Kaks täiesti erinevat kaitsestrateegiat
Roostevaba teras 316L ja PTFE on mõlemad tööstuslikus kasutuses korrosioonikindlad. Mulje peatub seal. Mehhanismid, mille abil nad saavutavad selle takistuse, on põhimõtteliselt erinevad-ja need erinevused määravad, kas nad jäävad ellu või ebaõnnestuvad suure-kloriidisisaldusega reovee aurustumisel.
316L põhineb passiivsel kroomoksiidikihil, mille paksus on ligikaudu 2–5 nanomeetrit. See nähtamatu kile tekib spontaanselt, kui teraspind puutub kokku hapnikuga. See on dünaamiline, elav kaitse. Seda peab pidevalt hooldama oksüdeeriv keskkond. Kui keskkond muutub redutseerivaks või kui agressiivsed ioonid tungivad läbi kile, kukub kaitse lokaalselt kokku ja algab korrosioon.
PTFE tugineb selle molekulaarstruktuurile. Süsinik-fluorsidemed on termodünaamiliselt stabiilsed. Puudub passiivne kiht, mida säilitada, pidevaks kaitseks pole vaja keskkonnatingimusi ega iooni, mis oleks võimeline läbima fluorosüsivesinike ahelat. Kaitse on materjalile omane, ei sõltu keskkonnast.
316L passiivne kiht kloriidi rünnaku all
Kõrge-kloriidisisaldusega reovee aurustumisel ulatub kloriidi kontsentratsioon 5000–50 000 ppm või kõrgemale temperatuuril 80–100 kraadi. Need tingimused on roostevaba terase suhtes agressiivsed kindlal füüsilisel põhjusel: kloriidiioon on väike, väga liikuv ja konkureerib hapnikuga passiivse kilepinna adsorptsioonikohtade pärast.
316L passiivkile ei ole täiesti ühtlane. See sisaldab mikroskoopilisi defekte, lisandeid ja terade piiride lõikekohti, kus kile on õhem või vähem järjestatud. Kloriidioonid adsorbeeruvad eelistatavalt nendes nõrkades kohtades. Pärast adsorbeerumist häirivad need kile parandamise mehhanismi. Paljas mitteväärismetall lahustub kohapeal, tekitades süvendi.
Kaevukeskkond muutub järk-järgult agressiivsemaks. Metalliioonid hüdrolüüsivad, alandades pH süvendi sees 1-2-ni. Kloriidiioonid migreeruvad auku, et säilitada laengu neutraalsus, kontsentreerides veelgi agressiivset keemiat. Kaev kasvab autokatalüütiliselt, samas kui ümbritsev pind jääb passiivseks ja ilmselt kahjustamata.
Molübdeen 316 liitrises koostises pakub teatud kaitset täppide tekke eest, moodustades lahustumatud molübdeenkloriidi kompleksid, mis blokeerivad aktiivseid süvendite kohti. See parandab 304-ga võrreldes vastupidavust täppide tekkele, kuid see ei anna immuunsust. Kõrge-kloriidisisaldusega aurustusteenuse korral tekib lõpuks 316 liitrit süvendeid.
Tabel 1: korrosioonimehhanismi võrdlus kõrge{1}}kloriidi aurustumisel (10 000 ppm Cl⁻, 90 kraadi)
| Iseloomulik | Roostevaba teras 316L | PTFE |
|---|---|---|
| Kaitsemehhanism | Passiivne Cr₂O3 kile (2–5 nm) | Süsinik{0}}fluori molekulaarsed sidemed |
| Sõltuvus keskkonnast | Nõuab oksüdeerivaid tingimusi | Ei sõltu keskkonnast |
| Kloriidi rünnaku režiim | Lokaliseeritud kile purunemine → aukude moodustumine | Ei mingit suhtlemist |
| Punktide korrosiooni määr | 0,1–0,5 mm/aastas (lokaliseeritud) | 0 mm/aastas |
| Pragude korrosiooni oht | Kõrge tihenditel, hoiused | Mitte ühtegi |
| Pingekorrosioonipragunemise oht | Mõõdukas üle 60 kraadi kloriidides | Mitte ühtegi |
| Ebaõnnestumise prognoositavus | Madal (äkilised nõelalekked) | N/A (korrosioonitõrke režiim) |
| Kasutusaeg aurustamisel | Tüüpiliselt 2-5 aastat | 15+ aastat |
PTFE omane inertsuse mehhanism
PTFE ei moodusta passiivset kihti. Iga aatom polümeeri ahelas on juba kõige stabiilsemas oksüdatsiooniolekus. Süsinikuaatomid on täielikult küllastunud fluori-kõige elektronegatiivsema elemendiga. Süsinikul pole kõrgemat oksüdatsiooniastet, elektroni, mis alistuks oksüdeerivale ainele, ega kloriidi rünnakuks reageerivat kohta.
Süsiniku karkassi ümbritsevad fluoriaatomid loovad spiraalse ümbrise, mis kaitseb süsinikuahelat füüsiliselt keskkonnaga kokkupuute eest. PTFE pinnale lähenev kloriidioon puutub kokku ainult fluori aatomitega, millega ta ei saa reageerida. Kloriidil puudub termodünaamiline liikumapanev jõud fluori väljatõrjumiseks.
PTFE molekulmass ja kristallilisus mõjutavad selle läbitungimiskindlust, kuid selle korrosioonikindlus ei sõltu nendest teguritest. Isegi väikese molekulmassiga-PTFE on keemiliselt inertne kloriidilahuste suhtes. Materjal ei saa korrodeeruda, sest keemilise reaktsiooni rada lihtsalt ei eksisteeri.
Praktilised tagajärjed aurusti disainile
Mehhaanilisel erinevusel on otsene mõju disainile. Kloriidi aurustamise teenuses kasutatava 316-liitrise soojusvaheti puhul on vaja konservatiivset seinapaksust, et võimaldada punktkorrosiooni kogu kavandatud eluea jooksul. Keevisõmblused vajavad passiivse kile terviklikkuse taastamiseks-pärast keevisõmbluste töötlemist. Tööprotseduurid peavad säilitama oksüdeerivad tingimused. Kloriidi kontsentratsiooni tuleb jälgida ja kontrollida. Vaatamata nendele meetmetele on soojusvahetil piiratud, mõnevõrra ettearvamatu kasutusiga.
Sama teenuse PTFE soojusvaheti ei nõua ühtegi neist ettevaatusabinõudest. Seina paksus ei vaja korrosioonivaru. Keevisõmblusi pole-torud on õmblusteta. Töötingimused ei nõua korrosioonitõrje jälgimist. Kasutusaega piiravad mehaanilised tegurid, nagu roomamine ja väsimus, mitte keemiline lagunemine.
Kokkuvõte
316L ja PTFE korrosioonivastased mehhanismid- erinevad põhimõtteliselt. 316L sõltuvad dünaamilisest passiivsest kilest, mis on tundlik kloriidi läbitungimise ja lokaalse lagunemise suhtes. PTFE sõltub süsinik-fluori sidemete loomulikust termodünaamilisest stabiilsusest, mida kloriid ei saa rünnata.
Kõrge kloriidisisaldusega reovee aurustumise korral tähendab see mehhaaniline erinevus aastates mõõdetuna 316 liitrit kasutusiga koos ettearvamatute täppide purunemisega võrreldes PTFE kasutusiga, mõõdetuna aastakümnetes, ilma korrosioonitõrke režiimita. Praktiline tagajärg on lihtsam disain, vähem hooldust ja prognoositav pikaajaline-jõudlus PTFE-ga.
Konkreetsete reovee aurustamise rakenduste soojusvaheti materjali valiku tehniline analüüs on saadaval pärast kloriidi kontsentratsiooni, töötemperatuuri, pH, muude agressiivsete ioonide kontsentratsioonide ja seadmete praeguse kasutusea andmete esitamist.
