Πώς συγκρίνεται η αντίσταση στη διάβρωση της ρωγμής ενός ανοξείδωτου χάλυβα Super Duplex με το PTFE στο θαλασσινό νερό;

Οι εναλλάκτες θερμότητας για ψύξη θαλασσινού νερού είναι κατασκευασμένοι τόσο από super duplex ανοξείδωτο χάλυβα όσο και από PTFE, αλλά προστατεύονται με θεμελιωδώς διαφορετικούς τρόπους. Το Super duplex βασίζεται σε μια λεπτή επίστρωση παθητικού οξειδίου που μπορεί να αποικοδομηθεί τοπικά σε μια σχισμή. Το PTFE δεν είναι ικανό να διαβρώσει χημικά με ρωγμές, καθώς δεν έχει ούτε μεμβράνη οξειδίου ούτε μεταλλική δομή.

Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό σε συστήματα ζεστού θαλασσινού νερού όπου οι στάσιμες ζώνες, οι αποθέσεις και οι σφιχτές μηχανικές αρθρώσεις είναι αναπόφευκτες. Στην παρούσα συζήτηση μηχανικής του super duplex έναντι του θαλασσινού νερού από διάβρωση ρωγμών PTFE, δεν είναι θέμα σύγκρισης δύο υλικών, αλλά δύο εντελώς διαφορετικών συμπεριφορών διάβρωσης.

Γιατί η διάβρωση ρωγμών έχει σημασία για τα συστήματα θαλασσινού νερού
Το θαλασσινό νερό είναι ένα από τα πιο εχθρικά βιομηχανικά υγρά που υπάρχουν στη φύση. Η υψηλή συγκέντρωση χλωρίου, το διαλυμένο οξυγόνο, η βιολογική δραστηριότητα και η αγωγιμότητα παρέχουν τέλειες συνθήκες για τοπική διάβρωση.

Οι ρωγμές εντοπίζονται συνήθως σε συστήματα ψύξης σε:

Αρθρώσεις σωλήνα σε φύλλο σωλήνα

Διεπαφές φλάντζας

Μεμβράνες ρύπανσης και εναποθέσεις

Πρόσοψη φλάντζας

Διεπαφές στερέωσης

Περιοχές στάσιμης-χαμηλής ροής

Ακόμη και υλικά με καλή γενική αντοχή στη διάβρωση μπορούν να αποτύχουν γρήγορα σε αυτές τις περιορισμένες γεωμετρίες.

Αντοχή στη διάβρωση από ανοξείδωτο χάλυβα Super Duplex
Οι ανοξείδωτοι χάλυβες σούπερ διπλής όψης όπως ο 2507 βασίζονται σε μια επίστρωση παθητικού οξειδίου{1}πλούσια σε χρώμιο, η οποία αναπτύσσεται φυσικά στη μεταλλική επιφάνεια για να παρέχει αντοχή στη διάβρωση.

Αυτό το παθητικό στρώμα είναι ένα μικροσκοπικό φράγμα μεταξύ του κράματος και του θαλάσσιου περιβάλλοντος. Η ταινία αυτοθεραπεύεται-υπό τις συνήθεις συνθήκες ροής όπου δημιουργείται μια μικρή βλάβη.

Η προστασία ενισχύεται από διάφορα στοιχεία κράματος:

Το χρώμιο ενισχύει την παθητικοποίηση

Το μολυβδαίνιο βελτιώνει την αντίσταση στα σκασίματα

Το παθητικό φιλμ σταθεροποιείται με άζωτο.

Το νικέλιο βοηθά στην ισορροπία διπλής φάσης

Ως εκ τούτου, αυτά τα κράματα είναι ιδιαίτερα κατάλληλα για πολλές θαλάσσιες εφαρμογές σε σύγκριση με τους παραδοσιακούς ανοξείδωτους χάλυβες.

Μειονέκτημα του Super Duplex: Διάβρωση ρωγμών
Ο ανοξείδωτος χάλυβας σούπερ διπλής όψης έχει μεγάλη αντοχή στη διάβρωση, αλλά είναι επιρρεπής σε τοπική επίθεση με ρωγμές υπό ορισμένες συνθήκες.

Οξυγονική πείνα στη σχισμή
Το διαλυμένο οξυγόνο εξαντλείται γρήγορα σε ένα στενό ακίνητο κενό. Η αναπλήρωση του οξυγόνου είναι περιορισμένη και ως εκ τούτου η επίστρωση παθητικού οξειδίου δεν μπορεί να διατηρηθεί αποτελεσματικά.

Όταν το παθητικό φιλμ καταστρέφεται:

Τα ιόντα χλωρίου συγκεντρώνονται στη σχισμή

Αυξημένη τοπική οξύτητα

Η διάλυση του μετάλλου επιταχύνεται

Η διάβρωση-επιταχύνεται αυτόματα.

Το περιορισμένο σχήμα παρέχει ένα αποτελεσματικό χημικά επιθετικό μικρο-περιβάλλον, απομονωμένο από το περιβάλλον θαλασσινό νερό.

Κρίσιμη θερμοκρασία ρωγμής
Για το super duplex 2507 σε θαλασσινό νερό η κρίσιμη θερμοκρασία της ρωγμής είναι συνήθως γύρω στους 35 βαθμούς έως 40 βαθμούς.

Μόλις ξεπεραστεί αυτό το όριο, η πιθανότητα παθητικής αποσύνθεσης του φιλμ είναι πολύ μεγαλύτερη, ειδικά σε συνθήκες στάσιμης ή χαμηλής ροής.

Αυτό το εύρος θερμοκρασίας συχνά ξεπερνιέται κατά τη λειτουργία θερμών θαλάσσιων συστημάτων ψύξης:

Τροπικά νερά, θαλάσσια υπηρεσία.

Ο συμπυκνωτής λειτουργεί, ζεστός

Κατάσταση εξοπλισμού: ακίνητος

Μολυσμένη λειτουργία εναλλάκτη θερμότητας

Κυκλοφορία Κακή

Όταν ξεκινήσει, η διάβρωση με ρωγμές μπορεί να διαδοθεί γρήγορα ακόμη και με καλή αντίσταση στη διάβρωση του κράματος.

Το PTFE και η θεμελιωδώς διαφορετική συμπεριφορά του κατά της διάβρωσης
Το PTFE ακολουθεί μια πολύ διαφορετική πορεία προς την αντίσταση στο αλμυρό νερό.

Το Super duplex διεξάγει ηλεκτροχημικό πόλεμο. Το PTFE απλά δεν θέλει να συμμετέχει.

Το PTFE είναι ένα πλήρως φθοριούχο πολυμερές χωρίς μεταλλικό πλέγμα, χωρίς όρια κόκκων και χωρίς ηλεκτροχημικό δυναμικό. Το PTFE είναι αδιαπέραστο σε αυτόν τον μηχανισμό αστοχίας επειδή η διάβρωση με ρωγμές είναι μια ηλεκτροχημική διαδικασία.

Γιατί το PTFE δεν μπορεί να υποστεί διάβρωση ρωγμών
Το PTFE είναι εγγενώς ανθεκτικό για τους ακόλουθους λόγους:

Χωρίς ρήξη παθητικού φιλμ οξειδίου

Δεν δημιουργείται γαλβανικό δυναμικό

Καμία ηλεκτροχημική αντίδραση δεν προκαλείται από το χλωρίδιο

Χωρίς εντοπισμένη ανοδική διάλυση "

Το PTFE είναι χημικά σταθερό σε στάσιμες θάλασσες, σε ζώνες με εξάντληση-οξυγόνου ή κάτω από κοιτάσματα.

Αυτή η ασυλία είναι άνευ όρων, όχι υπό όρους.

Συμπεριφορά θερμοκρασίας στο θαλασσινό νερό
Το PTFE έχει πολύ καλή χημική αντοχή στο θαλασσινό νερό σε υψηλή θερμοκρασία.

Το PTFE βαθμολογείται για συνεχή υπηρεσία νερού για τυπικά έως περίπου:

Θερμοκρασία λειτουργίας συνεχώς 110 μοίρες

Αυτό το εύρος είναι σημαντικά υψηλότερο από τις παραμέτρους λειτουργίας των περισσότερων συστημάτων ψύξης θαλασσινού νερού.

Αντίθετα, η απόδοση διάβρωσης του super duplex γίνεται πιο ευαίσθητη όταν η θερμοκρασία του αλμυρού νερού φτάσει ή ξεπεράσει την κρίσιμη θερμοκρασία της ρωγμής.

Τα κακά νέα στο PTFE
Ενώ το PTFE είναι πλήρως ανθεκτικό στη διάβρωση των ρωγμών, υπάρχουν τεχνικά-εμπορεύματα που σχετίζονται με τη χρήση του.

Μειωμένη θερμική αγωγιμότητα
Το PTFE είναι κακός αγωγός θερμότητας σε σύγκριση με τα κράματα μετάλλων.

Τυπικές τιμές θερμικής αγωγιμότητας:

Υλικό κατά προσέγγιση θερμική αγωγιμότητα (W/mK)
Super Duplex ανοξείδωτο ατσάλι ~14-19 W/m·K PTFE ~0,25 W/m·K
Αυτή η σημαντική απόκλιση μειώνει την απόδοση της μεταφοράς θερμότητας και μπορεί να απαιτήσει:

Εναλλάκτες με αυξημένη επιφάνεια

Λεπτότερα μέρη τοίχου

Άλλες γεωμετρίες για εναλλάκτες

Δυνατότητα χαμηλής-Πίεσης
Η μηχανική αντοχή του PTFE είναι πολύ χαμηλότερη από το super duplex χάλυβα.

Ετσι:

Μειωμένες τιμές πίεσης

Η διαρθρωτική στήριξη είναι πιο κρίσιμη

Η συμπεριφορά ερπυσμού πρέπει να λαμβάνεται υπόψη

Οι εφαρμογές κενού μπορεί να χρειάζονται ενίσχυση

Σταθερότητα Διάστασης
Η θερμική διαστολή του PTFE είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτή των μετάλλων, επομένως ο σχεδιασμός του εναλλάκτη και των σωλήνων πρέπει να εξεταστεί προσεκτικά.

Όπου το PTFE έχει μεγάλο πλεονέκτημα αξιοπιστίας
Σε πολλά θαλάσσια συστήματα είναι σχεδόν αδύνατο να εξαλειφθούν όλα τα κενά.

Για παράδειγμα:

Δέσμες σωλήνων

Άρθρωση με φλάντζα

Εναλλάκτες με ρύπανση

Τοποθεσίες συσσώρευσης βιοφίλμ

Ο εξοπλισμός αναμονής στη θέση του

Σε αυτές τις ρυθμίσεις, το μοντέλο αξιοπιστίας για PTFE είναι θεμελιωδώς διαφορετικό, καθώς δεν υπάρχει εντοπισμένος μηχανισμός διάβρωσης για έναρξη.

Αυτό το χαρακτηριστικό μπορεί να είναι ιδιαίτερα χρήσιμο σε:

Υπεράκτια συστήματα ψύξης

Εγκαταστάσεις αφαίρεσης αλατιού-

Θαλάσσια χημική επεξεργασία

Συμπυκνωτές ζεστό θαλασσινό νερό

Τα κυκλώματα ψύξης εξοικονομούν

Σε εφαρμογές όπου η πρόσβαση επιθεώρησης είναι περιορισμένη ή οι επιπτώσεις της αστοχίας είναι σοβαρές, τα μειονεκτήματα του PTFE όσον αφορά τις θερμικές και μηχανικές ιδιότητες μπορεί να αντισταθμιστούν με την πλήρη εξάλειψη του μηχανισμού διάβρωσης.

Super Duplex εναντίον PTFE για υπηρεσία θαλασσινού νερού
Η διαφορά μεταξύ των δύο υλικών μπορεί να φανεί πιο ξεκάθαρα στους κυρίαρχους τρόπους αστοχίας τους.

Property Super Duplex 2507 PTFE
Παθητική προστασία από οξείδια. Μηχανισμός Διάβρωσης .Χημικά αδρανής
Πιθανότητα διάβρωσης ρωγμών Καμία Πιθανή πάνω από 35-40 βαθμούς
Θερμική αγωγιμότητα Υψηλή Πολύ χαμηλή
Δυνατότητα πίεσης Καλή περιορισμένη
Μηχανική Αντοχή Υψηλή Μέτρια
Ηλεκτροχημική Δραστηριότητα Ναι Όχι
Ροή νερού σε continuoΜεγάλη με όρια Έως ~110 βαθμούς
Αυτή η σύγκριση είναι ένα καλό παράδειγμα του λόγου για τον οποίο οι αξιολογήσεις του θαλασσινού νερού για τη διάβρωση των ρωγμών super duplex έναντι PTFE εξαρτώνται τόσο από τις προτεραιότητες λειτουργίας του συστήματος.

Σύναψη
Το PTFE είναι μια θεμελιωδώς πιο ανθεκτική λύση κατά της διάβρωσης των ρωγμών από ακόμη και τους premium super duplex ανοξείδωτους χάλυβες για εναλλάκτες θερμότητας θαλασσινού νερού και συστήματα ψύξης όπου οι στάσιμες ρωγμές δεν μπορούν να αφαιρεθούν εντελώς. Κράματα όπως το 2507 super duplex προσφέρουν εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση σε διάφορα θαλάσσια περιβάλλοντα, αλλά η προστασία τους εξαρτάται από τη διατήρηση μιας εύθραυστης μεμβράνης παθητικού οξειδίου που μπορεί τοπικά να διασπαστεί σε ρωγμές με έλλειψη οξυγόνου πάνω από περίπου 35 βαθμούς έως 40 μοίρες.

Το PTFE, από την άλλη πλευρά, δεν έχει καθόλου ηλεκτροχημική διαδικασία διάβρωσης. Είναι ένα πλήρως φθοριούχο πολυμερές που αντιστέκεται στην προσβολή χλωρίου, στο στάσιμο θαλασσινό νερό και στην τοπική χημεία των ρωγμών.

Το αντίτιμο-είναι η μειωμένη θερμική αγωγιμότητα, η ικανότητα χαμηλότερης πίεσης και ο πιο περίπλοκος μηχανικός σχεδιασμός. Ωστόσο, σε εφαρμογές όπου η αξιοπιστία διάβρωσης είναι πιο σημαντική από τη θερμική απόδοση, το PTFE παρέχει μια λύση πραγματικού μηδενικού κινδύνου για την προστασία από τη διάβρωση των ρωγμών.

Η καλύτερη προστασία στη μηχανική από τη διάβρωση δεν είναι μια καλύτερη-αυτοθεραπευόμενη επίστρωση, αλλά ένα υλικό που δεν χρειάζεται.