Каква е устойчивостта на корозия в пукнатини на супер дуплексна неръждаема стомана в сравнение с PTFE в морска вода?

Топлообменниците за охлаждане със солена вода са направени както от супердуплексна неръждаема стомана, така и от PTFE, но те се защитават по фундаментално различни начини. Супердуплексът разчита на тънко пасивно оксидно покритие, което може да бъде локално разградено в пукнатина. PTFE не е в състояние да корозира химически, като няма нито оксиден филм, нито метална структура.

Това е особено важно в системи с топла морска вода, където застойните зони, отлаганията и стегнатите механични съединения са неизбежни. В настоящото инженерно обсъждане на супер дуплекс срещу PTFE корозионна морска вода, не става дума за сравняване на два материала, а две напълно различни корозионни поведения.

Защо корозията в цепнатините има значение за системите с морска вода
Морската вода е една от най-враждебните индустриални течности, срещащи се в природата. Високата концентрация на хлорид, разтворен кислород, биологична активност и проводимост осигуряват идеални условия за локализирана корозия.

Пукнатини обикновено се намират в охладителните системи на:

Съединения от тръба към тръбна плоча

Уплътнителни интерфейси

Обрастващи филми и отлагания

Лице на фланеца

Интерфейси за закрепване

Застояли региони с нисък{0}}поток

Дори материали с добра обща устойчивост на корозия могат бързо да се повредят в тези ограничени геометрии.

Устойчивост на корозия на супер дуплексна неръждаема стомана
Супердуплексните неръждаеми стомани като 2507 разчитат на богато на хром-пасивен оксидно покритие, което расте естествено върху металната повърхност, за да осигури устойчивост на корозия.

Този пасивен слой е малка бариера между сплавта и морската среда. Филмът се само-възстановява при обичайните условия на потока, при които се въвежда малка повреда.

Защитата се подобрява от няколко легиращи елемента:

Хромът подобрява пасивацията

Молибденът подобрява устойчивостта на питинг

Пасивният филм е стабилизиран с азот.

Никелът подпомага дуплексния фазов баланс

Следователно, тези сплави са особено подходящи за множество морски приложения в сравнение с традиционните неръждаеми стомани.

Недостатък на Super Duplex: Корозия на цепнатини
Супердуплексната неръждаема стомана има голяма устойчивост на корозия в насипно състояние, но е податлива на локализирана атака на пукнатини при определени условия.

Кислородно гладуване в цепнатината
Разтвореният кислород бързо се изчерпва в тясна неподвижна междина. Попълването на кислород е ограничено и следователно пасивното оксидно покритие не може да се поддържа ефективно.

Когато пасивният филм е разрушен:

Хлоридните йони се концентрират в пукнатината

Повишена локална киселинност

Разтварянето на метала се ускорява

Корозията се-самоускорява.

Ограничената форма осигурява ефективна химически агресивна микро-среда, изолирана от околната морска вода.

Критична температура на пукнатини
За супер дуплекс 2507 в морска вода критичната температура на пукнатината обикновено е около 35 градуса до 40 градуса.

След като този праг бъде превишен, вероятността от разпадане на пасивния филм е много по-висока, особено при застояли или слаби условия на поток.

Този температурен диапазон често се надхвърля по време на работа на топли морски охладителни системи:

Тропически води, морско обслужване.

Кондензаторът работи, топъл

Състояние на оборудването: неподвижно

Нарушена работа на топлообменника

Тиражни събитияСлабо

Когато започне, корозията на пукнатините може да се разпространи бързо дори при добра устойчивост на корозия на сплавта.

PTFE и неговото фундаментално различно поведение срещу корозия
PTFE върви по много различен път към устойчивостта на солена вода.

Super duplex води електрохимическа война. PTFE просто не иска да участва.

PTFE е напълно флуориран полимер без метална решетка, без граници на зърната и без електрохимичен потенциал. PTFE е неподатлив на този механизъм на повреда, тъй като корозията в пукнатините е електрохимичен процес.

Защо PTFE не може да понесе корозия в цепнатини
PTFE е присъщо устойчив поради следните причини:

Без разкъсване на пасивен оксиден филм

Не се създава галваничен потенциал

Никаква електрохимична реакция не се причинява от хлорид

Няма локализирано анодно разтваряне "

PTFE е химически стабилен в застояли морета, в зони-изчерпани на кислород или под отлагания.

Този имунитет е безусловен, а не условен.

Температурно поведение в морската вода
PTFE има много добра химическа устойчивост в морска вода при висока температура.

PTFE е оценен за непрекъснато водно обслужване за типично приблизително до:

Работна температура непрекъснато 110 градуса

Този диапазон е значително по-висок от работните параметри на повечето системи за охлаждане с морска вода.

Напротив, корозионните характеристики на супер дуплекса стават по-чувствителни, когато температурата на солената вода достигне или надвиши критичната температура на пукнатината.

Лошите новини за PTFE
Въпреки че PTFE е напълно устойчив на корозия в пукнатини, има технически недостатъци,-свързани с употребата му.

Намалена топлопроводимост
PTFE е лош проводник на топлина в сравнение с металните сплави.

Типични стойности на топлопроводимост:

Приблизителна топлопроводимост на материала (W/mK)
Супер дуплексна неръждаема стомана ~14-19 W/m·K PTFE ~0,25 W/m·K
Това значително несъответствие намалява ефективността на преноса на топлина и може да наложи:

Топлообменници с увеличени повърхности

По-тънки стенни части

Други геометрии за топлообменници

Възможност за ниско{0}}налягане
Механичната якост на PTFE е много по-ниска от супердуплексната стомана.

Така че:

Намалени стойности на налягането

Структурната подкрепа е по-важна

Трябва да се вземе предвид поведението при пълзене

Вакуумните приложения може да се нуждаят от подсилване

Стабилност на измерението
Термичното разширение на PTFE е много по-голямо от това на металите, поради което дизайнът на топлообменника и тръбите трябва да бъде внимателно обмислен.

Където PTFE има голямо предимство в надеждността
В много морски системи е почти невъзможно да се премахнат всички пропуски.

Например например:

Тръбни снопове

Уплътнена връзка

Предразположени към замърсяване обменници

Места за натрупване на биофилм

Резервна предавка в позиция

При тези настройки моделът на надеждност за PTFE е фундаментално различен, тъй като няма локализиран корозионен механизъм, който да започне.

Този атрибут може да бъде особено полезен в:

Офшорни охладителни системи

Инсталации-за отстраняване на сол

Морска химическа обработка

Кондензатори топла морска вода

Пестят охладителни вериги

В приложения, където достъпът за инспекция е ограничен или последиците от повреда са тежки, недостатъците на PTFE по отношение на термичните и механичните свойства могат да бъдат компенсирани чрез пълно елиминиране на корозионния механизъм.

Супер дуплекс срещу PTFE за морска вода
Разликата между двата материала може да се види по-ясно при техните доминиращи режими на повреда.

Свойство Super Duplex 2507 PTFE
Пасивна оксидна защита. Механизъм на корозия. Химически инертен
Вероятност от корозия на цепнатини.Няма възможна над 35-40 градуса
Топлопроводимост Висока Много ниска
Възможност за налягане Добър Ограничен
Механична якост Висока Средна
Електрохимична активност Да Не
Воден поток в непрекъснат Голям с ограничения До ~110 градуса
Това сравнение е добър пример за причината, поради която оценките на морската вода за супер дуплекс срещу корозия на цепнатини от PTFE са толкова зависими от работните приоритети на системата.

Заключение
PTFE е фундаментално по-трайно решение срещу корозия на пукнатини дори от първокласните супердуплексни неръждаеми стомани за топлообменници с морска вода и охладителни системи, където застоялите пукнатини не могат да бъдат напълно отстранени. Сплави като 2507 super duplex предлагат отлична устойчивост на корозия в различни морски среди, но тяхната защита зависи от поддържането на крехък пасивен оксиден филм, който може да бъде локално разбит в пукнатини без кислород над около 35 градуса до 40 градуса.

PTFE, от друга страна, изобщо няма процес на електрохимична корозия. Това е напълно флуориран полимер, който издържа на хлоридна атака, застояла морска вода и локализирана химия в пукнатини.

Компромисът-е намалена топлопроводимост, възможност за по-ниско налягане и по-сложен механичен дизайн. Въпреки това, в приложения, където надеждността на корозията е по-важна от топлинната ефективност, PTFE осигурява истинско решение с нулев риск за защита от корозия на пукнатини.

Най-добрата защита в корозионното инженерство не е по-добро самовъзстановяващо се покритие, а материал, който не се нуждае от такова.