warstwy stali nierdzewnej.

W tym nieprzyjaznym mikrośrodowisku pasywna powłoka z tlenku chromu, która zwykle chroni stal dupleks, staje się niestabilna. Wżery zaczynają się w słabych punktach, często w przypadku wad powierzchniowych lub wtrąceń siarczków. Wnętrze wykopu, gdzie warunki są znacznie bardziej redukujące i bogate w-siarczki, zostaje kolonizowane przez bakterie po rozpoczęciu wykopu. Ponieważ ogniwo korozyjne jest samowystarczalne,-atak jest przyspieszany przez bakterie rosnące w wykopie i wytwarzające więcej H2S.

Przyczyną rdzewienia jest toksyczne środowisko wytwarzane przez bakterie, a nie same bakterie. W ciągu zaledwie kilku miesięcy biofilm o grubości zaledwie 0,1 mm może wytworzyć otwory o głębokości wielu milimetrów.

Powody, dla których stal nierdzewna duplex nie jest odporna
Dupleksowe stale nierdzewne składają się z cienkiej, utleniającej warstwy pasywnej, w przeciwieństwie do tytanu lub niektórych stopów miedzi-niklu, które wykazują dużą odporność na MIC ze względu na ich stabilność tlenkową lub nieodłączne właściwości biobójcze. Tylko w środowisku obojętnym lub lekko zasadowym i natlenionym powłoka jest stabilna. Powłoka rozpada się pod redukującym, kwaśnym,-biofilmem obciążonym siarczkami. Chociaż duplex ma wyższą odporność na MIC niż 316L ze względu na wysoką zawartość chromu i molibdenu (22–25% Cr, 3–4% Mo), stop ten nie jest odporny. Chociaż ogólna korozja była minimalna, zgłoszono szereg awarii w terenie, w wyniku których w rurach 2205 chłodzonych wodą morską lub słonawą wystąpiły głębokie wżery MIC już po dwóch do pięciu latach pracy.

SRB można znaleźć w wielu naturalnych drogach wodnych, w tym w jeziorach, rzekach, oceanach, a nawet w systemach uzdatnionej wody chłodzącej o niskim poziomie biocydów lub w strefach stagnacji. Każdy wymiennik ciepła-chłodzony wodą, który pracuje w temperaturach od 20 do 60 stopni -w zakresie, w którym rośnie większość SRB-, jest podatny na ataki, szczególnie jeśli przepływ wody jest sporadyczny lub gromadzą się osady.

Kontrola i objawy wizualne MIC
Wżery MIC można odróżnić od wżerów chlorkowych lub innych rodzajów korozji po ich charakterystycznych cechach:

Agresywna, podcięta morfologia: wnęka pod spodem jest szeroka, płytka lub o nieregularnym kształcie, przypominająca „tunel czasoprzestrzenny” lub sieć połączonych-mikrojam. Ujście jamy ustnej jest często małe (1–3 mm).

Czarne lub ciemnobrązowe osady: Siarczek żelaza (FeS), powszechny produkt uboczny, nadaje zagłębieniu i otaczającemu go biofilmowi smolisty, czarny wygląd.

Zapach siarczku: Kiedy osad zostanie naruszony, może pojawić się zapach zgniłych jaj (siarkowodór).

Zlokalizowane skupiska: MIC często objawia się jako grupa jamek, w przeciwieństwie do szeroko rozproszonych pojedynczych jamek.

Metalowa powierzchnia na zewnątrz biofilmu jest nadal błyszcząca i nieuszkodzona; nie ma ogólnego pogorszenia.

Do technik inspekcji należą:

Dokładnie sprawdź wnętrza probówek pod kątem brązowych lub czarnych osadów lub ciemnych, śluzowatych plam.

Po usunięciu biofilmu badanie penetracyjne barwnika może wykryć mikropęknięcia lub wżery.

Nieniszcząca metoda wykrywania wżerów w rurach nazywana jest badaniem prądami wirowymi (ECT). W przeciwieństwie do uszkodzeń mechanicznych, wgłębienia MIC generują charakterystyczne sygnały.

Pobieranie próbek bakterii: Obecność bakterii potwierdza się poprzez wymaz z biofilmu, hodowlę na obecność SRB lub badania genetyczne (takie jak qPCR).

Zapobieganie: Trzymaj bakterie z dala od domu
Aby zapobiec MIC w wymiennikach chłodzonych wodą-ze stali nierdzewnej typu duplex, konieczna jest strategia wykorzystująca wiele-barier. Kombinacja poniższych elementów jest dość skuteczna, ale żadna pojedyncza strategia nie zapewnia ochrony.

1. Konsekwentne leczenie biocydami
Ponieważ biocydy utleniające przebijają biofilmy i natychmiast niszczą bakterie, są najskuteczniejsze. Typowe wybory:

Chlor lub podchloryn: Utrzymuj zawartość wolnego chloru resztkowego w wodzie chłodzącej w zakresie od 0,1 do 0,5 ppm. Przy tak niskich stężeniach Duplex 2205 jest odporny na chlor. Wżery mogą jednak wynikać z nadmiernego chlorowania (ponad 2 ppm).

Dwutlenek chloru: Mniej żrący i skuteczniejszy w walce z biofilmami niż chlor. Typowa dawka wynosi od 0,1 do 0,3 ppm.

Ozon jest silnym utleniaczem, który całkowicie rozkłada się na tlen. stosowane w układach chłodzenia z obiegami zamkniętymi.

Aby powstrzymać oporność bakterii, często stosuje się-nieutleniające biocydy (takie jak aldehyd glutarowy i izotiazolony), często w połączeniu z utleniaczami. Aby utrzymać poziom pozostałości, biocyd należy podawać w sposób ciągły lub co najmniej dwa razy dziennie.

2. Regularne czyszczenie mechaniczne
Utrwalonych biofilmów nie można wyeliminować samą obróbką chemiczną. Wnętrza rurek należy regularnie czyścić mechanicznie (np. co sześć do dwunastu miesięcy):

Szczotkowanie rur polega na przeciąganiu lub przesuwaniu obrotowej szczotki z włosiem ze stali nierdzewnej lub nylonu przez każdą rurkę. W ten sposób eliminowany jest biofilm i wszelkie luźne osady.

Hydroblastowanie: trwałe biofilmy można skutecznie usunąć-strumieniem wody pod wysokim ciśnieniem (5 000–10 000 psi). Nie wolno uszkodzić końcówek rur.

Czyszczenie-gąbką: w przypadku czyszczenia online powierzchnie rur są stale wycierane za pomocą krążących kulek gąbczastych z chłodzącą wodą.

Aby zatrzymać szybki odrost, po czyszczeniu mechanicznym system należy przepłukać i-ponownie dozować biocyd.

3. Utrzymuj wysoką prędkość wody
W turbulentnym przepływie-z dużą prędkością bakterie mają problemy z przyleganiem i tworzeniem biofilmów. W przypadku stali nierdzewnej typu duplex stosowanej w wodzie chłodzącej zaleca się-prędkość boczną rury wynoszącą co najmniej 1,5–2,0 m/s. Ryzyko MIC jest znacznie zwiększone przy prędkościach mniejszych niż 1 m/s, szczególnie w prostych rurach z przepływem laminarnym. Zminimalizuj martwe odnogi, strefy niskiego-przepływu i obszary zakłóconego przepływu wokół arkuszy probówek.

4. Unikaj sytuacji stagnacji
Wodę chłodzącą należy usunąć z wymiennika w czasie przestojów instalacji lub w czasie przestoju, a rury wysuszyć i oczyścić świeżą wodą. Alternatywnie można zastosować biocyd w celu utrzymania recyrkulacji przy niskim-przepływie. Wzrost biofilmu rozwija się w stojącej wodzie i nawet kilkudniowa stagnacja może spowodować utworzenie kolonii SRB.

5. Wybór materiałów na trudne sytuacje
Można rozważyć zastosowanie bardziej sprężystego stopu, jeśli roślina ma w przeszłości poważne MIC, nawet przy odpowiednim uzdatnianiu wody. Ponieważ tytan (stopień 2) nie zwiększa aktywnie przylegania biofilmu, a jego pasywna powłoka jest stabilna nawet w pogarszających się warunkach, tytan jest w dużej mierze odporny na MIC. Ponieważ uwalniane są jony miedzi, stopy miedzi-niklu (90/10 lub 70/30) mają naturalnie właściwości biobójcze. Obydwa kosztują jednak dużo więcej niż duplex. Duplex to niezawodna opcja w przypadku większości-zastosowań chłodzonych wodą, pod warunkiem prawidłowego działania i konserwacji.

Jak postępować w przypadku znalezienia mikrofonu
W przypadku, gdy wymiennik dupleksowy wykazuje wżery MIC, należy zastosować następujące kroki:

Zweryfikuj diagnozę, wykonując analizę metalograficzną-przekroju wgłębienia i hodowli bakteryjnej. Poszukaj osadów siarczków i charakterystycznej podciętej morfologii.

Określ zakres, wprowadzając boroskop lub wykorzystując badanie prądami wirowymi do zbadania każdej rurki. To, czy rurkę można zatkać (jeśli jest ich niewiele i jest płytka) lub czy konieczne jest ponowne wykonanie rurki, zależy od ilości i głębokości wżerów.

Popraw uzdatnianie wody od razu, dodając program czyszczenia mechanicznego, zwiększając dawkę biocydu lub przechodząc na silniejszy biocyd. Zmień na leczenie ciągłe, jeśli roślina była otoczona sporadyczną opieką.

Napraw lub wymień: Jeśli po obróbce tempo korozji maleje, dopuszczalne mogą być płytkie wżery (o głębokości poniżej 0,3 mm) w-grubych rurach. Poszczególne rurki należy podłączyć do głębszych zagłębień lub skupisk. W przypadku uderzenia w więcej niż 10–15% rurek zaleca się ponowne założenie lub wymianę wymiennika.

Sprawdź procedury operacyjne, aby upewnić się, że wyłączenia są przeprowadzane prawidłowo (opróżnij i wysusz wymiennik). Jeśli to możliwe, zwiększ prędkość wody.

Podsumowując
Korozja wywołana mikrobiologią to biologiczna walka z metalem, którą można wygrać, łącząc rutynowe czyszczenie fizyczne z odpowiednią higieną chemiczną. Nawet stopy-wysokiej jakości są narażone na ryzyko korozji wywołanej mikrobiologicznie w wymiennikach chłodzonych wodą-ze stali nierdzewnej typu duplex. Biofilmy utworzone przez bakterie-redukujące siarczany i inne mikroorganizmy zapewniają środowisko lokalnie kwaśne, siarczkowe i odtlenione, co powoduje szybkie wżery, które mogą przeniknąć przez ścianki rur w ciągu kilku miesięcy. W celu zapobiegania konieczne jest utrzymywanie prędkości wody powyżej 1,5 m/s, zapobieganie stagnacji podczas przestojów, okazjonalne czyszczenie mechaniczne (szczotkowanie lub hydroblastowanie) oraz ciągłe lub regularne oczyszczanie biocydami. Aby żyć, nawet najbardziej wyrafinowany stop wymaga czystej atmosfery. Wymienniki dupleksowe mogą zapewnić dłuższą,-bezproblemową obsługę dzięki rozpoznaniu zagrożenia i wprowadzeniu ścisłego harmonogramu uzdatniania wody i czyszczenia rur. Jednak stop o wysokiej-wydajności staje się sitem, jeśli MIC zostanie zignorowany.