Como a resistência à corrosão em fendas de um aço inoxidável super duplex se compara ao PTFE na água do mar?

Os trocadores de calor para resfriamento de água salgada são feitos de aço inoxidável super duplex e PTFE, mas se protegem de maneiras fundamentalmente diferentes. Super duplex depende de um fino revestimento de óxido passivo que pode ser degradado localmente em uma fissura. O PTFE não é capaz de sofrer corrosão química em fendas, não possuindo filme de óxido nem estrutura metálica.

Isto é especialmente significativo em sistemas de água do mar quente, onde zonas estagnadas, depósitos e juntas mecânicas apertadas são inevitáveis. Na presente discussão de engenharia sobre super duplex versus água do mar com corrosão em fendas de PTFE, não se trata de comparar dois materiais, mas dois comportamentos de corrosão totalmente diferentes.

Por que a corrosão em fendas é importante para os sistemas de água do mar
A água do mar é um dos fluidos industriais mais hostis que ocorrem na natureza. A alta concentração de cloreto, oxigênio dissolvido, atividade biológica e condutividade proporcionam condições perfeitas para corrosão localizada.

As fendas são normalmente encontradas em sistemas de refrigeração em:

Juntas de tubo a tubo

Interfaces de junta

Filmes e depósitos incrustantes

Face do flange

Interfaces de fixação

Regiões estagnadas de baixo-fluxo

Mesmo materiais com boa resistência geral à corrosão podem falhar rapidamente nessas geometrias restritas.

Resistência à corrosão do aço inoxidável super duplex
Os aços inoxidáveis ​​super duplex, como o 2507, contam com um revestimento de óxido passivo rico em cromo-, que cresce naturalmente na superfície do metal para fornecer resistência à corrosão.

Esta camada passiva é uma pequena barreira entre a liga e o ambiente marinho. O filme é auto-reparado nas condições normais de fluxo, onde um pequeno dano é introduzido.

A proteção é reforçada por vários elementos de liga:

O cromo melhora a passivação

Molibdênio melhora a resistência à corrosão

O filme passivo é estabilizado por nitrogênio.

O níquel auxilia no equilíbrio da fase duplex

Conseqüentemente, essas ligas são especialmente adequadas para inúmeras aplicações marítimas em comparação com os aços inoxidáveis ​​tradicionais.

Desvantagem do Super Duplex: Corrosão em fendas
O aço inoxidável super duplex tem grande resistência à corrosão em massa, mas é suscetível a ataques localizados em fendas sob certas condições.

Falta de oxigênio na fenda
O oxigênio dissolvido é rapidamente esgotado em um espaço estacionário estreito. A reposição de oxigénio é limitada e, portanto, o revestimento de óxido passivo não consegue manter-se eficientemente.

Quando o filme passivo é destruído:

Os íons cloreto concentram-se na fenda

Aumento da acidez local

A dissolução do metal acelera

A corrosão é-autoacelerada.

A forma restrita fornece um micro-ambiente quimicamente agressivo eficaz, isolado da água do mar circundante.

Temperatura Crítica de Rachadura
Para super duplex 2507 em água do mar, a temperatura crítica da fenda geralmente fica em torno de 35 a 40 graus.

Uma vez excedido este limite, a probabilidade de desintegração passiva do filme é muito maior, especialmente em circunstâncias de estagnação ou baixo fluxo.

Esta faixa de temperatura é frequentemente ultrapassada durante a operação de sistemas de resfriamento marítimo quente:

Águas tropicais, serviço marítimo.

Condensador funcionando, quente

Status do equipamento: estacionário

Operação suja do trocador de calor

Eventos de circulaçãoFraca

Quando iniciada, a corrosão em frestas pode se propagar rapidamente mesmo com boa resistência à corrosão da liga.

PTFE e seu comportamento fundamentalmente diferente contra a corrosão
O PTFE segue um caminho muito diferente para a resistência à água salgada.

Super duplex está travando uma guerra eletroquímica. O PTFE simplesmente não quer participar.

O PTFE é um polímero completamente fluorado sem estrutura metálica, sem limites de grão e sem potencial eletroquímico. O PTFE é impermeável a esse mecanismo de falha porque a corrosão em frestas é um processo eletroquímico.

Por que o PTFE não pode sofrer corrosão em fendas
O PTFE é intrinsecamente resistente pelos seguintes motivos:

Sem ruptura do filme de óxido passivo

Nenhum potencial galvânico é criado

Nenhuma reação eletroquímica é causada pelo cloreto

Nenhuma dissolução anódica localizada"

O PTFE é quimicamente estável em mares estagnados, em zonas-com falta de oxigênio ou sob depósitos.

Esta imunidade é incondicional, não condicional.

Comportamento da temperatura na água do mar
O PTFE tem uma resistência química muito boa na água do mar em altas temperaturas.

O PTFE é classificado para serviço contínuo de água para um período típico de até aproximadamente:

Temperatura operacional continuamente 110 graus

Esta faixa é consideravelmente maior que os parâmetros operacionais da maioria dos sistemas de resfriamento de água do mar.

Pelo contrário, o desempenho anticorrosivo do super duplex torna-se mais sensível quando a temperatura da água salgada atinge ou excede a temperatura crítica da fenda.

As más notícias sobre PTFE
Embora o PTFE seja totalmente resistente à corrosão em frestas, existem compensações{0}}técnicas associadas ao seu uso.

Condutividade térmica reduzida
O PTFE é um mau condutor de calor em comparação com ligas metálicas.

Valores típicos de condutividade térmica:

Condutividade térmica aproximada do material (W/mK)
Aço inoxidável superduplex ~14-19 W/m·K PTFE ~0,25 W/m·K
Esta discrepância considerável diminui a eficiência do transporte de calor e pode exigir:

Trocadores com áreas de superfície aumentadas

Partes de parede mais finas

Outras geometrias para trocadores

Baixa capacidade-de pressão
A resistência mecânica do PTFE é muito inferior à do aço super duplex.

Então:

Classificações de pressão reduzida

O apoio estrutural é mais crucial

O comportamento de fluência deve ser levado em consideração

Aplicações de vácuo podem precisar de reforço

Estabilidade de Dimensão
A expansão térmica do PTFE é muito maior que a dos metais, portanto o projeto do trocador e dos tubos deve ser cuidadosamente considerado.

Onde o PTFE tem uma grande vantagem em confiabilidade
Em muitos sistemas marinhos é quase impossível eliminar todas as lacunas.

Por exemplo:

Feixes de tubos

Junta vedada

Trocadores propensos a incrustações

Locais de acumulação de biofilme

Equipamento de espera em posição

Nestes cenários, o modelo de confiabilidade para o PTFE é fundamentalmente diferente, já que não existe um mecanismo de corrosão localizado para começar.

Este atributo pode ser particularmente útil em:

Sistemas de refrigeração offshore

Plantas-de remoção de sal

Processamento químico marinho

Condensadores aquecem água do mar

Circuitos de refrigeração economizam

Em aplicações onde o acesso de inspeção é limitado ou as repercussões de falhas são graves, as desvantagens do PTFE em termos de propriedades térmicas e mecânicas podem ser compensadas pela eliminação total do mecanismo de corrosão.

Super Duplex vs PTFE para serviço de água salgada
A diferença entre os dois materiais pode ser vista mais claramente nos seus modos de falha dominantes.

Imóvel Super Duplex 2507 PTFE
Proteção passiva contra óxido. Mecanismo de corrosão. Quimicamente inerte
Probabilidade de corrosão em fendasNenhum possível acima de 35-40 graus
Condutividade Térmica Alta Muito baixa
Capacidade de pressão boa restrita
Resistência Mecânica Alta Média
Atividade Eletroquímica Sim Não
Fluxo de água contínuoÓtimo com limites de até ~110 graus
Esta comparação é um bom exemplo da razão pela qual as avaliações da água do mar com corrosão em fendas de super duplex versus PTFE são tão dependentes das prioridades operacionais do sistema.

Conclusão
O PTFE é uma solução fundamentalmente mais durável contra a corrosão em frestas do que até mesmo os aços inoxidáveis ​​super duplex premium para trocadores de calor de água do mar e sistemas de resfriamento onde as frestas estagnadas não podem ser completamente removidas. Ligas como 2507 super duplex oferecem excelente resistência à corrosão em vários ambientes marinhos, mas sua proteção depende da manutenção de uma frágil película de óxido passivo que pode ser quebrada localmente em fissuras com falta de oxigênio acima de 35 a 40 graus.

O PTFE, por outro lado, não possui nenhum processo de corrosão eletroquímica. É um polímero totalmente fluorado que resiste ao ataque de cloretos, à água do mar estagnada e à química localizada em fendas.

A desvantagem-é a diminuição da condutividade térmica, menor capacidade de pressão e projeto mecânico mais complexo. No entanto, em aplicações onde a confiabilidade contra corrosão é mais importante que a eficiência térmica, o PTFE fornece uma solução real de risco zero para proteção contra corrosão em frestas.

A melhor proteção em engenharia contra corrosão não é um revestimento auto-reparável melhor, mas um material que não precisa dele.