Saltluftproblemet
Et elektropletteringsanlegg som ligger 500 meter fra havet behandler deler i nikkel-, sink- og krombad. Varmevekslerne inne i disse badene er av rustfritt stål. Prosess-sidekorrosjon er godt kontrollert gjennom materialvalg. Likevel utvikler spoler hver 18.-24. måned lekkasjer på de ytre overflatene over væskenivået-i damptilførsels- og kondensatreturrøret, støttebrakettene og de ikke-nedsenkede delene av spolen.
Synderen er ikke prosesskjemien. Det er atmosfæren. Salt-sjøluft, som bærer 5-20 mg/m³ kloridaerosol, avleirer på hver eksponert metalloverflate. Under fuktige netter absorberer det hygroskopiske saltet fuktighet og danner en konsentrert kloridlake på metalloverflaten. På varme dager tørker saltlaken, og konsentrerer kloridet ytterligere. Den sykliske våt-tørre klorideksponeringen forårsaker gropkorrosjon mer aggressiv enn den kontinuerlige nedsenkingskorrosjonen på prosesssiden.
Dette atmosfæriske angrepet blir ofte oversett ved valg av varmevekslermateriale, som fokuserer på kjemisk kompatibilitet på prosess-siden. I kystanlegg kan ytre miljø være den begrensende faktoren for utstyrets levetid.
Den atmosfæriske korrosjonsmekanismen
Atmosfærisk kloridkorrosjon av rustfritt stål følger en annen vei enn nedsenkingskorrosjon. Nøkkelfaktoren er den sykliske våte-tørre tilstanden. Under den våte fasen konsentreres kloridioner i mikroskopiske overflatedefekter. Den tynne elektrolyttfilmen har høy elektrisk motstand, men den er tilstrekkelig til å støtte lokaliserte korrosjonsceller. Oksygen, fritt tilgjengelig fra atmosfæren, fungerer som den katodiske reaktanten.
Under den tørre fasen krystalliserer kloridsaltet. Krystallene vokser i overflatesprekker, og utøver mekanisk påkjenning som utvider sprekken. Den neste våte syklusen trenger dypere inn. I løpet av hundrevis av våte-tørre sykluser blir den opprinnelig mikroskopiske sprekken en synlig grop.
Rustfritt stål 316L, motstandsdyktig mot nedsenking i sjøvann ved omgivelsestemperatur, er sårbart for atmosfæriske kloridgroper fordi våt-tørrsykling skaper kloridkonsentrasjoner som langt overstiger sjøvann. En mettet kloridlake på bunnen av gropen kan inneholde 50 000 -100 000 ppm klorid - langt over 20 000 ppm i sjøvann.
Titan yter bedre enn rustfritt stål ved atmosfærisk klorideksponering, men er ikke immun. Over 80 grader kan titan lide av korrosjon av varme saltspenninger når kloridavleiringer er tilstede på belastede overflater.
Tabell 1: Atmosfærisk kloridkorrosjonsbestandighet i kystmiljø (Avstand fra hav: 500m, kloridavsetning: 15 mg/m²/dag)
| Materiale | Pitting-korrosjon etter 2 år | Spaltkorrosjon ved støtter | Spenningskorrosjonssprekkerisiko | Vedlikehold nødvendig |
|---|---|---|---|---|
| Rustfritt stål 304 | Alvorlige (gjennom-vegggroper) | Alvorlig | Moderat | Bytt innen 2 år |
| Rustfritt stål 316L | Moderat til alvorlig | Moderat | Lav | Bytt eller reparer innen 3-4 år |
| Titan klasse 2 | Veldig liten | Litt | Moderat over 80 grader | Inspiser årlig; erstattes innen 8-10 år |
| Kobber-Nikkel 90/10 | Moderat (uniform) | Litt | Ingen | Inspiser årlig; erstattes innen 5-7 år |
| PTFE | Ingen | Ingen | Ingen | Kun visuell inspeksjon |
PTFE-immunitetsmekanismen
PTFE er immun mot kloridangrep av enhver mekanisme. Karbon-fluorbindingen har en dissosiasjonsenergi på omtrent 485 kJ/mol. Energien tilgjengelig fra kloridionadsorpsjon, hydrering eller enhver annen atmosfærisk korrosjonsprosess er størrelsesordener under denne terskelen. Det er ingen termodynamisk drivkraft for klorid til å reagere med PTFE.
Materialet er også immun mot den mekaniske komponenten av atmosfærisk angrep. Kloridkrystaller kan ikke trenge inn i eller kile seg inn i PTFE-overflaten fordi overflaten ikke har noen korngrenser, ingen mikro-spalter og ingen oksidfilmdefekter. Den lave overflateenergien (18-20 mN/m) forhindrer sterk adhesjon av saltkrystaller. Eventuelt klorid som avsettes på PTFE-overflaten skylles bort ved neste regn eller kondens uten rester.
Denne immuniteten strekker seg til hele varmevekslerenheten-rør, topper, støtteplater og eksterne rørforbindelser når de er produsert av PTFE eller passende fluorpolymermaterialer. Det er ingen atmosfærisk korrosjonsgrense på utstyrets levetid i kystmiljøer.
Kondensatkorrosjonssonen
De ikke-nedsenkede delene av varmevekslere opplever et spesielt aggressivt mikro-miljø. Dampkondensat på den ytre overflaten fra fuktig luftkondens skaper en kontinuerlig våt sone. I metalliske vekslere lider denne sonen av de høyeste korrosjonshastighetene fordi overflaten aldri er tørr og passiverende oksidfilmer ikke kan dannes.
PTFE har ingen passiv film å vedlikeholde. Den kontinuerlig våte sonen er ikke forskjellig fra den periodisk våte sonen eller den tørre sonen. Materialet er like inert i alle tre miljøene.
Feltresultater fra et kystplateanlegg
Et dekorativt forkromningsanlegg plassert på Gulf Coast erstattet el-varmeovner i rustfritt stål med PTFE-varmevekslere etter å ha opplevd tre spolefeil på fem år, alt fra eksterne kloridgroper over væskenivået. De mislykkede spolene viste seg gjennom-vegggroper konsentrert ved dampinnløpsrørene og støttebrakettens kontaktpunkter- der klorid-ladet kondens samlet seg og tørket syklisk.
Etter PTFE-installasjon ga tre års drift i det samme kystmiljøet ingen ytre korrosjon, ingen groper og ingen lekkasjer. Årlige visuelle inspeksjoner bekreftet at PTFE-overflatene forble uendret. Vedlikeholdsbudsjettet for bytte av varmeveksler ble eliminert for disse tankene.
Sammendrag
PTFE-varmevekslere håndterer luftbårent kloridangrep i kystgalvaniseringsanlegg gjennom fullstendig kjemisk treghet overfor kloridioner, fravær av korngrenser eller passive filmer som er følsomme for gropdannelse, og lav overflateenergi som forhindrer adhesjon av saltkrystaller. I motsetning til rustfritt stål og titan, som lider av ytre gropdannelser fra våt-tørr klorid i de ikke--nedsenkede delene, er PTFE upåvirket av atmosfærisk klorid uavhengig av konsentrasjon eller syklusfrekvens.
Eliminering av ekstern korrosjon forlenger utstyrets levetid utover prosess-sidekorrosjonsgrensen som begrenser metallvekslere. I kystinstallasjoner varer PTFE ofte lenger enn prosessutstyret det betjener.
Teknisk analyse for PTFE-varmevekslerspesifikasjoner i kystnære eller korrosive miljøer er tilgjengelig ved innsending av anleggets plassering, avstand fra saltvann, rådende vind- og fuktighetsdata, og gjeldende korrosjonshistorikk for utstyret.
