Thử thách-chất lỏng kép
Một thiết bị ngưng tụ của nhà máy axit sulfuric truyền nhiệt từ khí xử lý nóng ở phía vỏ sang nước biển ở phía ống. Các ống phải chống lại sự ngưng tụ axit bên ngoài (axit sunfuric ở 80-110 độ ) và nước biển bên trong (clorua cao, 30-40 độ ). Mối nối ống-với tấm ống là vị trí quan trọng-một kẽ hở nơi cả hai chất lỏng có thể tạo ra các điều kiện khắc nghiệt.
254 SMO (UNS S31254) là thép không gỉ siêu austenit có hàm lượng molypden (6%) và nitơ cao, mang lại cho nó Chỉ số kháng rỗ tương đương (PRE) là 42-44. Nó được chỉ định cho dịch vụ nước biển và axit khi thép không gỉ tiêu chuẩn không thành công. Tuy nhiên, trong nước biển ấm với lưu lượng thấp, 254 SMO có thể bị ăn mòn ở các mối nối cơ học.
Ống PTFE trong tấm ống PTFE không có kẽ hở-ống và tấm ống có cùng chất liệu, được nối với nhau bằng lực nén hoặc liên kết nhiệt. Không có kẽ hở kim loại khác nhau. PTFE miễn dịch với cả axit sulfuric và nước biển.
Cơ chế ăn mòn kẽ hở trong 254 SMO
Ăn mòn kẽ hở xảy ra ở những khoảng trống hẹp, nơi hóa học cục bộ trở nên mạnh hơn so với chất lỏng khối. Trong khoảng trống giữa ống 254 SMO và tấm ống 254 SMO, nước biển đọng lại. Oxy hòa tan trong nước biển bị giữ lại bị tiêu hao bởi các phản ứng ăn mòn nhưng không thể được bổ sung bằng cách khuếch tán từ dòng chảy lớn. Khoảng trống trở nên cạn kiệt oxy-so với bề mặt bên ngoài.
Sự suy giảm oxy tạo ra một tế bào sục khí khác biệt. Kim loại trong kẽ hở trở nên anốt và bị ăn mòn. Các ion kim loại bị thủy phân, làm giảm độ pH bên trong kẽ hở. Các ion clorua di chuyển vào kẽ hở để duy trì tính trung hòa điện tích. Độ pH giảm xuống 2-3 và clorua tập trung gấp nhiều lần nồng độ trong nước biển. Hóa học kẽ hở tích cực có thể khắc phục khả năng chống rỗ của hợp kim.
Ở 30-40 độ , nguy cơ ăn mòn kẽ hở trong 254 SMO là ở mức vừa phải. Trên 40 độ, nguy cơ tăng lên đáng kể. Bình ngưng làm mát bằng nước biển{6}}thường hoạt động ở phạm vi nhiệt độ này trong mùa ấm áp hoặc điều kiện dòng chảy thấp.
| Thông số bình ngưng | 254 ống SMO trong tấm kim loại | Ống PTFE trong tấm ống PTFE |
|---|---|---|
| Loại mối nối ống-đến-ống | Mở rộng cơ học hoặc hàn (có thể có kẽ hở) | Phớt nén hoặc liên kết nóng chảy (không có kẽ hở) |
| Nguy cơ ăn mòn kẽ hở trong nước biển ở 35 độ | Trung bình (PRE 42-44; ranh giới) | Không có (không có kẽ hở; không có kim loại) |
| Khả năng chống ngưng tụ axit | Tốt (molypden bảo vệ) | Tuyệt vời (C-F liên kết trơ) |
| Xu hướng bám bẩn sinh học trong nước biển | Trung bình (hình thành màng sinh học) | Thấp (kỵ nước; bề mặt thoát ra{0}}có mùi hôi) |
| Độ dẫn nhiệt (W/m·K) | 14 | 0.25 |
| Diện tích bề mặt tương đối cần thiết | 1.0 (cơ sở) | 3-4× |
| Chi phí vật liệu (tương đối) | 4-6× | 1× |
Sức mạnh tổng hợp sinh học
Nước biển chứa các vi sinh vật hình thành màng sinh học trên bề mặt trao đổi nhiệt. Màng sinh học tạo ra hiệu ứng kẽ hở bổ sung-lớp chất nhờn hạn chế sự khuếch tán oxy, tạo ra điều kiện kỵ khí trên bề mặt kim loại. Vi khuẩn khử sunfat-trong màng sinh học tạo ra H₂S, giúp đẩy nhanh quá trình tấn công các kẽ hở. Sự kết hợp của màng sinh học và kẽ hở cơ học ở khớp nối ống có thể gây ra sự ăn mòn ngay cả khi điều kiện nước biển lớn có vẻ lành tính.
PTFE chống bám dính màng sinh học. Năng lượng bề mặt thấp (18-20 mN/m) khiến vi sinh vật khó bám vào. Các màng sinh học hình thành có độ bám dính yếu và dễ dàng bị loại bỏ bằng dòng chảy hoặc làm sạch định kỳ. Sự kết hợp giữa không có kẽ hở cơ học và độ bám dính màng sinh học thấp giúp loại bỏ các điều kiện bắt đầu ăn mòn kẽ hở.
So sánh bảo trì
Thiết bị ngưng tụ 254 SMO yêu cầu vệ sinh định kỳ để loại bỏ màng sinh học và cặn bám ở phía nước biển. Làm sạch cơ học (chải, phun nước) có thể làm hỏng lớp màng bảo vệ thụ động nếu không được thực hiện cẩn thận. Các mối nối của tấm ống phải được kiểm tra xem có bị nứt kẽ hở không. Các ống có vết ăn mòn phải được bịt kín hoặc thay thế.
Bình ngưng PTFE yêu cầu làm sạch ít thường xuyên hơn-bề mặt thoát ra mùi hôi-làm giảm khoảng thời gian làm sạch. Các mối nối của tấm ống không cần phải kiểm tra đặc biệt về sự ăn mòn ở kẽ hở. Việc bảo trì đơn giản hơn và ít thường xuyên hơn. Trong thời gian sử dụng 15+ năm, chi phí bảo trì PTFE thấp hơn đáng kể.
Bản tóm tắt
Bộ trao đổi nhiệt PTFE hoạt động tốt hơn thép không gỉ 254 SMO trong các thiết bị ngưng tụ axit được làm mát bằng nước biển-bằng cách loại bỏ ống-đến-kẽ hở của mâm ống nơi bắt đầu ăn mòn kẽ hở. 254 SMO, mặc dù có giá trị PRE cao nhưng vẫn dễ bị tấn công bởi các kẽ hở trong điều kiện nước biển ấm, ứ đọng, đặc biệt khi kết hợp với bám bẩn sinh học. Cấu trúc-vật liệu đơn, thiết kế không có kẽ hở-và khả năng chống màng sinh học của PTFE mang lại độ tin cậy vượt trội. Diện tích PTFE lớn hơn là sự đánh đổi-để có được khả năng chống ăn mòn.
Hỗ trợ kỹ thuật cho việc lựa chọn vật liệu bình ngưng được cung cấp khi gửi bản phân tích nước biển, thành phần khí xử lý, nhiệt độ vận hành và lịch sử ăn mòn của thiết bị hiện tại.
